有害气体检测与报警系统设计Word文档格式.docx
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2.有害气体检测仪的硬件电路设计。
以微控制器AT89S51为核心搭建了系统的硬件平台，主要设计了数据收集电路、信号放大处置电路、红外遥控电路、数码显示电路、按键接口电路和声光报警电路等电路。
3.有害气体检测仪的固件编程，按照设计功能要求需求，采用C语言进行了有害气体检测仪软件设计，实现了有害气体浓度数据收集、处置、显示等功能。
4.系统调试。
进行了有害气体检测仪整机调试，对实验数据进行了分析，为以后改良设计提供依据。
有害气体检测仪能够实时准确地检查企业和居民楼宇中有害气体浓度，预防重大事故发生，为工作人员和居民提供了安全保障，具有较大的推行应用价值。
【关键词】：
有害气体、报警器、单片机、数据收集与记录、浓度测量
Designandimplementationofintelligentflammablegasleakagedetectionalarmsystem
Abstract
Coalminemethaneisthemainharmfulgases,itisseriousthreattoundergroundoperationspersonnel.Howtocheckreal-timeaccurateconcentrationofmethaneconcentrationreachesacertainlimit,caneasilycauseamajorsafetyincidents,theconcentrationofmethanegasdetectorusedtodetecttheexistenceofmethaneleaks,andthuspreventsuchaccidentsfromhappening.
Inthispaper,coalmineproductionproblemsinthedesignofaportablemethanegasconcentrationdetector.Theapparatusforthecatalyticcombustiontypesensorsforthedetectionofcomponents,usinginfraredremotecontroltechnologytotheinstrumentcalibrationandalarmsetpointscanbeaccuratelycarriedouton-sitereal-timemeasurementofmethaneconcentration.Whenthemethanecontentintheairexceedsapresetalarmvalue,alarmwiththeuseofsoundandlightway.Themaintopicswerethefollowingaspectsofthestudy.
1.Harmfulgasdetectionandalarmsystemdesignbackgroundandtheresearchsignificance,aswellastheactualuseintheprocessofinstallationnotesandalarmstructure.
2.Hardwarecircuitdesignofmethanegasdetector.Dreamupthehardwareplatformwithmicro-controllerasthecorestructresofthesystem'
s,andmaindesignofthetemperaturecontrolcircuit,zerocircuit,infraredremotecontrolcircuits,liquidcrystaldisplaycircuit,thekeyboardinterfacecircuitandsoundandlightalarmcircuit.
3.Harmfulgasdetectorfirmwareprogramming,accordingtothedesigndemand,usingtheClanguageofthenoxiousgasdetectioninstrumentsoftwaredesign,achievedtheharmfulgasconcentrationdataacquisition,processing,displayandotherfunctions.
4.Systemdebugging.Theharmfulgasdetectioninstrumentfordebugging,theexperimentaldatawereanalized,improvementdesigntoprovideabasisforthefuture.
Harmfulgasdetectorcanaccuratelycheckthebusinessesandresidentsinthebuildingtheharmfulgasconcentration,preventionofmajoraccidents,forworkersandresidentstoprovidesecurity,hasgreatpopularizationandapplicationvalue.
