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随着人们生活质量的不断提升，燃气作为一种高效、便捷的能源形式，已普遍应用于家庭及商业场所。然而，煤气泄漏、气压异常等潜在风险若未能及时察觉与处理，极易引发爆炸、中毒等重大安全事故，严重威胁人身与财产安全。为此，开发一套具备实时监测与多重预警功能的智能煤气监控系统显得尤为必要。
本系统采用 STM32F103C8T6 单片机作为核心控制单元，构建了一套集成化程度高、响应迅速的煤气状态监测方案。系统通过 MQ-5 气体传感器模块对环境中煤气浓度进行持续采集，当检测值超过预设阈值时，立即启动声光报警机制，并驱动继电器开启风扇实现强制通风，同时利用 4G 通信模块发送“煤气泄漏，请速速查看”的警示短信，实现远程通知功能。
[此处为图片1]在气压监控方面，系统搭载 XGZP6847 高精度气压检测模块，用于实时监测煤气瓶内部压力状态。一旦发现气压过低或过高现象，系统将同步触发报警装置，并通过 4G 模块发出“煤气瓶气压异常，请速速查看”的提醒信息，确保用户能够第一时间掌握设备运行状况。
此外，系统还引入 HX711 称重传感器模块，用于测量煤气瓶当前剩余重量，从而推算出燃气余量，帮助用户了解使用进度，避免因气体耗尽而影响正常使用。
人机交互部分由按键输入模块和 OLED 显示模块共同完成。用户可通过按键自定义各项参数的报警阈值，如浓度上限、气压范围等，也可手动启停通风功能，提升操作灵活性。OLED 屏则实时呈现煤气浓度、气压数值、余量信息等多种关键数据，界面清晰直观，便于随时查看。
[此处为图片2]该设计实现了对煤气使用过程中多个关键参数的综合监测，集成了自动报警、远程提醒、手动干预和数据可视化等功能。各模块协同运作，形成一个智能化、全方位的安全防护体系，有效提升了燃气使用的安全性与可控性，有助于预防事故发生，保障日常生活的安全稳定。
关键词：单片机；煤气监测；浓度检测；气压监测；安全预警
基于STM32的智能气体安全监控系统设计
本系统采用STM32F103C8T6作为核心控制器，构建了一套集多种传感检测与智能控制于一体的气体使用安全监测方案。系统通过多模块协同工作，实现对环境气体浓度、气瓶压力及剩余气量的实时采集，并具备声光报警、自动通风、远程短信提醒和本地参数设置等功能。
在气体浓度监测方面，系统搭载MQ-5气体浓度检测模块，用于持续感知周围环境中可燃气体的浓度变化。一旦检测值超过用户预设的安全阈值，系统将立即启动声光报警装置，同时驱动继电器开启排风扇进行强制通风。与此同时，4G通信模块会自动发送内容为“气体泄漏，请尽快检查”的短信通知，实现远程预警功能。[此处为图片1]
针对气瓶压力状态的监控，系统引入XGZP6847压力传感器模块，实时采集气瓶内部压力数据。当压力过高或过低，超出正常范围时，系统同样触发声光报警，并通过4G模块发出“气瓶压力异常，请尽快检查”的短信提示，帮助用户及时发现潜在风险。
为了掌握燃气消耗情况，系统集成HX711高精度称重模块，用于测量气瓶当前重量，从而推算出剩余燃气量，便于用户合理安排更换或充装时间，提升使用便利性与安全性。
人机交互方面，系统配备OLED显示模块，实时呈现气体浓度、气瓶压力、剩余气量等关键参数，信息直观清晰。同时，通过按键模块，用户可自定义各项报警阈值，并手动控制风机启停，增强了系统的灵活性与实用性。[此处为图片2]
整体而言，该监控系统实现了从数据采集、本地显示、异常判断到联动控制和远程告警的全流程自动化管理。其核心目标是为家庭及工业场景下的燃气使用提供一套高效、可靠的安全防护机制。通过多传感器融合与智能响应策略，系统能够有效辅助用户识别安全隐患，提前采取应对措施，显著降低因气体泄漏、压力失常等问题引发的安全事故概率，保障生命财产安全。[此处为图片3]
系统具备以下主要功能特点：
- 基于STM32F103C8T6的稳定主控平台
- MQ-5实现可燃气体浓度实时检测
- XGZP6847完成气瓶压力动态监控
- HX711称重模块估算燃气剩余量
