毕业设计论文基于51单片机的可燃气体检测设计.docx

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毕业设计论文基于51单片机的可燃气体检测设计

毕业设计说明书

基于51单片机的可燃气体检测设计

办学单位：

班级：

学生：

指导教师：

提交日期：

2014年12月日

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。

可燃气体探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。

为了防止这类事故的发生，装设可燃气体监测报警器是非常必要的，可以及时发现事故隐患，及早采取补救措施。

本论文主要阐述了可燃气体监测报警器的软件和硬件设计。

鉴于单片机AT89C51具有高集成度等优点，开发设计了一种基于AT89C51的可燃气体报警器，为了提高系统的灵敏度和准确性，系统采用了一种十分稳定的传感器MQ-2。

该报警器对可燃气体进行实时控制，当可燃气体的浓度超过允许值时，控制电路进行报警,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.

本设计的可燃性气体报警、控制器可以检测空气中以烷类及一氧化碳气体为主的多种可燃性气体的浓度，实时显示浓度值，当达到预先设定的上限报警设定值时，发出声音报警和控制信号，以提示操作人员采取安全对策或自动控制相关安全装置。

该报警器可以实时、准确检测可燃性气体，并且可以长时间可靠无误的报警，具有很广泛的应用前景。

关键词：

报警器；传感器；单片机；蜂鸣器

Abstract

Withthecitygas,naturalgasutilitiesandthechemicalindustryisdevelopingrapidly,flammable,explosivegastypeandrangeofapplicationsisincreasing,theflammableandexplosivegasesintheprocessofproductionanduse,intheeventofleakagewillbecausedbypoisoning,fires,explosionsandothermajorincidents.Peopleoftheimportanceofsafetyinproductionandtheproductionoftechnicalmeanstocontinuouslyimprove,thecombustiblegasalarmmonitoringiswidelyusedintheseareas.Combustiblegasalarmmonitoringisthepreventionofexplosivegasintheproductionanduseoftheleakageoccurredduringthealarm.Inordertopreventtheoccurrenceofsuchincidents,theinstallationofcombustiblegasalarmmonitoringisessentialtothetimelydetectionofpotentialcausesofaccidentsandtakeremedialmeasures.

Thispaperelaboratedoncombustiblegasalarmmonitoringsoftwareandhardwaredesign.CarbonmonoxidealarmisdesignedbasedonAT89C51withahighlevelofintegration.Inordertoimprovesensitivityandaccuracy,theelectrochemicalsensorisused.Thecarbonmonoxidealarmismonitoredonforreal-time,whenpermittedvaleoftheconcentrationofcarbonmonoxideisexceeded,thecontrolcircuitwillalarm,anditisprogram-controlledthroughexternalrowfansandsolenoidvalvewith.

thatthismethodisdesignedtomonitorcombustiblegasalarmhasastableperformance,accuratemeasurement.

Combustiblegasalarminstrumentdesigneddetectsalkylcombustiblegasandcarbonmonoxideespecially,anddisplaysconcentrationontheinstrument.Whencombustiblegasreachesalarmthresholdvalue,theinstrumentsendsoutsoundandlightalarm,Thecombustiblegasalarminstrumenthasgotpastthetestonthespotandgotasatisfyingresult.

Keywords:

alarm;sensor;single-chip;buzzer

1绪论

1.1课题背景和意义

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，但是它们本身是有毒、易燃的化学物品，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。

因此本论文拟设计一种可燃气体监测报警器，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数码管上，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。

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，人们在对安全生产的重视程度日益增加的同时，对生产技术手段也进行不断的提高，研制一种新型、性能稳定、准确监测可燃性气体报警控制器势在必行。

而传统的模拟型可燃性气体报警控制器，对于气体传感器的特性补偿、修正，采用匹配补偿传感器的硬件调整方式；这种调整方式虽然具有现场调整方便的优点，但补偿拟合的范围窄，匹配传感器的部件选择困难，而难以获得较好的补偿、修正效果。

