煤气检测与报警系统.docx

1、煤气检测与报警系统任务书 6 煤气监测与报警系统姓名： 学号： 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

2、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！未定义书签。ABSTRACT 错误！未定义书签。第 1 章 绪论 11.1论文研究来源、目的和意义 11.1.1论文研究来源 错误！未定义书签。1.1.2论文研

3、究目的和意义 错误！未定义书签。1.2可燃性气体报警器的国内外现状 错误！未定义书签。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 22.1 煤气泄漏测试的功能 错误！未定义书签。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 43.1 传感器 43.1.1 气体传感器介绍 43.1.2 气体传感器的选定 43.1.3 传感器非线性信号处理 53.1.4 温度补偿电路 错误！未定义书签。3.1.5 数字滤波处理 错误！未定义书签。3.2 模 /数转换器 63.2.1 模 /数转换器的介绍 63.2.2 引脚功能 73.2.3 主要特性 83.3

4、 单片机 93.3.1 单片机的简介 93.3.2 主要性能参数 93.3.3 管脚说明 103.4 声光报警与 LED 显示 163.4.1 声光报警单元 163.4.2LED 显示 173.5 排气扇控制系统与切断 183.5.1 光电隔离器 183.5.2 继电器选择 183.5.3 光电隔离电路 20第 4 章接口总线 20第 5 章 软件部分设计 235.1 软件部分的设计 235.2 主程序 245.3 调零子程序 255.4 显示子程序 265.5 报警子程序 28结 论 29参考文献 30致 谢 32附 录 33A 系统大图 33B 软件设计源程序 37第 1 章 绪论1.1

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、)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 ，

11、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 , MGS11

12、00 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-

13、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=RL V CC/（ 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 PPM10 。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

14、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

15、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