可自锁智能煤气泄漏控制器的设计文档格式.doc
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年级：
2011级
指导教师：
张思维
职称：
副教授
完成日期：
2015年06月06日
37
摘要
随着经济和科学技术的高速发展，人们对生活质量的提高和生活环境的改善越来越重视，液化气、煤气进入家庭的使用为人们带来了方便，也改善了城市的环境，但同时也给人们带来了潜在的危险，其中一氧化碳是最主要的危险源。
一氧化碳是一种无色无味同时这些气体燃料在使用中，若管道和阀门密封不好，它们泄露出去，轻者引起中毒，重者造成火灾，危及人们的生命财产。
所以对于气体的检测与控制就变得很重要了，研究各种气体的检测方法与气体传感器也随之成为一个重要课题。
本设计主要实现管道煤气泄露的测量与报警，系统主要以半导体气体传感器为研究对象，以单片机为核心构成一个具备数据采集、对象控制、结果显示、数据通信等功能的完整系统。
通过虚拟仪器LabVIEW进行控制之后，再通过计算机I/O接口输出；
输出信号驱动相应的驱动电路，分别控制报警灯、蜂鸣器及切断电路，实现对煤气泄露事故的实时监测及控制；
程序实时监测系统状态。
关键词：
煤气泄漏；
单片机；
煤气浓度检测；
气敏传感器
Abstract
Withtherapiddevelopmentofeconomyandthesciencetechnology,peoplebecomepaymoreandmoreattentiontothequalityoflifeandimprovingtheenvironment,andgasintothefamilytheuseofconvenienceforpeople,butalsotoimprovetheurbanenvironment,butalsotopeoplewithtothepotentialdangers,includingtheriskofcarbonmonoxideisthemostimportantsource.Ifnotsealedpipesandvalves,theyleaked,lightcausedpoisoning,causedbyheavyfire,endangeringpeople'
slivesandproperty.Forthesereasons,soitisveryimportantforustoinspectandcontrolthesegaseswell.Anditisobviouslyveryimportanttostudyontheinspectionmethodsandsensorsofallkindsofgases.
Inthispaper,themaingasleakmeasurementandalarmsystemstothesemiconductorgassensorforthestudyinordertoconstituteasingle-chipmicrocomputerasthecorewithdataacquisition,objectcontrol,resultsshowedthatfeaturessuchasdatacommunicationsystemofintegrity.ThroughtheVirtualLabVIEWcontrolapparatus,andthenthroughcomputerI/Ointerfaceoutput;
outputsignalsdrivethecorrespondingdrivingcircuits,respectively,controlthealarmlight,buzzerandcutoffthecircuit,therealizationofthegasleakonthereal-timemonitoringandcontrol;
proceduresreal-timemonitoringofsystemstate.
Keywords:
gassensor;
Singlechipmicrocontroller;
dataacquisition;
LabVIEW
目录
1绪论 1
1.1研究的背景和意义 1
1.2可自锁智能煤气泄漏控制器的国内外现状和发展过程 2
1.2.1可自锁智能煤气泄漏控制器的国内外现状 2
1.2.2可自锁智能煤气泄漏控制器的发展历程 2
1.3本设计研究内容与结构安排 3
2总体方案设计 4
2.1本设计实现的功能 4
2.2系统实现方案与选择 4
2.2.1基于单片机的实现方案 4
2.2.2基于MiniCore的实现方案 5
2.2.3方案选择 5
2.3系统的工作流程 6
2.4部分元器件的介绍 6
2.4.1气体传感器的介绍与选定 6
2.4.2单片机AT89C51的概述 9
2.4.3模/数转换器ADC0832的概述 10
2.5数据处理 12
2.5.1传感器非线性信号处理 12
2.5.2数字滤波处理 12
3系统的硬件设计 14
3.1硬件电路系统原理与系统框图 14
3.2气体传感器的信号采样 14
3.3LCD1602显示电路 15
3.3模数A/D转换电路 16
3.4声光报警电路 17
3.7执行电路 18
4系统的软件设计 20
4.1系统的主程序 20
4.2数据处理模块 21
5系统仿真与调试 22
结束语 25
参考文献 26
致谢 27
附录一:
系统总电路图 28
附录二:
系统主程序 29
1绪论
1.1研究的背景和意义
随着现代科技的发展和社会的进步，人们对生活质量的要求越来越高，西气东输工程的进行使煤气成为大多数家庭的燃料。
与此同时，因煤气泄漏造成的种种事故也随之而来。
