# Fifth Lichuang Electronic Design Competition #Smart home gas alarm

注：*为必填项。

【请在报名阶段填写 ↓】
*  1、自我/团队介绍
尊敬的各位评委老师，各位立创电子设计大赛的朋友们大家好，我叫田正才，来自于湖南机电职业技术学院电气工程学院，目前在读大三，学习工业机器人技术专业。
我本人对电子技术这方面非常感兴趣，作为一名电子爱好者，在接触到模电数电以及单片机这些课程后让我找到了学习电子技术的乐趣和解决日常生活中一些与电子产品有关的问题。

*  2、简要介绍项目
我的项目是智能家居燃气报警器，选择做这个项目的原因是因为自己在厨房做饭总忘记关闭液化气的阀门，通过结合新闻上面报道的燃气爆炸事故，为了保障家庭及人身安全，为此决定设计一款燃气报警器。
MQ-2气体传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式N型半导体。处于200~300摄氏度时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。
MQ-2气体传感器对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感,利用这一点就可以获得这种气体烟雾存在的信息，气体烟雾的浓度越大，导电率越大，则输出的模拟信号就越大。
MQ-2气体传感器可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、苯、烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。
本项目采用MQ-2气体传感器对检测到燃气输出模拟信号的特点来对家庭厨房的液化气泄露情况进行监测和报警，从而保障家庭和人身安全。
【请在竞赛阶段填写 ↓】
*  1、描述项目详情
本项目使用自带AD转换功能的STC12C5A60S2单片机作为主控，MQ-2气体传感器检测燃气在空气中的浓度，单片机采集MQ-2气体传感器输出的模拟信号，将模拟信号通过单片机的AD转换处理为数字信号经过计算得到燃气的实际浓度，使用0.96寸OLED12864显示屏显示燃气浓度值，当检测到燃气浓度值大于程序设定的标准值时，单片机控制蜂鸣器发出“滴滴滴"的报警提示音和控制LED指示灯的状态，并控制排气风扇进行通风换气。
我国燃气报警器恨警民用级标准，燃气浓度范围是125%。本项目设定的燃气报警器扳警浓度为1%，当检测到蹴气浓度大于1%，红色指示们亮，OLED显示屏显示当前燃气钺瘦皙和危险裾示,
同时开启报警提示和启动排气风扇进行通风。以保证环境安全;当检测燃气浓度小于1%，黄色指示灯亮，OLED显示屏显示当前燃气浓度值和矿安全提示，同时关闭很警提示和排气风扇。
*  2、描述项目所面临的挑战及所解决的问题~~~~
项目所面临的挑战及所解决的问题是OLED显示屏需要显示的内容该如何显示。本项目是我初次使用OLED显示器件，在网上查找资料学习之后我对OLED有了基本的了解；
购买0.96英寸IIC通信的OLED12864显示屏有赠送的例程资料，但是面对资料里面的例程，我发现例程显示内容是商家写的信息，并不像LCD12864液晶屏那样自带中文字库；
因此我特地花了一天时间来研究例程，最终功夫不负有心人，我看懂例程之后试着将例程里面的框架移植出来，经历过2次失败尝试，在第3次尝试的时候我成功的将例程的框架移植出来用到我所使用的单片机平台上，
对显示的内容修改成我自己想显示的内容，在这基础上我增加一个显示中文的程序并进行封装，方便以后使用，但这个程序仍然需要依赖用取模软件生成的汉字字库码表的索引。
*  3、描述项目硬件、软件部分涉及到的关键点
（1)硬件部分涉及到的关键点：
![17.png]如上图所示，图1和图2是MQ-2气敏元件的结构与外形(结构A or B),由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，
加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。
在硬件电路设计过程中，我以为图2中的可调电阻RL是负载电阻，于是在设计的硬件电路中我省略了可调电阻RL，并在加热丝与电源之间串联一个5.1欧姆的电阻来限制通过加热丝的电流，
防止加热因电流过大而烧坏。如图3所示。当PCB制作出来，进行产品功能调试时却出现了问题，无论有没有燃气，检测出来的燃气浓度始终是100%，在排除了软件程序的问题之后，仔细检查一遍硬件电路，
在有燃气和没有燃气的情况下用万用表测量MQ-2传感器输出端的电压，测量到MQ-2传感器输出端的电压始终是5V，最终确定是MQ-2传感器输出端的问题，然后根据图2的官方参考电路，
在MQ-2传感器的输出端2脚6脚与GND之间接了一个1K的电阻，问题就结决了。然后修改MQ-2传感器的硬件电路图，如图4所示，MQ-2传感器的输出端2脚6脚与GND之间接了需要接一个1K的下拉电阻
来稳定输出信号。所以硬件部分涉及到的关键点是要仔细严格的参考传感器官方的应用电路。
![19.png]
（2)软件部分涉及到的关键点：
一、OLED显示的燃气浓度单位是百分比，并不是燃气浓度的真正单位，如图5所示，MQ-2传感器对液化气和丙烷的探测浓度范围是100ppm-10000ppm，而MQ-2传感器对应的输出模拟量的电压是0-5V，
单片机为8位AD转换，对应的数字量是0-255，所以经过AD转换的计算后，采用数字量0-255的范围来对应MQ-2传感器探测液化气浓度范围100ppm-10000ppm。如图6所示，程序当中的“Gas=(START_ADC(*100)/255",
" *100 "表示把计算结果扩大100倍，用单位百分比来表示燃气检测浓度。
![20.png]![21.png]二、OLED显示中文内容的程序，如图7所示是例程当中显示中文的方式，这种方式通过直接寻找字库的索引号来确定显示的中文字符，在显示多个字符的情况下显得比较混乱，
且不能连续显示多个字符，占用太多的代码行数，影响美观。
如图8所示，我在原来的程序基础上使用字符指针变量结合ASCII表的中文字符值对显示中文字符的程序进行优化，通过判断字符在ASCII中的值来寻找字符索引，从而确定显示的字符。
使用结构体来定义函数对显示中文字符的程序进行封装，调用效果如图9所示，简化了占用的代码行数，可连续显示多个字符。
![22.png]![23.png]*  4、项目材料清单展示
![16.png]*  5、项目图片上传~~~~
          5.1、PCB上印制大赛logo图片，若无视为放弃参赛

