2 系统硬件设计
系统采用32位的STM32F1O1单片机作为主控芯片，通过气敏探头检测空气中天然气的浓度，当浓度达到预先设定的值时，系统立马报警提示，并自动启动排风设备，同时关闭燃气管道阀门，保障了生命和财产的安全。
2.1 微控制器
本系统的微处理器选用的是意法半导体公司产的STM32F101单片机，该芯片具有36MHz的时钟频率，并且运行速度也快于传统的51单片机，具备32K~128K的闪存程序存储器，能很好的对天然气的浓度进行检测和报警，同时达到对燃气管道阀门以及排风扇的开闭。其丰富的管脚足以满足智能天然气检测系统的要求。
2.2 电源模块
系统中的各芯片以及传感器的工作电压一般都是5V,在电路中加入电容进行滤波，然后再用三端稳压器7805进行稳压，得到稳定的5V电压，使系统能够正常工作。
2.3 报警电路
报警电路采用蜂鸣器。原理：由于STM32F101单片机的I/O接口只能提供25mA的电流，而蜂鸣器的工作电流基本上在30mA左右，如果直接用I/O口驱动蜂鸣器，就会导致其他地方不能正常的工作。基于此，我们用三级管扩流来代替I/O口驱动蜂鸣器。
2.4 气敏传感器
根据实际的需求，本系统选用MQ-4气敏传感器。其工作原理是：空气中可燃气体浓度越高，传感器的电导率越大。当空气中可燃气体浓度大于设定浓度时，单片机IO口输出低电平，进而控制排风扇的开启，并关闭燃气管道阀门。显示模块选用1602液晶显示，该液晶可以很精确的用字体显示空气中天然气的浓度。
2.5 电机驱动
驱动电路如图2所示。
驱动芯片选用的是33886，该驱动芯片可同时驱动两个电机，输出的电流能达到5A,可以实现电机PWM调速、正反转等实时控制功能。
3 系统软件设计
如图3所示，为本次设计的系统流程图。首先对系统中各个模块进行初始化操作，而后气敏传感器开始工作，将采集到的天然气浓度数据值经单片机处理后显示到液晶屏上。当测量的浓度值高于设定值时，蜂鸣器启动进行报警，同时关闭燃气阀门并启动排风扇，延时一段时间后再次检测空气中的天然气浓度值是否高于设定值。如果检测的浓度值低于设定值，说明所处的环境中，天然气的浓度是相对安全的。
4 结果与分析
由于天然气的爆炸极限范围是5%-15%，所以本文的天然气浓度设定为5%。通过对气敏探头释放少量的天然气，来模拟天然气泄漏时的环境。根据液晶显示屏上的浓度值来对应的观察报警器、风扇以及燃气阀门的工作状态并记录来。表1为不同的天然气浓度下对应的报警器、排风扇以及燃气阀门的工作状态。
表1 不同天然气浓度下报警器、排风扇以及燃气阀门的工作状况
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基于单片机的智能天然气检测系统_吉炫玮.pdf
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