煤气泄漏检测报警装置设计.docx

煤气泄漏检测报警装置设计.docx

《煤气泄漏检测报警装置设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤气泄漏检测报警装置设计.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

煤气泄漏检测报警装置设计

课程设计报告

单片机课程设计

专业

电气工程及其自动化

班级

姓名

学号

指导教师

2015年12月

课程名称：

指导教师（签名）：

班级：

姓名：

学号：

一、课程设计题目

煤气泄漏检测报警装置设计

二、课程设计使用的原始资料（数据）及设计技术要求：

通过查阅书籍、论文、调研，做出分析正确，条理清晰、论述充分、文字通顺、图纸图表规范的课程设计报告。

二、课程设计的目的

1.掌握一单片机为核心的电路设计的基本方法和技术。

2.通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。

3.掌握keilc51集成开发工具的操作及调试程序的方法。

4.熟悉使用protel电路绘制软件绘图。

三、课程设计的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、工作量要求等）

1.电力市场及市场营销的基本概念

2.电力市场调研及预测

3.电力市场营销策略的新发展

4.课程设计报告须实事求是、客观真切、准确完备、合乎逻辑、层次分明、语言流畅、结构严谨。

四、工作进度安排

12月22日布置设计任务，查阅资料；

12月23日查阅资料。

12月25日焊接点路；

12月27日编写课程设计报告；

12月28日编写课程设计报告，评定成绩。

五、主要参考文献

[1]刘秋华.电力市场营销[M].北京：

中国电力出版社，2008.

[2]李海侠.电力市场营销[M].北京：

中国电力出版社，2006.

[3]郭穗燕,梁裕琪.电力市场营销理念及策略分析[J].中国电力教育：

下，2012，第12期：

117-118.

审核批准意见

系主任（签字）　　　年　　月　　日

指导教师评语及成绩

指导教师评语

成绩

设计过程

（40）

设计报告

（50）

小组答辩

（10）

总成绩

（100）

指导教师签字：

年月日

第一章绪论

1.1、课题研究的背景

人的生存离不开空气，人的一生大约有80%的时间是在室内度过的，室内环境质量的好坏影响着人们的身心健康。

室内的有害气体来源有来自装修不当造成的甲醛、氨气、氡气、苯、放射性物质的释放，而这些气体在装修时加以注意，完全可以减少其排放量，从而不至于影响人的健康状况。

室内存在的有害气体的另一主要来源为可燃性气体的泄漏，主要可分为天然气泄漏、液化气泄漏和煤气泄漏。

煤气泄漏的主要成分是一氧化碳与氢气，一氧化碳中毒原因是一氧化碳进入人体后会和血液中的血红蛋白结合，从而出现缺氧。

常见于家庭居室内通风差得情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道泄漏气中的一氧化碳吸入会导致一氧化碳中毒。

液化气泄漏危害也不易小视，液化石油气是石油产品之一。

是由炼厂气或天然气（包括油田伴生气）加压、降温、液化得到的一种无色、挥发性气体。

由炼厂气所得的液化石油气，主要成分为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，同时含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物杂质。

