智能化煤气检测本科毕设论文.docx

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智能化煤气检测本科毕设论文

摘要

随着经济和科学技术的快速发展,人们对生活质量的提高和生活环境的改善越来越重视,液化气、煤气进入家庭的使用为人们带来了方便,也改善了城市的环境,但同时也给人们带来了潜在的危险,其中一氧化碳是最主要的危险源。

本设计利用GS系列传感器，将置于测试环境中待测气体的浓度转换为模拟电压，再通过ADC0809将模拟电压转换为数字信号，送入单片机AT89C51中进行处理。

为了用户对气体浓度进行实时了解，将AT89C51外接3片74LS164作为3位LED显示器的静态显示接口，把单片机的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。

74LS164为TTL单向8位移位寄存器，通过8位移位寄存器74LS164可进行静态显示。

通过设置气体浓度报警值，用单片机控制发光二极管和声控同时报警。

利用单片机控制技术，制作了程控一氧化碳报警器。

该仪器对一氧化碳（CO）进行实时监控，当一氧化碳的浓度超过允许值时，控制电路进行报警，并通过外接排风扇与电磁阀对其进行程控，以防事故的发生。

另外为了防止程序陷入死循环，还利用x25045芯片组成的看门狗电路在程序陷入死循环时让单片机复位，而不用整个系统断电，从而保护了硬件电路。

由于所设计的数字气体报警器采用单片机AT89C51，其价格便宜，性能稳定，易于产品化。

以GS气体传感器和AT89C51单片机为核心，设计气体泄漏报警器，该报警器设计方法简单易行，使用效果良好，下面给出了气体泄漏报警器的总体设计原理，关键的硬件电路和所有的软件程序设计。

关键字：

单片机传感器智能化一氧化碳

Abstract

Withtherapiddevelopmentofeconomyandscienceandtechnology,theimprovementofpeople'slifequalityandtheimprovementofthelivingenvironmentmoreandmoreattention,theuseofliquefiedpetroleumgas,gasenteringthefamilybringsconvenientforpeople,alsoimprovestheenvironmentofthecity,butalsobringstheriskofpotentialatthesametime,inwhichcarbonmonoxideisthemainhazards。

ThisdesignusingtheGSseriessensors,willbeplacedinatestenvironmenttotestthegasconcentrationsareconvertedtoanalogvoltage,againthroughtheADC0809analogvoltageisconvertedtodigitalsignals,processedintosinglechipmicrocomputerAT89C51.Forusertounderstandthegasconcentration,AT89C51external374ls164asthreeLEDdisplaystaticdisplayinterface,RXDmicrocontrollerasadataoutputline,displacementofTXDasaclockpulse.74ls164forTTLone-way8bitsshiftregister,by8bitsshiftregister74ls164staticdisplaycanbeperformed.Bysettingthegasconcentrationalarmvalue,usingsingle-chipmicrocomputercontrolledsandacousticalarmatthesametime.Usingsingle-chipmicrocomputercontroltechnology,maketheSPCcarbonmonoxidealarm.circuit,andthroughexternalfanandelectromagneticvalvetoSPC,topreventtheoccurrenceofaccidents.Intodeadcirculation,inordertopreventtheprogramalsoUSESx25045chipwatchdogcircuitinainfiniteloopintheapplicationofthesingle-chipmicrocomputerreset,insteadofthewholepowersystem,soastoprotectthehardwarecircuit.

DuetothedesignofdigitalgasalarmsystembysinglechipmicrocomputerAT89C51,thepriceischeap,stableperformance,easytotransition.GSgassensorsandAT89C51asthecore,thedesignofgasleakalarm,thealarmdesignmethodissimple,theuseeffectisgood,herearethegeneraldesignprincipleofgasleakalarmandallkeyhardwarecircuitandsoftwareprogramming.

Keywords:

singlechipmicrocomputerintelligentsensorcarbonmonoxide

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

目录

第1章绪论1

1.1课题设计背景与意义1

1.2煤气检测在国内状况2

1.3本系统设计的主要内容3

第2章方案论证5

2.1总体系统方案5

2.2单片机比较5

2.3传感器选择9

2.4整体方案确定12

第3章硬件设计14

3.189c51简介14

3.289c51振荡电路16

3.389c51复位电路17

3.489c51译码及外部扩展18

3.5电源电路20

3.6显示电路22

3.7报警电路23

第4章软件设计25

4.1软件部分的设计25

4.2软件程序的调试33

结论35

致谢36

参考文献37

第1章绪论

1.1课题设计背景与意义

随着煤气、液化石油气的用户越来越多，因使用不当而造成的事故时有发生。

譬如煤气炉在烧水或做饭期间，往往因为开水及稀饭外逸继而导致火灾、爆炸事故。

因此，在现有灶具上安装煤气意外报警电路是十分必要的。

又由于石油、化工生产过程具有易爆、易燃的性质，生产装置时常可能泄漏可燃性气体或蒸汽，当这些气体或蒸汽在空气中的浓度达到一定数值时，随时都可能发生爆炸火灾事故，威胁着人身与设备的安全。