[keywords]:
combustiblegas;
annunciator;
dataprocessing;
microcontroller;
densitymeasurement;
detection;
alarm;
distancecontrol
目录
摘要.................................................2
Abstract.............................................5
1绪论.........................................8
本课题的研究背景与意义...............................8
1.1.1研究的背景........................................8
1.1.2研究的意义........................................8
1.2报警器的结构与安装....................................9
1.2.1报警器的组成与应用................................9
1.2.2报警器的布点......................................9
1.2.3报警器的安装......................................9
1.3可燃性气体报警仪国内外进展情况.....................10
2系统的功能模块与硬件结构............................12
2.1系统的功能模块.......................................12
2.2系统的硬件结构......................................13
2.2.1主控机............................................13
2.2.2模拟信号的数据收集................................14
2.2.3模拟信号的放大处置................................14
2.2.4从机及A/D转换电路................................15
2.2.5ADC0809与单片机的接口............................16
2.2.6电源电路设计......................................17
2.2.7液晶显示电路......................................18
2.2.8系统报警系统的组成与程序代码......................19
2.2.9信号调理电路......................................20
3系统软件的整体设计.............................21
3.1软件系统的计划.......................................21
3.2系统主程序流程设计...................................22
3.3中断程序设计..........................................23
3.3.1按键中断程序设计..................................24
3.3.2按时器A中断程序设计..............................25
3.3.3串行中断程序设计..................................27
按键子程序设计.......................................27
数据收集子程序设计..................................28
红外遥控解码程序设计..............................29
FLASH存储器程序设计................................30
数据库设计与实现...............................31
4远程温度数据收集控制............................32
5结论..........................................33
致谢................................................34
参考文献............................................35
1绪论
1.1本课题的研究背景与意义
研究的背景
燃气（人工煤气、天然气、液化石油气）的普及，提高了生产效率、市民的生活质量，但在利用燃气的进程中，因燃气泄漏、废气等原因造成的燃气爆炸、中毒等意外事故时有发生，给人们的生命和财产安全带来了严峻的要挟，因此安全利用燃气一直是燃气主管部门工作的重中之重。
燃气泄漏报警器能有效监测环境中可燃气体或毒性气体（如CO）的浓度，一旦其浓度超出报警限定值，就可以发作声光报警信号，而且能自动开启排风扇把燃气排出室外，乃至能通过联动装置自动切断燃气供给避免燃气继续泄漏，起到安全防范的作用。
