单点可燃性气体监控系统的设计.docx

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单点可燃性气体监控系统的设计

摘要：

随着城市煤气、天然气事业及化学工业的迅速发展，易燃、易爆的气体种类和应用范围在不断增加，这些易燃易爆气体在生产和使用过程中，一旦发生泄露将会引起中毒、火灾、爆炸等重大事故。

在人们对安全生产的重视程度和生产技术手段不断提高的同时，可燃气体监测报警器正广泛地应用在这些领域中。

可燃气体监测报警器是预防易燃易爆气体在生产和使用过程中发生泄露的报警装置。

因此，可燃性气体报警器的研究是很有意义和必要的。

课题主要阐述了可燃气体监测报警器的设计。

报警器的总体工作流程是：

A/D转换芯片将传感器送来的模拟量转化成数字量送给单片机，然后进行数字滤波，数据处理，将电压信号转化成为对应的浓度值。

最后，将实际可燃气体浓度送液晶LCD12864显示，当有可燃气体浓度超出设定的限定值时，则单片机将驱动蜂鸣器实现报警功能。

实验表明，课题设计的可燃气体监测报警器具有性能稳定，测量准确等优点，因此，是一种具有较好实用价值的气体监测装置。

关键词：

报警器；STC89C52单片机；蜂鸣器

TheDesignofSinglePointofCombustibleGas

MonitorAlarmApparatus

Abstract:

Withtherapidlydevelopmentofthecitygas,naturalgasutilitiesandthechemicalindustry,flammable,explosivegastypeandrangeofapplicationsisincreasing,theflammableandexplosivegasesintheprocessofproductionanduse,intheeventofleakagewillbecausedbypoisoning,fires,explosionsandothermajoraccidents.Peopleoftheimportanceofsafetyinproductionandtheproductionoftechnicalmeanstocontinuouslyimprove,thecombustiblegasalarmmonitoringarewidelyusedintheseareas.Combustiblegasalarmmonitoringisthepreventionofexplosivegasintheproductionanduseoftheleakageoccurredduringthealarm.Sothedesignofcombustiblegasmonitoralarmapparatusisnecessaryandtakesremedialmeasures.Thetopicelaboratedoncombustiblegasalarmmonitoringsoftwaredesign.Alarmoverallworkflowis:

A/Dconversionchipwillbesenttotheanalogsensorsintodigitaltothemicrocontroller,andthenproceedtodigitalfiltering,dataprocessing,thevoltagesignalintothecorrespondingconcentrationvalue.Finally,theactualconcentrationofcombustiblegasestosendLCD12864,whentheconcentrationofcombustiblegasesinexcessofthelimitvalueset,thentherealizationofsingle-chipdrivebuzzeralarmfunction.Theexperimentalresultsshowthatthismethodisdesignedtomonitorcombustiblegasalarmhasastableperformance,accuratemeasurement,therefore,isagoodpracticalvalueofthegasmonitoringdevice.

KeyWords:

Alarm;Sensor;Single-chip;Buzzer

单点可燃性气体监控系统设计

1概述

1.1课题的背景

随着我国改革开放的不断深入，工业化的发展，人类的生活水平在不断地提高；然而与此同时，工作环境的污染却不断地在增加。

我们的生活环境中存在着各种各样的有毒有害，易燃易爆气体，从家用液化石油气、城市煤气以及天然气到工业生产过程中产生的气体、交通工具中排放的各种气体都在不断地污染环境，影响人类的生存。

这些气体在带给人们能源、生产生活提供方便的同时，由于它们本身是有毒、易燃的化学物品，故而也给燃气燃具用户深深埋下了火灾、中毒、爆炸的隐患。

由于人们感官缺乏对各种可燃气体的感知，特别是对可燃气体浓度的判断能力是有限的，因而研制出能够感知并判别气体的种类和测量气体浓度的仪器就变得尤为必要。

1.2课题的意义

课题模拟设计一种可燃气体监测报警器，可用于监测空气中可燃气体的浓度，并且能将气体的浓度显示在液晶屏12864上，当空气中的可燃气体的浓度达到一定的警界值时，发出报警声音，从而能够保障人们自身和生产与生活的安全，这对我们生活安全性的提高，有着深刻的意义。