为了保证安全生产，严密监测可燃性气体在空气中的浓度，是否能安全生产的必要条件。

在生产现场容易泄漏可燃性气体的地方安装可燃性气体报警器，当空气中的可燃性气体或蒸汽的浓度达到或超过报警设定点时，可燃性气体检测报警器便发出闪光和声响报警信号，以便及早采取必要的应急措施，避免爆炸火灾事故的发生，达到安全生产的目的。

随着科学技术的发展，工业生产规模的扩大，在生产中使用的气体原料和生产过程中产生的气体种类和数量也在增加。

这些气体物质中有些是易燃易爆的，有些是引起人们窒息，中毒的。

煤气作为一种气体能源，在人们生产和生活中已得到越来越广泛的应用。

煤气（主要成分CO）的泄漏将严重地污染环境并可能诱发爆炸及使人中毒等事故的发生。

为了保证生产和生活的安全，防患于未然，就需要对其进行有效的监控。

近年来随着人民生活水平的提高，管道煤气和罐装煤气已深入到寻常百姓家。

但由于使用不当或者设备老化等原因导致的煤气泄漏经常发生。

煤气泄漏事件发生时，将会引发中毒、火灾甚至爆炸事故，严重危害人民的生命和财产安全。

由于气体本身存在的扩散性，发生泄漏之后，在外部风力和内部浓度梯度的作用下，气体会沿地表面扩散，在事故现场形成燃烧爆炸或毒害危险区，扩大危害区域。

而且，气体报警器的研发对于防止煤矿事故也是至关重要的，据权威部门统计，仅去年煤矿事故死亡人数就高达3786人，同时也造成了巨大的经济损失，我国特大煤矿事故也是非常严重的。

由此可见报警器无论是在人们的日常生活中，还是在煤矿等工业生产中都发挥着至关重要的作用，所以实时准确测量周围环境中的可燃性气体，有毒有害气体泄露，对保护人民的身体健康和财产安全有重要意义。

泄漏检测技术在管道检测之中的应用得到了很好的发展。

对于管道的泄漏检测要满足以下几个要求:

1.准确可靠地判断泄漏的发生，并能够在较短的时间内判断出泄漏点具体的位置。

2.准确可靠地判断泄漏程度，能对较小量的泄漏做出判断。

3.检测原理简单，易于操作和维护。

1.2煤气检测在国内状况

目前市场上销售的煤气泄漏报警器在功能及线路结构方面不同程度上的存在一些问题，因此煤气泄漏装置的功能和可靠性的加强成了迫切需要解决的问题。

本系统线路简单，价格便宜，易于操作和维修，是一种比较理想的报警装置。

在将来的社会中，随着使用煤气的普及，煤气泄漏报警器会有更大的发展，使用量会有更大的提高，前景比较光明。

随着我国燃气事业的高速发展，燃气安全技术越来越受到重视，传统的安全检测已经不能满足人们对燃气安全生产运行的要求。

以计算机为基础的信息时代，燃气管网也进入了数字化的进程中，城市燃气安全运行管理有了更为先进准确的手段。

本文主要对基于城市燃气管网的特点，目前城市燃气故障（泄漏）检测系统中的存在的问题进行分析，讨论目前存在的问题。

希望能够在一定程度上对检漏系统的设计和改造过程中有一定的帮助。

《城镇燃气设计规范》和《城镇燃气管网抢修和维护技术规程》为主的国家标准构成了城市燃气安全体系的核心。

国家标准中规定了各种燃气设施的安全设计、运行与维护所要达到的要求，这些标准特别是强制性条文使得城市用气安全有了保障。

在规范和规程中的检漏体系，主要是规定了人工巡检的机制，对燃气管网系统的管道及其附件，设备的安全检查。

人工巡检实质上就是间断性的检测，随着检测特点的不同可分为固定式和便携式。

固定式是指将检测设备固定在某点如用户厨房，检测井，阀门井中，对某一空间进行的监测，一旦发生泄漏并达到一定浓度时，便发出报警信号。

便携式是指巡检人员携带检测设备可对燃气管道的各个点进行检测，就有高度的灵活性和灵敏度。

现有的便携式检测设备很多，灵敏度都很高，基于的原理也都不一样。

连续性检测技术使得检测变成了监测，在时间和空间保证了连续性，使得燃气管网处于实时的监控之中。

但连续性检测系统本身存在着一定的缺陷，它的灵敏度和定位精度相对较低，微小泄漏难以察觉，误报率也现对较高。

间断性泄漏检测法敏感性和定位精度有着无可比拟的优越性，误报率也非常低。

如人或狗巡线（嗅觉）、取样分析法、光学检测法，遥感激光法等，通过对管线进行沿线逐步测量发现管道是否存在泄漏和其他故障。

面对处于复杂城市环境，因而对其安全性有更高要求的城市燃气管网，连续性检测和间断性检测，计算机监测和人工巡查，只有运用多种手段才能使得人们对燃气系统安全运行得到可靠保证。