**项目PCB使用立创EDA编辑器进行设计**
   **(1)PCB顶层图片**
![1.jpg]
**(2)PCB底层图片**
![2.jpg]
5.2、项目其它图片
![3.jpg]![4.jpg]![5.jpg]![6.jpg]![7.jpg]![9.jpg]![8.jpg]*   6、演示您的项目并录制成视频上传
          6.1、视频上传大赛官网
          6.2、B站视频标题和链接
(**1)第五届立创电子设计大赛《智能家居燃气报警器》项目-白我介绍(**[**https://www.bilibili.com/video/BV1Xy4y1y7MJ?from=search&seid=16896696071912942270**](https://www.bilibili.com/video/BV1Xy4y1y7MJ?from=search&seid=16896696071912942270)**)**
**(2)第五届立创电子设计大赛《智能家居燃气报警器》项目-项目介绍(**[**https://www.bilibili.com/video/BV1vT4y1A71c?from=search&seid=16896696071912942270**](https://www.bilibili.com/video/BV1vT4y1A71c?from=search&seid=16896696071912942270)**)**
**(3)第五届立创电子设计大赛《智能家居燃气报警器》项目-功能演示&性能测试(**[**https://www.bilibili.com/video/BV1QK4y1a7AE?from=search&seid=16896696071912942270**](https://www.bilibili.com/video/BV1QK4y1a7AE?from=search&seid=16896696071912942270)**)**
**(4)第五届立创电子设计大赛《智能家居燃气报警器》项目-硬件和软件的简单讲解(**[**https://www.bilibili.com/video/BV1Ha4y1j7wt?from=search&seid=7843687483177194026**](https://www.bilibili.com/video/BV1Ha4y1j7wt?from=search&seid=7843687483177194026)**)**
**(5)****第五届立创电子设计大赛《智能家居燃气报警器》项目-回顾与总结(**[**https://www.bilibili.com/video/BV1Wa4y1j7PH?from=search&seid=7179436964505655495**](https://www.bilibili.com/video/BV1Wa4y1j7PH?from=search&seid=7179436964505655495)**)**
< span class="colour" style="color:rgb(170, 170, 170)">< span class="size" style="font-size:12px">注意事项：①：视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内；②：视频上传：请同步上传至大赛官网和B站（[www.bilibili.com](www.bilibili.com)），B站人气TOP10项目将获得1000-5000元现金奖励，其它上传项目获得100元立创商城无门槛券；③：视频标题：第五届立创电子设计大赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如第五届立创电子设计大赛：《自动驾驶》项目-团队介绍。< /span>< /span>< br>
< br>
*  7、是否首次公开发布
          7.1、项目之前是否发表过或获奖，请说明
          **  项目未发表过，未参加竞赛活动。**
          7.2、若项目是在原有基础上优化，请说明优化部分
*  8、开源文档
**开源文档资料见附件“智能家居燃气报警器开源文档.zip"**

**开源文档分为PCB工程和源程序**

![12.png]![13.png]![14.png]
![15.png]
*  9、参考文献
[l] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略.北京：电子工业出版社，2009.
[2] 王静霞.单片机应用技术(C语言版）.第四版.北京：电子工业出版社，2019.
[3] 张浩风:模拟电路分析计算与应用设计.北京：化学工业出版社，2012.
[4] 阎石.数字电子技术基础.第5版:北京：高等教育出版社，2005.
[5] 童诗百，华成英.模拟电子技术基础.第4版.北京：高等教育出版社，2006.
[6] 杨欣.电子设计从零开始.第2版.北京：清华大学出版社，2010.
[7] Zhou Runjing, Li Maoquan. Commonly used sensor technologies and applications. 2nd edition. Beijing: Electronic Industry Press, 2020.
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