危险气体自动报警系统设计概要.docx
《危险气体自动报警系统设计概要.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《危险气体自动报警系统设计概要.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
危险气体自动报警系统设计概要
危险气体自动报警系统设计
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，一旦发生泄漏将会引起中毒、火灾、爆炸等重大事故，所以研制一种新型、性能稳定、准确监测针对这些危险气体自动报警系统势在必行。
。
本次设计采用以STC12C5A60S2芯片为核心，用半导体陶瓷式气体传感器MQ-5来检测外部气体浓度，采集的数据通过LCD1602显示，当浓度超过一定的量时，通过蜂鸣器和LED来进行声光报警。
关键字：
单片机MQ-5LCD1602
Dangerousgasautomaticalarmsystem
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofcitygas,naturalgasutilitiesandthechemicalindustry,flammable,explosivegastypeandrangeofapplicationsareincreasing,theseexplosivegasesintheproductionanduseoftheprocess,oncetheleakwillcausepoisoning,majoraccidentsfires,explosions,etc.,sothedevelopmentofanew,stable,accuratemonitoringisimperativeforthesedangerousgasesalarmsystem..
ThedesignusestoSTC12C5A60S2chipasthecore,withthesemiconductorceramicgassensorMQ-5todetecttheexternalgasconcentrationdatacollectedbyLCD1602display,whentheconcentrationexceedsacertainamount,bythesoundofthebuzzerandtheLEDtolightCallthepolice.
Keywords:
singlechipMQ-5LCD1602
1绪论
我们日常生活中经常使用的液化石油气和煤气等，这些气体主要含有烷类以及一氧化碳、氢等成分。
随着化工产业的发展，这些气体的应用范围都有所增加。
在生产、输送、贮存和使用这些气体的过程中，很容易发生泄漏甚至于爆炸因为设备密封质量不好或者操作不当等等其它原因。
易燃易爆的气体与空气混合后生成一种爆炸性混合物，它们遇到火就会发生剧烈的化合反应，从而产生大量的热量，进而会燃起大火，给人民的生命和财产造成危险。
所以只有采用先进、可靠的安全监测仪表，在生活中时时检测有毒气体，才可以保障人民的生命和财产安全。
国家法律明确规定:
“散发可燃气体的场所，应设置可燃性气体浓度检测装置”。
但根据目前国内的情况，许多检测仪使用时间过长，性能也不稳定，而且老化严重和技术指标达不到标准。
2003年12月，国家执行新的可燃性气体探测器标准（GB15322-2003）《可燃气体检测仪》。
一部分不合规定的可燃性气体检测仪将停止使用。
因此，现如今研制一种性能稳定、准确监测的危险气体检测仪非常重要。
随着今年来电子技术的突飞猛进，研制一种性能稳定、准确监测，并且合乎国家相关规定的检测仪的难度已经大大降低，目前也有许多企业已经有产品面向市场，越来越多更先进的测量仪也在研发之中。
作为测量仪器的处理器，单片机由运算器，控制器和存储器等构成。
它是近年来发展成熟和应用广泛的一种芯片，许许多多简单的控制都可以用到它，它不但使用简单，而且成本也低，市面上的单片机型号更是繁多，可以让设计人员根据自己的需求去选择。
单片机和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。
概括的讲：
一块芯片就成了一台计算机。
由于单片机的需求大，现在已经有8位、16位、32位的单片机，其中作为8位单片机的51单片机最为成功，因为其简单可靠而性能不错获得了很大的好评。
近年来传感器技术突飞猛进，为我们的生活带来了生活的便捷。
传感器技术也应用在各个行业，例如汽车上的雷达报警，以及手机的重力传感器。
可燃性气体传感器是各种类型仪表的核心之一。
2设计要求与方案论证
2.1设计要求
（1）报警装置的总体设计方案；
（2）完成控制电路、感知电路设计；
（3）电路优化设计。
2.2方案论证
2.2.1控制部分的方案选择
方案一：
采用传统的8位单片机，例如STC12C5A60S2作为控制核心。
该单片机是目前最流行以及开发平台最低的一种嵌入式控制芯片，目前已经广泛运用于市场上，高校的教学也有讲这方面的知识。
方案二：
采用FTC10F04单片机，还带有非易失性Flash程序存储器。
它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多。
方案一成本比较低，适合做设计，方案二运算速度高，性能好，所以两种方案都有可取之处。
但是方案一做设计容易上手，方案比较通用，而且货源充足，有利于生产。
综合比较选用方案一
2.2.2显示模块的选择方案和论证
方案一：
LED数码管动态扫描。
相对于液晶显示比较经济实惠，但液晶显示比数码管显示美观，LED数码管在操作上比较繁琐。