同时利用各种分析手段对管道进行风险评价，对不同等级的管道运用不同的技术手段以保障其经济适用性。

基于神经网络的管道泄漏检测方法不同于已有的基于管道准确流动模型描述的泄漏检测方法,能够运用自适应能力学习管道的各种工况,对管道运行状况进行分类识别,是一种基于经验的类似于人类的认知过程的方法,该方法还可以应用到管道堵塞、变形等多种故障。

对于运行工况比较复杂的城市燃气管网可以利用这些特点设计检测系统，目前已有单位申请了该种检测方法的发明专利，具有广泛的应用前景

1.3本系统设计的主要内容

本系统是利用单片机对64个房间进行自动监测，一旦出现煤气泄漏情况，能立即报警，并指示泄漏地点的煤气泄漏自动报警系统。

信号通过传感器电路，转变成数字信号，传送给单片机。

并通过循环检测，查出并同时显示出报警地点。

主要技术参数：

响应时间：

40S

报警音量：

70DB

工作电源：

220VAC50Hz

报警浓度：

0.01%

温度范围：

-10℃～+70℃

第2章方案论证

2.1总体系统方案

系统设计方案如图2-1。

图2-1系统设计方案图

2.2单片机比较

从硬件角度看：

单片机具有小型化的特点，它采用超大规模技术将具有数据处理能力的微处理器（CPU）、存储器（含程序存储器ROM和数据存储器RAM）、输入、输出接口电路（I/O接口）集成在同一块芯片上，一片单片机芯片就具有组成计算机的全部功能。

从软件角度看：

单片机指令系统有精单指令的特点，容易学习。

利用单片机指令编写的源程序短小精悍，使单片机应用产品即体积小又具有智能化。

发展前景：

纵观单片机的发展过程，可以预见单片机的发展有着广泛的前景。

尤其在工业控制、智能仪器仪表、计算机网络和通信领域、家用电器、医用设备等领域中将有着广泛的发展前景。

单片机的各种主要用途如下。

（1）在智能仪器仪表上的应用

（2）在工业控制中的应用

（3）在家用电器中的应用

（4）在计算机网络和通信领域中的应用

（5）单片机在医用设备领域中的应用

此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

单片机应用系统是一个工业测控系统，从这一观点出发，单片机应用于系统工程应满足下列要求：

（1）控制接口，这只在测控接口及测控功能电路配置和要求与测控对象密切相关。

（2）必须适应现场环境要求。

计算机系统及接口电路设计，配置必须考虑到应用系统安放环境要求。

INTEL公司推出的MCS—48系列单片机，被称为第一代单片机。

由于8048硬件结构相对简单，寻址能力也较弱，仅适用于一些简单实时控制场合。

MCS—51系列单片机，称为第二代单片机与8048相比，51系列的硬件结构和指令系统均有很大改进，支持更大存储空间，很强的外部扩展功能，速度提高了2-5倍，可完成布尔运算等。

目前8051已成为第二代工业标准单片机。

近年来，又出现了十六位单片机，即MCS—96系列。

8096，8098是先进的十六位“片上计算机”，芯片内含有12000个发光晶体管，速度快，集成度高，适合于I/O端口密集场合的复杂实时控制，但设计过程较复杂，价格较高。

下面就以上三种单片机的各部分进行比较。

1．三种系列CPU比较

MCS—48：

8位CPU，累加器为算术逻辑运算中心，2级工作寄存器，累加器可以寻址，定时，控制，条件分支测试逻辑，时钟速度1-11MHZ.

MCS—51：

8位CPU，累加器为算术逻辑运算中心，4级工作寄存器，B寄存器，具有寻址64KB数据存储器的位，DPTR寄存器定时，控制逻辑，时钟速度1-12MHZ。

MCS—96：

16位CPU相当于一个“累加器”，内部寄存器阵列可进位操作，硬件实现乘除法，检测软硬件故障的定时器，定时与控制逻辑，时钟速率为1-12MHZ。

2．三种系列I/O端口及中断比较

MCS—48：

2个8位并行口，1个位定时器/计数器，2路8位A/D转换器。

单级中断，两个中断器。

MCS—51：

4个8位并行口，1个全双工串行口，2个16位定时器/计数器。

它是二级中断，5个中断源。

MCS—96：

5个8位并行口，1个全双工串行口，2个16位定时器/计数器，8路十位A/D转换器。

它是可编程级中断逻辑，20个中断源。

89C51是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司可靠的CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。

它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。

89C51内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出（I/O）口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。

此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。

在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。

掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。

89C51有PDIP（40pin）和PLCC（44pin）两种封装形式。

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。

当P0口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。

P1口管脚写入“1”后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TT