因此，本次设计采用了“探测器+单片机控制电路”设计思路。

本次设计采用以AT89C51芯片为核心，用半导体陶瓷式气体传感器MQ-2来检测外部气体浓度，结合外部硬件电路实现对可燃性气体进行报警控制装置。

AT89C51芯片具有功能强大，性价比高等一系列优点，适合产品大规模生产。

同时，设计出的可燃性气体报警控制器具有操作简单，实用性强，价格便宜，安全性高等特点，所以非常适合贮气仓库，以及家庭等场所使用，具有很高的实用价值。

正是由于可燃性气体报警控制器对于安全生产的重要性，国内外有众多厂家研制、生产这一产品。

从运用所学知识和实际意义出发，研制一种固定式可燃性气体报警控制器，它主要对以烷类气体为主的多种可燃性气体进行检测控制。

1.2国内外研究现状

在很多矿井的工作过程中，以及家用沼气、液化气灶的使用过程中，都会出现可燃气体泄露的情况，而这种情况一旦发生，就会引起爆炸或中毒，会产生极大的危害。

目前已有的可燃气监测报警系统大概有以下几类：

（1）采用气敏传感器，电源，信号转换电路，单片机，数码管显示，报警器，发光二极管构成的系统。

采用气敏探头为半导体式气敏传感器，工作原理是随着探头附近可燃气体浓度上升，通电预热后的半导体构件对敏感气体的吸附作用，内部化学反应加快，气敏探头感应体电阻值呈指数率下降，这种电阻的变化被信号转换电路将其转变成可以测量的电信号。

将传感器电阻值的变化纳入方波产生器的时间常数，影响方波的宽度，而方波宽度的变化直接和燃气浓度相关，反映出是否有燃气泄露现象。

设计在监测电路后级的单片机利用其内部定时器可精确测定方法宽度，通过公式计算即可计算出所探测到的燃气浓度参数。

并通过数码管显示出来，当监测浓度值超过预先设置的危险门限时，立刻驱动报警器工作。

该系统的优点所实现的可燃气监测系统监测全面,性价比高,运行可靠。

但要求计算精确。

（2）由监测元件，放大电路，报警系统，显示系统组成。

可燃气体监测报警系统的监测原理主要有催化燃烧原理，热导原理，半导体原理和红外吸收原理等结合而成。

对于大多数可燃气体监测报警器均是采用催化燃烧原理制造。

采用催化燃烧原理制造的可燃气体报警器工作原理是依据平衡电桥，这一平衡电桥其中一个桥臂为热敏元件，热敏元件的表面涂有催化剂，当桥臂流过的空气含有易燃易爆物气体时，有不平衡电信号输出，根据信号大小可得到空气中易燃易爆物的含量。

当气体浓度达到预先设置的报警值时，仪器发出声光报警。

该系统的优点所实现的可燃气监测系统操作，控制策略简单,成本低。

但易受环境因素影响测量值。

由于本课题的目标是设计一种性价比高，运行可靠，低成本的可燃气体监测报警器，因此，综合分析后决定采用以下方案。

此方案设计的可燃气体监测报警器由稳压电源电路，数码管，单片机，传感器，A/D转换器，二极管，蜂鸣器构成。

1.3主要设计内容、功能及技术指标

本设计为工业现场的一个完整的可燃气体探测报警系统，包含检测、传送、处理和报警等部分。

设计主要应用于保护现场及操作者的安全，提高现场安全度。

设计中需检测可燃气体（如CO等）的浓度，并与设定的危险临界值比较，决定是否报警。

设计主要内容计主要指标：

（1）浓度值检测设计范围为00%～50%；

（2）用十进制数码显示当前的实际浓度；

（3）设计显示危险登记；

（4）用语音实现报警。

2可燃气探测报警器的方案设计

2.1.1方案一

由于可燃气监测报警器主要包括模数转换输入模块、主处理模块、显示模块、报警模块等部分。

主要做以下设计：

（1）A/D转换器控制程序，要控制A/D转换器能按照要求的时间分别对可燃气监测传感器测得的结果进行数据的转换并传送给单片机。

（2）数码管与单片机的接口电路控制程序，用数码管显示测得的浓度值。

（3）发光二极管，蜂鸣器的控制程序，当超过设定浓度，进行声光报警.

（4）电路正常工作时绿灯闪烁。

分析：

此设计比较全面、完善，而且电路简单实用，设计到的模块比较简单，利用高灵敏度的传感器，对一氧化碳气体进行检测，当气体浓度超过一定的限度时，报警电路开始报警，同时启动换气扇电路，将超标气体浓度降低到正常值，保