方案二：
点阵显示。
用点阵显示美观，但是分辨率不高，而且需要的功率比较大，单个LED出现问题后会对整个点阵的显示产生影响。
方案三：
LCD1602液晶是一种具有8位并行接口方式的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为16x2。
1602液晶操作简单，容易上手和使用，而且可构成简单的人机交互图形界面。
经过综合比较最终选择方案三，即选择LCD1602液晶显示屏。
2.2.3危险气体检测传感器的选择方案和论证
近年来传感器技术突飞猛进，为我们的生活带来了生活的便捷。
传感器技术也应用在各个行业，例如汽车上的雷达报警，以及手机的重力传感器。
可燃性气体传感器是各种类型仪表的核心之一。
危险气体检测传感器是一个气-电变换器，作用是把可燃性气体在空气中的含量（即浓度）变成电信号，然后把电信号传输给单片机处理，单片机处理这些数据，然后报警或者显示。
传感器的选型是非常重要的。
下面将对传感器的类型进行介绍。
（1）半导体气体传感器
半导体气体传感器主要使用半导体气敏材料。
半导体气体传感器的工作原理是利用气敏元件的电阻、电流或电压随气体浓度变化。
半导体气体传感器具有诸多优点，比如使用简单、产品种类多、以及稳定性比较强。
正是由于这些优点，半导体气体传感器得到了广泛的应用。
（2）固体电解质气体传感器
固体电解质气体传感器也是一种常见的传感器。
固体电解质气体传感器的工作原理是使用固体电解质材料作为气敏元件，气敏材料在通过气体时产生离子，形成电动势，电动势从而测量气体浓度。
由于这种传感器灵敏度和选择性好，使用简单以及电导率高，，因而得到了广泛的应用。
如测量H2SYST-Au-WO3，NH3的NH'4CaCO3等。
固体电解质传感器制造虽然成本高，检测的气体数量也不是很多，但是它在检测环境污染领域中有优势，所以还是一种应用广泛的气体传感器，在市面上也比较常见。
（3）高分子气体传感器
高分子气体传感器是近年来发展迅速的一种气体传感器，虽然它的价格昂贵，但是也有一定的市场。
高分子气体传感器的工作原理是高分子气敏材料在遇到特定气体时，其电阻和材料表面声波传播速度和频率、材料重量等物理性能发生变化。
高分子气体传感器对特定气体分子灵敏度高且结构简单，能在常温下使用，所以它的优点也是十分得明显。
（4）电化学传感器
电化学传感器也是一种常见的气体检测传感器。
电化学传感器反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测，但它的缺点是寿命较短，容易引起误差。
如今主要适用于毒性气体的检测。
通过对各种传感器的对比，本次设计最终采用半导体气体传感器，该传感器型号为MQ-5,下面将介绍它的特性及使用方法。
（1）MQ-5传感器概述
MQ-5适用于家庭或工业上对液化气，天然气，煤气的监测装置。
其具有对液化气、天然气、城市煤气有较好的灵敏度；对乙醇，烟雾几乎不响应，具有优良的抗干扰能力；有快速的响应恢复特性；有长期的使用寿命和可靠的稳定性；测试电路比较简单等优点。
（2）MQ-5特性介绍
MQ-5气敏元件的外形和典型的应用电路如图1所示,气敏元件有6只针状管脚，分别用于信号取出和提供加热电流。
MQ-5气敏元件适用于对液化气，天然气，煤气的监测装置，而且它技术成熟，在市面上很常见，而且价格便宜，具有优良的抗干扰能力，有快速的响应恢复特性，有长期的使用寿命和可靠的稳定性，测试电路比较简单等诸多好处。
参数：
A.标准工作条件
符号
参数名称
技术条件
备注
Vc
回路电压
≤15V
ACorDC
VH
加热电压
5.0V±0.2V
ACorDC
RL
负载电阻
可调
RH
加热电阻
31Ω±3Ω
室温
PH
加热功耗
≤900mW
B.环境条件
符号
参数名称
技术条件
备注
Tao
使用温度
-10℃-50℃
Tas
储存温度
-20℃-70℃
Rh
相对湿度
小于 95%Rh
O2
氧气浓度
21%（标准条件）
C.灵敏度特性
符号
参数名称
技术参数
备注
Rs
敏感体电阻
10KΩ-60KΩ（1000ppm甲烷）
探测范围：
300-5000ppm液化气，天然气，煤气。
α（1000ppm/5000ppmCH4）
浓度斜率
≤0.6
标准工作条件
温度：
20℃±2℃，Vc:
5.0V±0.1V；相对湿度：
65%±5%Vh:
5.0V±0.1V
预热时间
不少于24小时
图1MQ-5结构及电路图
2.3设计方案确定
本设计采用STC12C5A60S2作为控制芯片，显示模块采用LCD1602，传感器采用MQ-5，报警信号采用蜂鸣器和LED灯。
3系统硬件电路设计
3.1各单元模块功能分析及模块电路设计
3.1.1单片机控制模块
本系统以STC12C5A60S2单片机为控制核心。
STC12C5A60S2系列1T单片机特点如下：
1.增强型8051CPU,1T,单时钟/机器周期
2.工作电压:
有5.5V-3.3V和3.6V-2.2V两种电压的单片机可以选择，可以最大的适应你所需要的设计需求
3.工作频率范围:
0-35MHz
4.用户应用程序空间选择多
5.片上集成1280字节RAM
6.通用I/O口（36/40/44个）
7.不用下载器和仿真器可通过串口直接下载用户程序,数秒即可完成一片单片机的程序载入
8.有EEPROM功能
9.看门狗
10.内部集成MAX810专用复位电路
11.外部掉电检测电路
12.时钟源:
外部高精度晶体或者内部R/C振荡器
13.共4个16位定时器,16位定时器T0和T1,没有定时器2,但有独立波特率发生器等等
引脚信号介绍：
P0.0～P0.7：
P0口8位
升级会员 