基于单片机的天然气多点浓度巡测系统设计 精品.docx

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基于单片机的天然气多点浓度巡测系统设计精品

中文摘要

天然气在人们的日常生活中做出了非常大的贡献，然而当它在空气中的浓度达到一定范围时可能引起自燃甚至爆炸，这样就会造成很大的危险。

甚至会危害到人们的生命以及财产的安全。

本文介绍了一种基于AT89C51单片机和气敏传感器进行巡环检测天然气罐浓度的装置。

该设计包括监测系统的组成、工作原理及硬件、软件设计的方法。

本系统不仅可实现对天然气浓度进行实时监测而且当浓度达到一定范围时会产生相应的预警，还具有超出给定浓度报警的功能，为预防和减小火灾损失提供了有力的科学手段。

本文采用了气敏传感器，气敏传感器是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏感器件，它将气体成分、浓度等有关的信息转换成为电压信号，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。

目前，人们对气敏传感器的测试方法主要停留在用人工手动的方式来进行操作，开发出一种实用高效的智能化传感器测试装置是非常的必要的。

本文根据人们的需要设计出了一种高效有用的天然气实时巡测装置。

关键词：

天然气；气敏传感器；报警；AT89C51；

Title:

Concentrationofnaturalgasmorepatrolunit

Abstract

Naturalgasinpeople'sdailylifehasmadegreatcontributions,butwhenitisintheairwhentheconcentrationreachesacertainrangemaycausespontaneouscombustionorexplosion,whichwouldresultingreatdanger.Evenendangerpeople'slivesandproperty.

ThispaperdescribesagassensorbasedonAT89C51microcontrollerandgastankconcentrationloopdetectiondevice.Thedesignincludesmonitoringsystem,workingprincipleandthehardwareandsoftwaredesignmethods.Thesystemnotonlyenablesreal-timemonitoringofgasconcentration,andwhentheconcentrationreachesacertainrangewillhavetheappropriatewarning,butalsohasexceededthealarmfunctionofagivenconcentration,topreventandreducefirelossesprovideastrongscientificmeans.

Inthispaper,thegassensors,gassensorsistheabilitytosensetheenvironmentandtheconcentrationofcertaingasesinasensitivedevice,itwillbethegascomposition,concentrationandotherrelevantinformationconvertedintoavoltagesignal,whichcandetect,monitor,alarm;alsobeformedthroughtheinterfacecircuitandthecomputerautomaticallydetect,controlandalarmsystems.Currently,peoplemainlygassensorstestingmethodsremaininusetomanuallyoperatethewaytodevelopapracticalandefficientintelligentsensortestingdeviceisverynecessary.Accordingtopeople'sneedtodesignausefulandefficientreal-timepatrolunitofnaturalgas

Keywords:

naturalgas;gassensors;alarm;AT89C51;

4.2.5滤波部分软件的设计...............................................................................46

第五章结论与总结.....................................................................................................47

第一章绪论

1.1天然气的用途

天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中的甲烷占绝大多数，另外还有少量的乙烷、丙烷和丁烷，除此之外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体（氦和氩等）。

在大气标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。

天然气无毒，洁净，安全，方便，经济实惠，是居民家庭最佳的燃料选择，它既可烹调、做饭，又可洗浴、取暖。

而且天然气价格稳定、热量值高，可代替煤、燃油等很多的能源。

除此之外，还可以用于办公楼、工厂、宾馆、医院、商场等大型公共场所的空调系统，以及用做工商户与城市公共设施的锅炉燃料及供热、供暖。

天然气可替代汽油作为汽车动力燃料，降低运输成本，减少城市污染。

天然气还可以作为化工原料站发电的原料。

而且天然气的有效使用涉及到国家能源的分配与能源政策的实施，提高能源使用效率；现在我国以“西气东输”、“西电东送”为契机，积极引入清洁、优质能源，以天然气发电，调整优化能源结构；积极引进天然气和液化天然气资源.此外,天然气在石油天然气以及其他燃气检测中有着重要的地位。

1.2天然气巡测目的和意义

天然气作为一种高效,优质,清洁的能源，在世界各国均得到普遍重视和优先利用。

但是人类在使用天然气的过程中在尝到它的甜头的同时也尝到了它的苦头。

由于管道设备的老化、地理、气候条件的影响以及人为的破坏，经常会造成泄漏事故的发生。

天然气管道的泄漏将直接危害到管道设施的安全运行和威胁到人民生命财产得安全,进而造成难以挽回的恶性事故和各种各样的间接损失。

因此,能够及时而且准确地发现管道输送天然气时的泄漏、泄漏位置和泄漏量等方面都具有重大意义。

天然气巡测技术有很多的方法：

管道气体检测技术从不同的侧重点出发可以有不同的分类方法：

从测量位置的不同我们可以将其分为外部监测法和内部监测法；从是管道的运行状态来分可以分为静态检测和动态检测；从采用的技术来看可以分为基于硬件的方法和基于软件的方法。