但报警器选用得是不是合理，直接关系到其功能的充分发挥。
该设计所研究的可燃性气体报警器正是应这种要求而开发的。
从可燃性气体进展的整体角度来讲，在石油化工生产进程中、实验室实验、教学设施、住宅等不可避免地存在着各类易燃易爆气体和有毒气体，这些气体一旦泄漏并积聚在周围环境中,将可能酿成火灾、爆炸或人身中毒等恶性事故。
为了防患于未然,应采用性能靠得住的气体检测器，持续监控工艺装置或储运设施环境中可燃气体和有毒气体的泄漏情形，及时发出报警以保证生产和人身安全。
研究的意义
当前在石化行业HSE质量体系愈来愈受到重视，石油化工行业标准《石油化工可燃和有毒气体检测报警设计规范》即将上升为国家标准。
在设计检测器时应充分考虑其安装位置的合理性，为以后的利用、保护、检定提供方便。
按照检测现场的空气可能环流现象及空气流动的上升趋势，和厂房的空气自然流动情形、通风通道等来综合推测，当发生大量泄漏时，按照可燃气体或有毒气体在平面上自然扩散的趋势方向，肯定平面位置;
再按照泄漏气体的密度并结合空气流动的方向，肯定空间位置。
报警器是不是灵敏靠得住关系到人身财产安全,因此报警器属于强制检定的计量器具。
目前大多数报警器用户都利用汽油或液化气等超过以上高浓度的易挥发可燃气体对报警器进行检测,若报警即判断报警器正常。
这样做虽然省缺了购买可燃气体标准物质的麻烦和费用,但实际上达不到保证安全的目的,从而形成重大安全隐患,有时还会造成报警器检测元件中毒。
如果使用标准气体检测报警器,就能保证人身安全,同时杜绝报警器检测探头中毒现象。
报警器的结构与安装
报警器的组成与应用
一、可燃气体检测报警器的组成和应用，可燃气体检测报警器由探测器与报警仪表组成,主要用于监测可燃气体产生、利用、贮存的室内外危险场所的泄漏情形。
当被测场所空气中存在可燃气体时,探测器将感知信号并传输到报警仪表,仪表即显示出可燃气体爆炸下限的百分比浓度值。
当可燃气体浓度超过报警设定值时发作声光报警信号提示,值班人员采取安全办法,避免燃爆事故的发生。
报警器的布点
二、固定安装式检测报警器的特点固定安装式检测报警器一经安装就位,它的监测范围就已肯定。
当需要监测一个三维空间且规模较大的工业生产装置时,仅有的少数几个监测点很难确保监测效果。
因此，对于布点的疏密程度、上下高度和与可能泄漏点的距离等都要考虑。
报警器的布点安装不仅涉及到投资的合理性和可同意程度,还涉及到投资的切实效果和安全生产。
报警器的安装
三、可燃气体检测报警器安装安装应历时应考虑以下几点：
1.第一弄清所要监测的车间装置有哪些可能的泄漏点,并推算它们的泄漏压力,单位时刻的可能泄漏量、泄漏方向等,并画出棋格形散布图,按照推测的严峻程度分成A、B、C三个品级。
2.按照所在场所的主导方向、空气可能的环流现象和车间空气自然流动的趋势,推测当发生大量泄漏时,可燃气体在平面上的自然扩散趋势方向图。
3.再按照泄漏气体的密度（大于或小于空气）,并结合空气流动的上升趋势综合成泄漏流的立体流动趋势图。
4.按照形成的本监测范围可燃气体泄漏的立体流动概念,就可在其流动的下游位置作出初始设点方案。
5.然后,再研究泄漏点的点泄漏状态:
可能是微泄漏也可能是喷射状泄漏。
若是是微泄漏,则设点的位置就要靠近泄漏点。
若是是喷射状泄漏,则稍远离泄漏点。
综合上述情形,拟定出最终设点方案。
如此,需要购买的数量和品种即可从所画的最终棋格图中估算出来。
6.对于一个大中型有可燃气体泄漏的车间,有关规定建议每相距（10～20）m设一个检测点。
7.对于无人值班的小型且不是持续运转的泵房,需注意发生可燃气体泄漏的可能性。
专门是在北方地域冬季门窗关闭的情形下,可燃气泄漏将专门快达到爆炸下限浓度。
一般在主导风向的下游位置,安装一台检测器,如厂房面积大于200m2,则宜增加一个监测点。
8.对于有氢气泄漏的场所,如大型发电机组、炼油厂的加氢装置、电化厂的电解车间、盐酸合成炉厂房、寄存有氢气钢瓶的仓库、有气相色谱分析仪的化验室等场所,将检测器安装在泄漏点的上方平面。
9.对气体密度大于空气的诸如烷烃类（甲烷沼气、民用煤气除外）、烯烃类（乙烯除外）、液化石油、汽油、煤油等,将检测器安装在低于泄漏点的下方平面上,并注意周围环境的特点。
例如,室内通风不流畅部位、地槽地沟易积聚可燃气体的地方、现场通往控制室的地下电缆沟、有密封盖板的污水沟槽等,都是常常性或在生产不正常的情形下容易积聚可燃气的场所,应将这些场所看成不可轻忽的安全监测点。
10.喷漆涂敷作业场所、大型的印刷机周围,和相关作业场所,都属于开放式可燃气体扩散逸出场所。
若是缺乏良好的通风条件,也很容易使某个部位的空气中的可燃气体的含量接近或达到爆炸下限浓度值,这些都是不可轻忽的安全监测点。
目前，从社会进展形式看，对气体的检测报警愈来愈重要,而气体检测装置也都脱影而出，可是很多装置都存在着某方面的短处，例如,，装置本身的利用耐久度、装置的灵敏度、报警明显度、设备的性价比、还有最大的短处就是装置本身容易出现问题是不是能及时发觉和处置等等，这些是很值得考虑的。
眼前，无论是公司、企业、或是家庭对装置的购买利用都会考虑装置寿命和性价比，所以理想的气体检测报警装置就第一必需知足这两点。
可燃性气体报警仪国内外进展情况
探测器探测到的可燃性气体浓度经线性变换成毫伏信号，通过电缆传输给控制器。