1.3课题采用的设计方案

A.方案一

（采用纯模拟电路）电路输入级为气敏元件，和二极管、三级管构成的电子开关。

再用两个三极管构成互补多谐振荡器，他与继电器和发光二级管组成闪光报警器。

电位器为报警灵敏度调节，可燃气体浓度一定，三极管导通，继电器通断工作，二极管闪烁报警。

B.方案二

电路输入级将浓度信号转换成电压信号，并采用多级非门驱动发光二级管报警，气体浓度越大，发光二级管点亮得越多。

C.方案三

电路气敏元件MQ-5采集浓度信号，A/D处理数据，单片机控制电路，键盘控制电路用来选择报警类型，LCD数据显示，气体浓度超标时进行声光报警。

D.方案四

采用MQ-5传感器、LED发光二极管、蜂鸣器构成简易的声光报警器。

由上述可知道：

方案四所示结构简单，可实现简易的报警功能，但课题的目标是设计一种性价比高，运行可靠可燃气体监测报警器，因此，综合分析后决定采用上述方案三。

此方案设计的可燃气体监测报警器由稳压电源电路，其中电路包括：

采样电路，电流电压转换电路，A/D模数转换，声光报警电路。

本设计的可燃气体警报器由六个部分组成：

LCD12864显示屏，单片机，A/D转换电路，气体传感器，温度传感器以及蜂鸣器构成。

气体浓度采集模块采用MQ-5气体传感器来采集，其采集输出为0~5V电压信号，这种电信号是连续变化的模拟信号，需要经过A/D转换将其转化为数字信号。

控制电路以单片机为核心，能够对采集的数字信号进行处理和判断，运用一定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到LCD12864显示器显示出来。

当检测气体浓度超出设定报警阀值时给出声光报警。

课题的主要任务：

a.对报警器整个系统进行了整体规划、结构设计。

b.对报警器电路流程软件的设计。

分为主程序设计，A/D转换控制程序的设计，数据滤波，数据处理，浓度显示程序设计、报警子程序设计等。

c.软件的仿真调试。

系统框图如下图1-1所示：

图1-1可燃气体监控系统主要框图

1.4系统实现的功能

由于气体传感器输出的电压为0~5v，可令电压信号经过电压跟随器送入ADC0809中，进入单片机后进行一段数值滤波程序处理，再经过特定算法将采集到的电压转换成当前气体浓度值；同时，温度传感器DS18B20对环境温度进行实时采集监控，单片机系统将所得的温度数值，气体浓度数值送到LCD12864液晶屏上显示出来；所得的气体浓度，实时温度，与系统初始设定的预警值相对比，若超出预警值范围，则启动报警电路，此时，蜂鸣器响，提示浓度超出预警范围，以起到系统对环境气体浓度以及温度的实时监测和报警功能。

系统电路中以89C52为核心进行数据处理。

ADC0809为A/D转换芯片，ADC0809为8通道8位A/D转换芯片，其线性误差为±15.7mV，但可满足本传感器的精度要求。

DS18B20用于测量传感器运行的环境温度，DSl8B20的测量范围从-55到+125增量值为0.5℃。

LCD12864显示各气体浓度，当浓度超标时用发光二极管，蜂鸣器报警。

2硬件系统的设计

2.1最小系统的设计

最小系统的设计如图2-1所示，MCU采用STC89C52，这是STC推出的新一代高速/低功耗/超强干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

STC89C52单片机具有以下特点：

a.CPU为8位；

b.片内带振荡器，频率范围为1.2-12MHz；

c.片内带128字节的数据存储器（RAM）；

d.片内带4KB的Flash程序存储器（ROM）；

e.程序存储器的寻址范围为64KB（需扩展ROM）；

f.片外数据存储器的寻址范围为64KB（需扩展RAM）；

g.128位（16字节）用户位寻址空间；

h.21个字节特殊功能寄存器SFR；

i.4个8位的并行I/O接口；

j.3个16位定时器/计数器；

k.2个优先级别的5个中断源；

l.1个全双工的串行I/O接口，可多机通信。

图2-1最小系统（STC89C52）外围电路图

89C52晶体振荡器频率可在6MHz-40MHz之间选择，常选6MHz或12MHz的石英晶体。

电容的值没有严格要求，但其取值对振荡器的频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度稍有影响，电容值可在20pF-100pF之间选择。

当外接晶体振荡器时，电容可选30pF±10pF。

2.1.189C52单片机中断系统

89C52的中断系统主要由几个与中断有关的特殊功能的寄存器，中断入口，顺序查询逻辑电路等组成。

与中断有关的特殊功能寄存器有四个，分别为中断源寄存器（即专用寄存器TCON和SCON的相关位），中断允许控制寄存器IE和中断优先级控制寄存器IP。

89C52单片机有5个中断源，可提供两个中断优先级，即可实现二级中断嵌套。

5个中断源的排列顺序由中断优先级控制寄存器IP和顺序查询逻辑电路共同决定。

5个中断源对应5个固定的中断入口地址。

a.中断请求源：

外部中断请求源：

即外中断0和1，经由外部引脚引入的，在单片机上有两个引脚，名称为INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3这两个引脚。

在内部的TCON中有四位是与外中断有关的。

IT0：

INT0触发方式控制位，可由软件进和置位和复位，IT0=0，INT0为低电平触发方式，IT0=1，INT0为负跳变触发方式。

IE0：

INT0中断请求标志位。

当有外部的中断请求时，这位就会置1（这由硬件来完成），在CPU响应中断后，由硬件将IE0清0。

IT1、IE1的用途和IT0、IE0相同。

b.内部中断请求源：

TF0：

定时器T0的溢出中断标记，当T0计数产生溢出时，由硬件置位TF0。

当CPU响应中断后，再由硬件将TF0清0。

TF1：

与TF0类似。

TI、RI：

串行口发送、接收中断。

c.