每年因煤气泄漏造成的煤气中毒事故屡见不鲜，有甚者，因煤气泄漏导致室内浓度过高而引起的爆炸事故也不少见。
人们的生活中所使用的家用煤气的主要成分是甲烷，有时会因为各种原因而发生泄漏，甲烷是一种可燃性气体，当遇到明火的时候会燃烧起来甚至会爆炸，所以在煤气泄漏的时候抽烟或者使用家用电器的话，煤气就很可能会发生爆炸事故。
而甲烷不完全燃烧可能会产生有毒气体一氧化碳CO，CO是一种无色、无嗅、无味、无刺激性的气体，几乎不溶于水，当与空气混合达到12.5%~80%时具有爆炸性。
此外，CO通过人体呼吸作用进入血液循环，造成缺氧血症，导致组织缺氧，抑制组织呼吸。
它又是煤气中对人体危害最大的有毒气体。
如果人长时间的吸入煤气甚至会导致中毒身亡。
人体一氧化碳中毒属于内科急症，如果不及时发现和进行治疗，将会危及生命安全。
近年来，我国部分地区一氧化碳中毒事件时有发生，特别是高发季节的春冬季节，此事故更为频繁发生。
为了使人们在生活质量提高的同时安全也有更好地保障，可自锁智能煤气泄漏控制器的设计成为预防因煤气泄漏造成事故的重要策略。
以单片机为核心可自锁智能煤气泄漏控制器设计将会满足社会对智能化设备的需求，当前市场上的家庭煤气泄漏报警控制器虽然有一定的预防事故能力，但是也仅仅是出了事故报警，而不能智能的防止事故的发生，所以急需一套完善的防御系统来改善目前的情况，以单片机为核心可自锁智能煤气泄漏控制器设计应用于企业生产会大大的提升企业的经济效益，进而带动社会的发展和人类的进步。
如今，在日用电子产品中单片机的应用越来越广泛，煤气泄漏造成的事故威胁是人们生活中需要测量和控制的一个问题。
为了预防中毒事故的再次发生，设计出以单片机作为核心器件，以气敏原件检测气体浓度，电动机和变速机构为开关气阀的执行机构，霍尔传感器作为气阀的角度传感器的可自锁智能煤气泄漏控制器。
从而实现对煤气泄漏状况的预防和及时制止，而且造价低廉，系统稳定性好，可以广泛应用于生活。
1.2可自锁智能煤气泄漏控制器的国内外现状和发展过程
1.2.1可自锁智能煤气泄漏控制器的国内外现状
国外从20世纪30年代开始研究及开发气体传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；
另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。
据有关统计，美国1996年~2002年气体传感器年均增长率为27%~30%。
随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得气体检测仪器的体积也逐渐变小，提高了气体检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。
1963年5月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年12月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视[1]。
我国在70年代初期开始研制可燃性气体报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。
但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。
近年来，在气体选择性和产品稳定性上也有很大进步。
1.2.2可自锁智能煤气泄漏控制器的发展历程
从可自锁智能煤气泄漏控制器的发展过程来看，大体上可分为三个阶段：
第一阶段为多线型煤气自动报警系统，每个传感器需要提供两根电源线和一根报警信号线，由报警系统来提供传感器电源，且传感器的信号线均连接到报警显示盘上，在报警同时点亮相应的指示灯。
这种系统的功能一般是以报警为主的，附加一些简单的联动功能，例如驱动警报灯等，其报警器对于传感器没有故障检测的功能，只会对电源线的断线做出故障反应，并且安装这种系统比较繁琐，工作量较大。
第二阶段为总线型智能多功能煤气泄漏安全防护系统，这种系统采用了微处理器控制。
其线制一般分为二线制、三线制、四线制。
它的传感器和模块是由总线与控制器来实现信号传送的。
传感器的输出形式为模拟量，其灵敏度取决于制造时的硬件，是不可调整的。
这种系统可通过各种模块对各种联动设备实现比较复杂的控制，并且已经具有系统自检测和对外围器件的故障检验等功能，但是它对故障的类型却不能区分。
目前国内生产的煤气泄漏防护系统大多还是属于这种产品。
由于这种产品具有先进的报警和控制功能，且安装比较方便，价格较低，已经被广泛大量地使用。
第三阶段为可自锁智能煤气泄漏控制系统，此类系统采用了先进的计算机控制技术，对其传感器的输出信号的调理具有智能性，其智能化程度有了大的提高。
此类系统以单片机为核心实现在煤气泄漏事故发生时，不仅可以实现报警功能，也可以在报警的同时自动关闭气体阀门，这种系统的稳定性好，可靠性高，更为全面的对煤气泄漏造成的事故进行预防和防护。
且结构简单、造价低、易操作，可广泛地用于人们的日常生活中[2]。
1.3本设计研究内容与结构安排
本设计的工作是研发设计一种可自锁智能煤气泄漏控制器系统。
可自锁智能煤气泄漏控制器是以89C51单片机为核心，接收、处理煤气探测器输出的报警信号，并做出声光报警反应，与此同时实现相应的辅助控制等功能，凭借单片机的强大功能和可扩充性，不仅可实现对于煤气泄漏监控系统的各种实时、有效、多功能的控制，也可作为家庭、小区、厂矿等场所的煤气监控系统以及智能报警器等来使用。
该设计可
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