可燃气体报警器主要用于非矿井作业环境空气中可燃气体爆炸下限以下简称以下浓度的测定和报警，是石油、化工、储运、消防与人防等工矿企业防爆场所必备的安全检测仪器,也可作为化工设备、管道接头及阀门的检漏工具。
某厂气焊车间安装了台日本理研株式会社生产的型固定式可燃气体检测报警器,曾经直接利用气焊对准报警器的探头进行检测,使两个探头发严峻中毒,致使报警器报废。
由于利用气体不妥使报警器检测元件中毒现象普遍存在。
尤其是国产检测元件,更易出现灵敏度降低或线性严峻偏离的现象,致使报警器示值误差增大,乃至报警器报废。
标准气体是由国家技术监督局批准发布并由具有相应标准物质《制造计量器具许可证》的单位提供的对报警器进行检测,原则上应该采用与被测气体相同的标准气体。
对通用报警器可采用异丁烷标准气体或说明书上规定的气体。
仪器出厂时多数采用异丁烷标准气体作量程标定,也有的采用甲烷等标准气体作量程标定,一般在仪器说明书或面板上标明量程标定用气体的名称。
标准气体的浓度单位通常以摩尔分数表示,有时用标准状态下的体积分数表示,其浓度值应换算成相应的LEL的百分数。
不同的可燃气体,在空气中的爆炸下限是不相同的,异丁烷与甲烷在空气中的爆炸下限别离为%和5%。
计量检定机构依法对报警器执行强制检定,依照JJG693-90《可燃气体检测报警器检定规程》,选用10%30%60%LEL3、种浓度的标准气体,若是报警器的用户每一个月进行按期检测保护,能够只选用40%LEL的标准气体,检查报警器是不是报警和示值误差的大小。
若是仪器能够报警,且示值误差在正负10%之内,即能够为报警器完好。
国外的设备具有国际先进的水平，利用简单，自动化程度高，国内有些检测仪器就是采用了外国的先进技术，这主如果由于国内在这方面起步比较晚，可是在近几年来已经有了很冲破的进展。
总的来讲，技术的的高低能够决定设备利用的方便和安全度。
可燃性报警装置不仅具有报警限设定、声光报警、控制输出功能，而且具有时钟、气体浓度显示、故障自诊断功能。
报警仪应能够在较宽的温度范围下工作，如此就可以够被家庭、公司等多方面利用。
对于化工厂，专门是PVC生产部门初期利用的可燃性气体检测报警仪存在易中毒失败、透气帽侵蚀堵塞，受风、雨、尘、聚合物等众多问题及其影响。
所以对可燃气体报警仪的设计要求中不但要考虑技术原理，还要从研制报警仪本身所用材料着手，那样就会避免很多因为气体侵蚀性造成报警仪失效的问题。
无论是对家庭仍是公司企业来讲，最重要的还包括可燃性报警仪的价钱，价钱合理，对于公司企业才能谈经济效益，如此家庭也很容易同意。
总之，具有先进的的科学技术、操作简单显示清楚、具有长时刻的利用能力、能达到广大利用者的理想价钱的检测报警装置才是未来报警系统的进展方向。
2系统的功能模块与硬件结构
系统的功能模块
智能化可燃气体泄漏检测报警系统由从机与主机组成。
从机以单片机AT89C51为核心,可完成对1个检测报警点的多路气体浓度收集、数码显示、数据处置、声光报警、控制执行结构、与主机通信等功能,自身组成一个闭环测控系统。
主机由PC机实现,主要负责从机的数据通信、数据处置、存储、多种模式（曲线、棒状图等）显示、历史记录查询、阅读、打印等功能,以便操作人员对现场情形进行分析,按照分析结果采取有效办法,以避免可燃气体的泄漏,杜绝事故隐患。
图1系统功能模块图
系统硬件结构
系统以工控机为主控机,由AT89S51单片机、A/D转换器及外围电路组成份机,以CAN总线适配卡连接主机和从机,组成可燃气体泄漏检测报警系统。
其硬件结构见图2。
图2系统硬件结构框图
由传感器输出的微弱电信号,经各自信号调理电路对信号进行预处置,使其转换为1～5V范围内转变的直流信号,加到A/D转换电路转换为数字量,然后由各分机（单片机）对其进行数据分析、处置和显示。
分机按照主控机发送的控制命令，由通信接口将数字量化信号输出,主控机接收信号后进行分析、计算及结果显示,同时判别是不是超标,若超标,则主控机控制报警电路报警,同时向分机发送报警命令,控制分机报警电路工作及自动启动房间紧急通风装置。
主控机
主控机是整个检测报警系统的控制核心,包括显示器、键盘、鼠标等附属设备。
。
主控机通过软件编程实现对各分机的数据收集、数据传输、通风报警等控制,同时按照数学模型计算出实测值,并显示其检测位置和气体浓度。
模拟信号的数据收集
现代电子技术和运算机为信息转换与处置提供了十分完善的手腕,使检测与控制技术进展到一个崭新的阶段,但如果是没有各类精准靠得住的传感器去检测原始数据并提供真实的信息,那么,运算机也无法发挥其应有的作用。
传感器能够把自然界的各类物理量和化学量等精准地变换为电信号,再经电子电路或运算机进行处置,从而对这些量进行监测或控制。
本报警器即选用了两类传感器———气体传感器和温度传感器,以实现对被监测环境中与CO浓度值相关的模拟量的数据收集。
模拟信号的放大处置
对于传感器输出的模拟信号,一般要用运算放大器对其进行调理或放大,以知足A/D转换器对输入模拟量幅值及极性的要求。
在本报警器电路中,一样要对两类传感器的输出信号进行放大调理。
由于运用简单的运算放大电路即可实现处置要求,所以本文不做过量介绍。
图3数据收集与放大处置电路图
分机及A/D转换电路
由低功耗、高性能的8位C
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