煤气检测与报警系统.docx

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煤气检测与报警系统

任务书6煤气监测与报警系统

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随着科技的进步，煤气作为常用燃料已经进入各家各户，然而在日常生活中，因煤气使用不当造成的火灾、爆炸事故，时常发生。

更有甚者，因室内煤气浓度过高，又没有采取及时的急救措施而引起中毒的事故也不少见。

所以怎样防止煤气泄露，设计出合理有效的报警控制系统，保障人们的生命和财产安全已成为人们的迫切需要。

本煤气报警系统采用了8位8051单片机作为系统的CPU，控制整个系统的运行，用MC112作为传感器，检测环境中的CO浓度，并将检测到的数据送到ADC0809进行A/D转换。

单片机不停地扫描A/D转换的值，并与设定值进行比较，当CO浓度超过设定值时，系统将自动开启电话语音报警、声光报警、关闭煤气管道总阀门等急救等措施。

因此该系统可以及时向用户报告事故信息，从而及时采取行动，最大程度的减少损失。

本系统的软件编写采用的是汇编语言，整个程序的思路清晰，考虑全面，能准确无误的完成设计目标。

整个系统的硬件电路设计合理，性能安全可靠。

采用Proteus软件进行部分仿真，有仿真结果可看出，设计可以实现预期功能。

指导老师：

摘要错误！

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ABSTRACT错误！

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第1章绪论1

1.1论文研究来源、目的和意义1

1.1.1论文研究来源错误！

未定义书签。

1.1.2论文研究目的和意义错误！

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1.2可燃性气体报警器的国内外现状错误！

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1.3本论文主要任务1

第2章煤气泄漏自动检测总体设计2

2.1煤气泄漏测试的功能错误！

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2.2煤气泄漏测试系统框图错误！

未定义书签。

第3章煤气泄漏自动检测硬件设计4

3.1传感器4

3.1.1气体传感器介绍4

3.1.2气体传感器的选定4

3.1.3传感器非线性信号处理5

3.1.4温度补偿电路错误！

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3.1.5数字滤波处理错误！

未定义书签。

3.2模/数转换器6

3.2.1模/数转换器的介绍6

3.2.2引脚功能7

3.2.3主要特性8

3.3单片机9

3.3.1单片机的简介9

3.3.2主要性能参数9

3.3.3管脚说明10

3.4声光报警与LED显示16

3.4.1声光报警单元16

3.4.2LED显示17

3.5排气扇控制系统与切断18

3.5.1光电隔离器18

3.5.2继电器选择18

3.5.3光电隔离电路20

第4章接口总线20

第5章软件部分设计23

5.1软件部分的设计23

5.2主程序24

5.3调零子程序25

5.4显示子程序26

5.5报警子程序28

结论29

参考文献30

致谢32

附录33

A系统大图33

B软件设计源程序37

第1章绪论

1.1目的和意义

随着科技的发展，越来越多的可燃性气体作为能源应用于工业生产和人们的日常生活中。

但是可燃性气体在给我们带来极大便利的同时，也存在巨大隐患。

可燃性气体发生泄漏达到爆炸极限后，一旦有火源作用，便会引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至会危及生命安全。

为了减少这类事故的发生，就必须对这些可燃性气体进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中可燃性气体的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。

随着我国燃气的变革及西气东输工程的进行，煤气或天然气已成为多数家庭的燃料。

每年因煤气泄漏造成的煤气中毒事故中，因使用热水器不当或产品本身的质量问题造成的一氧化碳中毒事故全国均有不少事例。

更有甚者，因室内煤气浓度过高引起煤气爆炸的事故也不少见。

所以，这样防止煤气中毒与爆炸已成为人们迫切需要。

家用煤气报警器更是时下所需，因为它更简捷易用，方便居民生活。

可燃性气体检测报警装置是能够检测环境中的可燃性气体浓度并具有报警功能的仪器。

该报警装置是石油化学工业、有可燃性气体泄漏可能的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。

1.2本设计主要工作

本篇设计是煤气检测与报警系统，主要针对CO气体，主要实现家庭煤

气检测的检测与报警。

数据采集模块利用单片机实现气体浓度实时采集、电路状态信号采集及数据预处理；经数据处理子程序、报警子程序输出报警信号，并通过I/O接口输出;输出信号驱动相应的驱动电路，分别控制报警灯、蜂鸣器及切断电路，实现对煤气泄露事故的实时监测及控制。