本文使用基于硬件设计和软件编程的方法对输气管道的泄漏问题进行的设计。

天然气安全使用的最常见问题是，在家中，一旦发现天然气泄漏，不能开灯，不能打开抽油烟机和排风扇，不能点火，也不能在室内拨打电话，要打开家里所有的门窗；勿动电器。

打开，关闭任何家用的电器，比如电灯、电扇、排气扇、抽油烟机、空调、电闸、门铃、冰箱等，都可能产生火花，引起爆炸。

天然气无声无色，怎样防范才能更好的避免因天燃气泄漏造成爆炸、火灾、中毒、窒息等恶性事故发生？

因此本设计是关天然气泄漏的检测仪和报警器。

本设计能够自动实时地检测家庭天然气罐及煤气管道的煤气有无泄漏。

检测到天然气浓度超过预设值后迅速的做出判断并报警。

避免浓度超过极限值后产生的电火花引起爆炸。

我们知道气体巡检技术是一种常见的检测气体泄漏的方式，具有高效、经济、便于管理等很多个优点。

1.3气体巡检技术在国内外的发展现状

气体巡检技术现在无论在国内还是在国外都得到了人们的广泛重视。

在气体巡检技术的应用方面，无论从工厂企业还是到人民家庭，应用都是十分广泛。

现以安全保护家用燃气泄漏报警器为例，日本早在1980年1月就已经开始实行安装城市煤气、液化石油气报警器法规，1986年5月日本通产省又实施了安全器具普及促进基本方针。

美国目前已有6个州已经立法，规定家庭、公寓等都要安装天然气报警器。

报警器种类也相当多，有用于一般家庭、集体住宅、饮食餐店、医院、学校、工厂的各种气体报警器和系统，有单体分离型报警器、外部报警系统、集中监视系统、遮断连动系统、防止中毒报警防护系统等。

结构型式有袖珍型便携式、手推式、固定式报警等；工业用固定式报警又有多路巡检式、台放式、单台监控式、悬挂式等。

气体检测技术与计算机技术相结合，既实现了智能化，也实现了功能化。

据了解美国工业科学公司（ISC）一台携带式气体监控仪可实现多种气体的巡测，他们采用统一的软件，只需要换气体传感器，就可以实现对特定气体巡测。

美国国际传感器技术（IST）公司应用一种叫做"MegaCas"的传感器和微型程序控制单元，可检测100多种有毒性气体和可燃性气体，其可以通过其"气体检索"的功能进行扫描，就能很快确定是哪一种气体了。

在气体巡测技术中我们知道其主要的应用部件是气体传感器。

在国外气体传感器发展的速度很快，一方面是由于人们生活安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求更高；另一方面也是由于传感器生产及应用市场增长受到政府安全法规的推动。

正是因为如此，国外气体传感器技术得到了飞速发展，据有关统计表明，美国在1996年—2002年气体传感器使用年均增长率为（27～30）％。

就目前而言，气体传感器的发展趋势主要表现为：

一是灵敏度的提高和工作性能的稳定，为了降低功耗和制作成本，我们可以缩小尺寸，将电路简化，与应用整机相结合，这也是气体传感器一直执着追求的目标。

如日本费加罗公司推出了检测（1～10）×10－6硫化氢低功耗气体传感器，美国IST提供研制出了寿命长达10年以上的气体传感器，美国FirstAlert公司推出了生物模拟型（光化反应型）低功耗专门检测天然气等可燃性气体的气体传感器等。

二是增强可靠性，实现元件和应用电路多功能化，集成化。

努力发展MEMS技术，发展现场恰当适用的变送器和智能型传感器。

如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器，使气体传感器具有控制校准和监视故障状况功能，实现了智能化；还有前已涉及的美国IST公司的具有微处理器的"MegaGas"传感器实现了智能化、多功能化。

国内现状与差距

在气体巡测技术中所用到的气敏元件传感器作为新型敏感元件已经被

国家列为重点支持发展的对象，而且其在国内的发展已有一定的基础。

其现状是：

（1）烧结型气敏元件仍在生产中占主导地位，占总量90％以上；接触燃绕式气敏元件现在已经具备了生产基础和能力；电化学气体传感器已经成功研制出试制产品;

（2）在工艺方面引入了表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏；在结构方面研制了补偿复合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件，新研究开发的Al2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始用于气敏材料;

（3）低功耗气敏元件（如一氧化碳，甲烷等气敏元件）已从产品研究进入中试;

（4）国内气敏元件传感器产量已超过"九五"初期的400万支。

产量超过20万支