由天然气所得的液化气的成分基本不含烯烃。

液化石油气主要用作石油化工原料，用于烃类裂解制乙烯或蒸气转化制合成气，可作为工业、民用、内燃机燃料。

其主要质量控制指标为蒸发残余物和硫含量等，有时也控制烯烃含量。

液化石油气是一种易燃物质，空气中含量达到一定浓度范围时，遇明火即爆炸。

天然气主要成分是烷烃，其中甲烷含量在95%以上。

人所赖以生存的空气中有大约20%的氧气，如果人的生活空间是封闭空间，氧气稀薄，人会因氧气不足，导致窒息、昏迷，有心脑血管疾病的人将会危及生命。

室内天然气泄漏会使室内空气中的氧气相对稀薄，由于天然气是无色无味，人很难察觉到，尤其当人处于睡眠状态时，天然气的泄漏就更加危险，甚至会使人窒息。

天然气的另一危险是当空气中的天然气含量达到一定含量时，遇到明火就会产生爆炸，危及人的生命。

1.2煤气泄露检测报警装置意义

（1）成本低廉并能对一氧化碳准确报警。

（2）该产品不需专业人员操作，只要放在合适位置，通电即可，连续使用方便，操作简单。

（3）能起到预防一氧化碳中毒的效果，使人们安全放心的工作。

（4）出现一氧化碳漏或者着火时，报警器能够立即鸣笛报警，告之工作人员及时采取措施。

人们面对可燃性气体泄漏而危及生命，可燃气体泄漏报警器是对付燃气泄漏的重要预防手段之一。

为防止中毒事件发生，现提出利用单片机系统进行有效的预防措施。

所以怎样预防燃气中毒与爆炸已成为人们的迫切需要。

基于此现实，本设计宗旨是为家庭用户设计一种能够对天然气，液化气和、煤气泄漏的装置，从于减少不必要的事故，进于保证人民的生命健康，减少不必要的损失。

第二章煤气泄漏检测报警系统的方案设计

2.1设计要求

报警器需在一氧化碳浓度达到100ppm时启动报警。

具体实现如下功能：

（1）系统要求设置正常工作状态除正常工作状态外,LED红灯处于熄灭状态，蜂鸣器处于关闭状态。

（2）在正常工作状态下，绿灯应长亮。

当室内一氧化碳浓度达到100ppm时系统应启动蜂鸣器报警，红灯闪烁。

设计思路：

采用单个传感器检测气体浓度，将检测结果通过高精度运算放大器放大后送入模/数转换芯片中进行转换，传给单片机进行数据处理。

处理后的信息将通过单片机控制，驱动报警。

2.2方案的选择

方案一，通过传感器感受到可燃性气体，降低自身的阻值，来增大电流，并且驱动蜂鸣器报警。

电路简单、可靠但是灵活性和实用性差。

方案二，可以通过传感器感知信号多级放大电路，并用电位器调节得到固定的电压值，当得到可燃性气体信号时，电阻值立刻变小，放大器的放大倍数增加，电压也就随着增加，驱动三极管导通报警电路。

该方案有一定的灵活性和可执性，但是电路比较复杂，智能性差。

方案三，通过51系列单片机作为主控单元，并且能够通过传感器把模拟信号通过A/D信号转换为数字信号，并且读取和显示出来。

键盘可以通过不同的应用场合和针对不同气体做出不同的浓度设定，并且储存报警的上限和报警时间，方便查询和日后的工作调查。

（1）初始设计以设计思路展开研究：

根据该设计要实现的基本功能，设计大概应该分为信号接收，信号处理，信号控制和信号响应四个部分。

a.信号采集接收部分即通过检测一氧化碳气体浓度，并将这种变化量转换成电压或者电流等模拟量的变化

b.信号处理部分是将接收部分得到的电压或电流等变化进行必要放大，为后一部分信号控制提供准备。

c.信号控制部分是通过预定控制方式等实现对设计要求的准确操作。

d.信号响应是通过事故处理部分和显示部分实现控制部分的要求。

（2）对上述四个部分进行分析，得到如下一些基本的结论：

a.信号接收部分为了能准且采集到气体浓度的变化应选用传感器敏感器件，为使其有效部分的检测房间中气体浓度，必须选用高温一氧化碳传感器。

b.信号处理部分应该根据实际情况选用电荷放大，或比较器等装置，这部分电路将包含在传感器接口电路中。

c.控制部分为了实现精确控制，采用单片机较为合适。

d.信号响应及报警部分，用蜂鸣器和LED灯即可。

根据对上面设计系统的分析，我们得到该设计思想框图如下图2.1所示：

图2.1设计思想框图

（3）方案确定

经过分析采用初始方案设计，即用单个传感器检测一氧化碳气体浓度，将检测到的浓度结果通过运算放大器放大后送入模/数芯片ADC0809中进行模—数转换，传入单片机中，由AT89C51单片机处理数据，并利用单片机控制报警器进行声音报警。