2煤气检测与报警系统总体方案设计

2.1系统需求分析

该系统完成对环境中煤气浓度的实时检测，当发现煤气泄漏时实现报警和相应的

控制功能。

2.1.1系统实现的功能

该自动报警控制系统安装于居民住宅内，用于探测居民住宅中煤气CO的浓度，

并且当检测到煤气浓度超限时，实现如下功能：

（1）由传感器检测出环境中的煤气浓度，经过滤波和放大后送到A/D转换器进

行模数转换。

（2）当模数转换结束后向单片机请求中断进行数据处理，并与设定值进行比较，

当检测值大于设定值时，由单片机发出控制命令。

（3）单片机输出控制命令，打开排气扇的开关、关闭煤气管电磁阀；实现声光报警，即发光二极管亮、蜂鸣器响

2.2系统的总体构成

该系统的设计是将电子探测、智能控制相相合，从而形成煤气报警控制系统。

2.2.1煤气报警系统的总体构成框图

系统总体构成包括传感器、单片机、电源、报警、控制几部分构成。

系统构成框

图如图2-1所示。

图2-1家用煤气报警系统总体构成框图

2.2.2各部分功能简介

传感器：

此部分完成环境中CO的浓度，传感器输出电压信号，经过滤波放大后，送至

ADC0809进行模数转换，并将转换值送至计算机。

计算机：

进行数据处理，将收到的数据与设定值进行比较，若检测值大于设定值，则由计算机发出控制命令，进行报警和控制。

报警：

该部分包括声光报警。

声光报警部分有发光二极管和蜂鸣器组成，报警时二极管亮、蜂鸣器响

控制：

该部分可以在煤气浓度超限时打开排气扇的开关、关闭煤气通道的电磁阀。

电源：

由220V市电经整流后提供+5V直流电，向单片机供电。

第3章煤气检测与报警系统硬件设计

3.1控制系统器件选择

3.1.1气体传感器

3.1.1气体传感器介绍

1.气体传感器是气体与气味检测的关键元件。

根据其气敏特性，气体传感器可以分为六大类：

（1）半导体气体传感器。

（2）固体电解质气体传感器。

（3）接触感染式气体传感器。

（4）电化学式气体传感器。

（5）光学式气体传感器。

（6）高分子气体传感器。

2.气体传感器应满足的基本条件一个气体传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。

但是，任何一个完整的气体传感器都必须具备以下条件：

（1）能选择性地检测某种单一气体，而对共存的其它气体不响应或低响应。

（2）对被测气体具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的气体浓度。

（3）对检测信号响应速度快，重复性好。

（4）长期工作稳定性好。

（5）使用寿命长。

（6）制造成本低，使用与维护方便。

3.1.2气体传感器的选定

气体传感器是本系统检测的起点也是系统的核心和重点，选择合适的传感器成为决定系统成功的关键。

CO气体传感器属于气敏传感器，通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量后送

到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。

传感器作为煤气泄露测试装置报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。

由此可见，传感器的选型是非常重要的。

由于监控系统最关键的部分在于室内一氧化碳气体浓度的检测,本系统考虑到室内空气中一氧化碳含量的大致范围,结合国家环境空气质量标（GB3095—1996）规定的

一氧化碳分级标准,我们选用了Motorola生产的一种专门用于家庭用途的MGS1100型

一氧化碳气体传感器,MGS1100一氧化碳传感器是一种应用全微电子工艺制成的半导体气体传感器，作为CO敏感元件，对CO响应的选择性好，并具有灵敏度高，稳定性

好等特点在信号采集的同时加以温度补偿。

它是在微型硅桥结构中嵌入的加热器上制作一层SnO2薄膜,这种结构不仅使得SnO2薄膜对CO气体在很宽的温度范围内具有敏感性,而且硅膜减少热传导的热损失,从而大大降低了功耗。

其中2、4端为加热器的电源接线端,1、3为传感器输出端,其工作原理是把传感

器置于CO气体环中,SnO2薄膜层的电阻会随着CO浓度的变化而变化,CO浓度越大,SnO2薄膜层阻值越小。

图3-1（b）为取得传感器输出信号的基本电路图,Vh为加

热电压,传感器电阻RS与负载电阻RL串联接到工作电压VCC两端,由此可得关系:

VRL=R·LVCC/（RL+RS）

传感器阻值RS随着CO浓度的增大而减小时,输出负载电压VRL逐渐变大,所以通过测量负载电压即可反应出被测对象的CO浓度。

MGS1100型一氧化碳气体传感器的特点：

测量浓度范围为0-1000PPM，测量精度为3%，分辨率为1PPM，工作温度-20～70°，零点漂移为PPM<10。

3.1.3传感器非线性信号处理人们使用传感器时总希望传感器的输出量和它所测量的输入量呈线性关系,但由于传感器内部因素和测量误差等原因,传感器的输入—输出特性在整个测量范围内往往不是严格的直线关系。

在本系统中测量得到的是经传感器和采集电路变换的电压信号,为了真实地反映被测量的CO浓度值,需要将根据系统特性在测量范围内将环境浓

度与采集电压之间的关系作一个误差尽可能小的标定,依据此标定关系,将测量得到的电压信号真实地转化成被测环境的CO浓度值。

本系统采用的是分段插值法来对系

统测量值和目标值进行标定的。

3.2传感器输出特性曲线图

3.3传感器加温度补偿所需的加热电压曲线

3.2模/数转换器

3.2.1模/数转换器的介绍

现在市场的模数转换器的种类各种各样，基本有一下几种：

积分型（如TLC7135），逐次比较型（如TLC0831）,并行比较型/串并行比较型（如TLC5510）,调制型（如

AD7705）,电容阵列逐次比较型，压频变换型（如AD650），逐次逼近型（如ADC0908，

ADC0816）等，综合考虑其性价比及技术参数，选择ADC0809较足本系统的设计要求。

ADC0809具有8个通道的模拟输入线（IN0～IN7），可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，获得8位二进制数字量（D7～D0）。

模拟输入部分有8路多路开关，可由3位地址输入ADDA、ADDB、ADDC的不同组合来选择，ALE为地址锁存信号，高电平有效，锁存这三条地址输入信号。

主体部分是采用逐次逼近式的A/D转换电路，由CLK控制的内部电路的工作,START为启动命令，

高电平有效，启动ADC0809内部的A/D转换，当转换完成，输出信号EOC有效，OE

为输出允许信号，高电平有效，打开输出三态缓冲器,把转换