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摘要：在当前社会中，高龄老人独居在家已经是不少家庭的生活常态，而中老年能否安全使用天然气、心率是否正常都将成为家庭中一大隐患。隐患藏匿于日常生活中，无疑是在厨房安下了一个不定时的巨型炸弹。本文将传统的心率仪与可燃气检测装置相结合，并且搭载GSM模块以及物联网云平台，出现问题时，装置会发出大于80bd的声响并向子女发送警报短信，这样即可规避可燃气体泄露不能及时发现这一大风险，并且可以随时检测个人的相应指标，从而避免心脏问题发现不及时，错失及时治疗的黄金时期。

1.硬件电路设计

考虑到经济性等要求，在电路板设计过程考虑到可燃气体监测的可拓展性，可搭载不同传感器进行实时监控。经过市场调研后，拟定监测可燃气体泄露的同时对操作的工作人员进行心率实时监测，保证操作人员安全。本项目科研成果具有一定社会公益性，通过走访街道社区，制作科普视频，面向独居老人安装本产品，保证了老人的健康。

2. 电源模块设计

本课题采用1117电源芯片，是一个正向低压降稳压器，选择固定输出电压3.3V。

2.1滤波电容设计

电感的阻抗与频率成正比，电容的阻抗与频率成反比。所以，电感可以阻扼高频通过，电容可以阻扼低频通过。二者适当组合，就可过滤各种频率信号。如在整流电路中，将电容并在负载上或将电感串联在负载上，可滤去交流纹波。

电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来平滑输出电压，输出电压高，接近交流电压峰值;适用于小电流，电流越小滤波效果越好。

电感滤波属电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有效值;适用于大电流，电流越大滤波效果越好。

我们实际用的电容并不是理想的电容，我们用到的电容可以用上图的模型来代替：电阻（ESR）、电感（ESL）和电容C串联的电路形式。这样我们就可以得出一个电容的实际阻抗表达式：

ω=1/（LC）1/2

3.可燃气体传感器

MQ-5可燃气体传感器所使用的材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当气体传感器所处环境中存在可燃气体时，可燃气体传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

MQ-5可燃气体传感器对丁烷、丙烷、甲烷的灵敏度高，对甲烷和丙烷可较好的兼顾。这种气体传感器可检测多种可燃性气体，特别是天然气，是一款适合多种应用的低成本传感器。可在温度为-10℃～+50℃，湿度≤85%RH的环境中工作。传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡，当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号，输出信号MQ 经过A/D 模数转换送到单片机。

4.心率传感器

系统采用反射式光电心率传感器，该传感器输出模拟量，在采集时需要进行 A/D 转换才能成为供主控芯片分析处理的数字信号。经过分析和计算可以获得脉搏值、心率值及相邻心拍间隔时间等。

5.传感器无线传输程序设计

CC2530单片机具有无线传输功能可作为（1）设备终端（2）路由器（3）协调器。

（1）绘制电路板，批量生产，减少成本;

（2）cc2530协调器汇总信息的功能，可扩展多个传感器到设备终端，创造社会价值;

（3）利用cc2530无线传输功能将信号传递到协调器（传输距离为100米）、通过GSM发送报警信息。

在实验中，Zigbee的协调器节点和终端设备节点形成星型网络拓扑结构，并且在网络中设置了一个协调器节点和两个终端设备节点。它们会按照要求把采集到的数据传给汇聚节点，汇聚节点先要对数据进行处理，然后才把数据通过串口传给PC机。

6.系统测试

系统检测分两部分，一是硬件连接的检查，而是软件部分的功能测试与系统。硬件主要是各模块是否齐全，接线是否正确，电源是否接地，然后对各模块进行测试，最后系统整体测试。

7.实验平台搭建

实验需要的器材有：PC一台、GSM模块SIM900一个、电源连接器若干、CC2530单片机、MQ5可燃气体传感器1个、心率传感器1个、0.96寸OLED屏1个、程序下载器、串口线若干、USB线两根以及手机一个。

平台搭建：MQ5可燃气体传感器将采集到气体浓度传送至CC2530模块，cc2530与OLED屏幕通过IIC通讯连接，实时显示当前环境气体浓度，当气体当前浓度超过程序设定后，一方面蜂鸣器发出报警，另一方面GSM模块发送报警短信。

考虑到心率等数据的计算，心率传感器采集到心率模拟量传送至STM32模块，STM32与OLED屏幕通过IIC通讯连接，实时显示当前心率，当心率值超过标准值后，一方面蜂鸣器发出报警，另一方面STM32单片机将信号传送至CC2530单片机，通过GSM模块发送报警信息，接通电源平台搭建完毕。如图所示：

参考文献

[1]王立刚. 基于STM32的智能心电采集和传输系统[J].物联网技术，2019

[2]刘娟.可燃气体报警器在化工装置上的应用[J].科技创新与应用，2019（06）：176-177

[3]杨怡婷，欧阳名.基于Zigbee技术和CC2530模块的无线温度监控系统设计[J].湖南工程学院学报，2019，29（2）：40-43.

作者信息：李彤，男，硕士研究生、讲师、研究方向：电气、物联网

2021年天津渤海职业技术学院科研项目 项目名称：校企合作背景下基于CC2530单片机物联网智能检测（2021005）