综合考虑，由于使用单片机设计灵活性更强、用途更宽广，所以本设计采用方案三。

2.3一氧化碳报警器系统的三大部分

整个报警器由三个部分组成，分为三大模块：

浓度检测模块、主控模块和报警模块。

在本次设计中，使用的核心器件是单片机和一氧化碳传感器。

为了保重整个系统可靠的运行，设计中必须明确三大部分的实际联系：

以单片机为中心，其他各大模块一一展开。

其中，浓度检测及显示模块所实现的功能是将房间中的一氧化碳浓度值转换成为单片机能够处理的数字信号，并且浓度值显示出来：

主控模块以单片机为主，对其他模块的运行进行控制；报警模块是此系统的外部电路，它的功能是实现报警。

系统框图如图2.3所示。

下面就对各个模块的功能和实现形式做简单介绍

（1）气体浓度检测模块

一氧化碳报警器主要采用高稳定一氧化碳气体传感器MQ-7检测房间气体浓度，检测结果通过高精度运算放大器放大后送入模/数转换芯片ADC0809中进行转换。

（2）主控模块

系统采用单片机控制，用的是AT89C51单片机，AT89C51单片机是美国Intel公司推出的一种4K字节可编程FLASH存储器，低电压、高性能CMOS8位微处理器。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次，数据可保留10年。

它的主要功能既是和ADC0809芯片一起共同接受检测信号，又可以通过对数字型号的处理来控制外围电路以及显示电路。

模数转换芯片采用ADC0809，接收经过运算放大器处理后的一氧化碳传感器的检测值，检测结果通过ADC0809处理后才传给单片机进行数据处理。

处理后的信息将通过单片机控制，以驱动报警。

（3）报警模块

此模块主要有蜂鸣器、LED灯组成，在气体浓度过大，超过安全值时，蜂鸣器工作，提供报警服务。

至此，本系统的三大模块功能和设计思路已经确立，下文将介绍整个系统的详细设计过程。

并且给出设计电路。

第三章硬件电路设计

3.1传感器部分电路设计

（1）传感器的定义

人们通常将能把非电量转换成电量的器件称为传感器，传感器实质是一种功能模块，起作用是将来之外界的各种信号转换成电信号：

它是实现测试与自动控制系统的首要环节。

（2）传感器的作用

传感器是又称之为电五官，是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。

没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。

世界各国都十分重视这一领域的发展。

相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。

（3）传感器的组成

传感器一般由敏感元件、传感元件和测量电路三部分组成有时还加上辅助电源。

通常可用方框图表示，如下图3.4所示：

被测量

敏感元件——直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。

传感元件——又称变换器，传感元件可以直接感受被测量而输出与被测量成确定关系的电量，也可以不直接感受被测量，而只感受与被测量成确定关系的其他非电量。

测量电路——能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路。

使用较多的是电桥电路，也是用其他特殊电路，如高阻抗输入电路、脉冲调宽电路、维持震荡的激振电路等。

由于传感元件的输出信号一般比较小，为了便于与显示和记录，大多数测量电路还包括了放大器。

（4）传感器的分类

1）.半导气体传感器

这种类型的传感器在气体传感器中约占60%，根据其机理分为电导型和非电导型，电导型中又分为表面型和容积控制型.

2）.固体电解质气体传感器

　固体电解质气体传感器固体电解质气体传感器使用固体电解质气敏材料做气敏元件。

其原理是气敏材料在通过气体时产生离子，从而形成电动势，测量电动势从而测量气体浓度。

由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，得到了广泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，仅次于金属氧化物半导体气体传感器。

如测量H2S的YST-Au-WO3、测量NH3的NH+4CaCO3等。

开发新的气体传感器，特别是开发和完善智能气体传感系统，使之可以在气体泄漏事故中起到报警、检测、识别、智能决策等方面的作用。

大大提高气体泄漏事故处置的工作效率和安全性，对