- OLED屏幕实时显示运行数据
- 按键支持参数设置与手动操作
- 声光报警与继电器联动控制
- 4G模块实现远程短信提醒
综上所述，该设计方案结合微控制器技术与物联网通信手段，打造了一个智能化、多功能的气体安全监控终端，具有良好的应用前景和推广价值。
关键词：
微控制器；气体监测；浓度检测；压力监控；安全预警
4.4 OLED 显示流程的设计
本系统通过OLED显示屏实现多参数的实时可视化输出，主要包括环境气压、煤气浓度、称重数据以及系统状态等信息。在主控单元完成数据采集与处理后，将结果按照预设格式发送至OLED模块进行显示。显示流程采用分页轮询机制，确保各项关键参数均可被用户清晰查看。为提升可读性，界面设计中引入了图标标识与分区布局策略。
[此处为图片1]
4.5 称重模块子流程设计
称重功能基于高精度传感器与ADC转换电路实现，采集到的模拟信号经放大和数字化处理后传输至主控制器。系统对原始数据进行滤波校准，并结合标定系数计算出实际重量值。该数值随后被用于本地显示及后续逻辑判断，如超载预警或联动控制。整个流程包含初始化、采样、去噪、换算和输出五个阶段，确保测量稳定可靠。
4.6 发送短信子流程设计
当检测到异常情况（如煤气泄漏或气压超标）时，系统触发4G通信模块自动发送报警短信。短信内容包含事件类型、发生时间及当前参数值，便于远程监控人员及时响应。该流程包括异常判定、数据封装、模块唤醒、指令下发和确认回执等环节。为保障通信成功率，系统设置了重发机制并在发送完成后记录状态日志。
5 实物制作与功能测试
5.1 实物制作
根据设计方案完成硬件搭建，包括主控板焊接、传感器安装、OLED屏连接及外壳装配。PCB布局充分考虑电磁兼容与散热需求，各功能模块通过排线或接口可靠连接。软件部分烧录主程序后进行初步通电检测，验证电源稳定性与基本通讯功能，确保整机具备测试条件。
5.2 多参数检测及 OLED 显示功能测试
在正常工作环境下，系统持续采集气压、煤气浓度与重量数据，并实时刷新至OLED屏幕。测试结果显示，各参数显示准确、切换流畅，无明显延迟或乱码现象。界面布局合理，关键信息突出，满足人机交互的基本要求。
5.3 煤气浓度异常报警与通风控制功能测试
通过引入标准浓度煤气气体模拟泄漏场景，系统在检测值超过设定阈值后立即触发声光报警，并自动启动风扇进行强制通风。实验多次重复验证，响应时间均小于3秒，且在浓度恢复正常后能自动解除警报并关闭通风设备，表现出良好的闭环控制能力。
5.4 气压异常报警功能测试
利用气泵调节密闭空间内的压力水平，模拟高压或低压异常工况。测试表明，当气压偏离安全范围时，系统可在2秒内识别异常并启动报警机制，同时在OLED界面提示具体故障类型，提醒用户采取相应措施。
5.5 按键阈值设置与手动控制功能测试
通过物理按键进入参数设置模式，用户可对各类报警阈值进行调整，并保存至非易失性存储器。此外，支持手动开启/关闭通风装置，测试过程中按键反应灵敏，菜单导航逻辑清晰，未出现误操作或卡顿现象。
5.6 4G 模块远程短信提醒功能测试
在不同网络覆盖区域进行远程报警测试，系统成功向预设号码发送多条报警短信，内容完整、格式规范。平均发送耗时约6秒，在信号较弱环境下启用重发策略后仍能最终送达，整体通信可靠性较高。
6 总结
本设计实现了集多参数监测、本地显示、智能报警、自动控制与远程通知于一体的综合功能体系。经过实物搭建与多项功能验证，系统运行稳定，响应迅速，达到了预期设计目标。未来可在低功耗优化与多终端联动方面进一步拓展。
参考文献
（此处省略具体文献列表）
致谢
感谢所有在项目研发过程中提供技术支持与建议的相关人员。
附录A 原理图
系统整体电路原理图展示了各模块之间的电气连接关系，涵盖主控单元、传感器接口、显示驱动与通信电路等部分。
附录B PCB
印刷电路板设计遵循布线规范，兼顾信号完整性与结构适配性，确保硬件性能稳定可靠。
附录C 主程序
主程序采用模块化结构编写，包含初始化配置、数据采集、逻辑判断、执行控制与通信协议处理等功能函数，代码结构清晰，便于维护与升级。
京公网安备 11010802022788号
