可燃煤气报警器的研制毕业设计.docx

1、可燃煤气报警器的研制毕业设计可燃煤气报警器的研制毕业设计 教学单位 电子电气工程系 学生学号 编 号 本科毕业设计 题 目 可燃性气体报警器的研制 课题性质 实 践 应 用 型 专业名称 电 子 信 息 工 程 一、设计正文（I）二、附录 1.设计任务书 2.设计中期检查报告 3.指导教师指导记录表 4.设计结题报告 5.成绩评定及答辩评议表 6.设计答辩过程记录 可燃性气体报警器的研制 摘要 随着可燃性气体种类和应用范围的增加，其使用场所和贮气仓库内的泄漏,火灾爆炸事故日益增多。从安全、环保及经济上考虑，研制一种新型、J 性能稳定的可燃性气体报警器是十分必要的。本文对可燃性气体报警器进行了深

2、入的研究，采用“探测器十单片机控制电路”设计可燃性气体报警器。选用 TGS-813 半导体陶瓷式气体传感器对现场可燃性气体浓度进行检测;采用功能和性价比较高的 MSP430F133 单片机作为中央处理单元，对浓度信号进行采集、数据处理、显示以及报警控制等工作。论文详细地阐述了可燃性气体报警器的硬件和软件设计，介绍了核心芯片的选型，外围电路的连接以及主要流程图的设计。报警器硬件电路主要分为前置放大电路、故障自诊断电路、MSP430F133 单片机接口电路、声音报警电路、通道状态控制电路、显示电路.4-20mA 标准信号输出电路、DS1302 时钟电路八个部分;软件设计上，采用结构化设计方法，由于

3、 MSP430F133 单片机具有处理能力强、运行速度快、指令简单等优点，应用程序以汇编语言编写。系统软件流程主要分为主程序、初始化子程序、故障自诊断子程序、时间显示子程序、切比雪夫等波纹逼近低通滤波子程序、线性化处理子程序、浓度显示子程序、上下限报警子程序、中断服务子程序九个部分。其中采用的切比雪夫等波纹逼近算法对采集信号低通滤波，能够最大限度地排除现场噪声干扰，降低可燃性气体报警器误报概率，并且在单片机中予以实现。本文设计的可燃性气体报警器可以检测空气中以烷类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、下限报警设定值时，发出声光报警和控制信号，以提示操作人员采取安全

4、对策或自动控制相关安全装置。报警器还具有故障自诊断功能、快速重复检测、延时报警以及 4-20mA标准信号输出等功能。通过现场实验表明，该报警器可以实时、准确检测可燃性气体浓度，并且可以长时间可靠无误的报警，具有很广泛的应用前景和推广价值。关键词：报警器;可燃性气体;MSP430F133 Abstract With the rapid increase of combustible gas classes and applied range,the leakage and fire explosion of locations and warehouses storing combustible

5、 gas are more often.To ensure personal safety,environment tand equipment safety,it is necessary to developa new type reliable combustible gas alarm instrument.The is paper explainscombustible gas alarm instrument principle deply,and uses theprojectofdetectorandmicrocontroller control circuit to desi

6、gn alarm instrument.Chooses TGS-813 gas sensor,which turns the concentration of combustilble gas in the air into voltage signal,andsendsthevoltage signal into microcontroller(MCU),then MCU implements date acquisition,processing,concentration display and alarm operation.Meanwhile,taking function,inte

7、gration and the ratio of performance to price into account,chooses MSP430F133 MCU as the core part of combustible gas alarm instrument.The is paper discussesthecombustibleg asa larm instrumenth ardwarec ircuit and software program design in detail,introduces the core chip,interface with external cir

8、cuit and central flow chart.Thehardwarecircuit mainly includes preamplifyingcircuit,malfunctionself-diagnosingcircuit,MSP430F133 MCU interface circuit,sound alarm circuit,channels state controlcircuit,displaycircuit,4-20mA standard signal output circuit,DS1302clockcircuiteightparts.Insoftwaredesign,

9、using structured programming namely modular language todesign software.Because MSP430F133 has excellent ability of date processing,high speed andsimpleinstruction,the program written by assemble languageisefficient.Theappliedsoftwarearecomposed by nine parts:main program flow,initial subprogram flow

10、,malfunctionself-diagnosing subprogramflow,timedisplaysubprogramflow,Chebyshewequivalentrippleapproximationsubprogramflow,linearitydisposalsubprogramflow,concentrationdisposalsubprogrm flow,upper and lower alarm subprogram flow,interruptservicedisposalflow.Moreover,system software adopts Chebyshew e

11、quivalent rippleapproximation arithmetic asfilter date processing,which can decrease then vironmental interferenceandmisinformation of alarm instrument to thegreatest extent.Co mb us tibleg asalarminstrumentdesignedd etectsa lkylc ombustibleg asespecially,and displays concentration on the instrument

12、.When combustible gasreaches alarm threshold value,the instrument sends out sound and light alarm,remindsw orkerto t akea ction.A lsoi tc and iagnosem alfunctionb yi tselfa ndh asquickr epetitiond etectionf unction,ithas4-20mAstandardoutputinterface.T hecombustible gas alarm instrumenthasgotpastthet

13、estonthespotandgotasatisfyingresult.Conclusion can be drawn thatthiskindofhighefficiencycombustiblegasalarminstrument will have a wide application.Keywords：alarm instrument combustibleg as MSP430F133III 1绪论 课题的来源及研究的目的和意义.5 2可燃性气体报警器的方案设计 2.1 TGS-813气体传感器.6 2.1.1 TGS-813气体传感器的工作原理.6 2.1.2 TGS-813气体传

14、感器的一般特点.8 2.1.3 TGS-813气体传感器主要性能指标.9 2.2可燃性气体报警器的整体设计.10 2.2.1可燃性气体报警器的结构.10 2.2.2 可燃性气体报警器的功能.11 3可燃性气体报警器的硬件设计 3.1 MSP430 系列单片机系统结构特点.12 3.1.1 可燃性气体报警器的工作原理.13 3.2可燃性气体报警器的电路设计 3.2.1前置放大电路.13 3.2.2 故障自诊断电路.14 3.2.3 MSP430F133 单片机接口电路.15 3.2.4 声音报警电路.16 3.2.5 通道状态控制电路.17 3.2.6 显示电路.18 3.2.7 420mA标准

15、信号输出电路.19 3.2.8 DS1302 时钟电路.21 4可燃性气体报警器的软件设计 4.1可燃性气体报警器软件流程及设计.22 4.2主程序流程图及设计.22 4.3故障自诊断子程序流程图及设计.22 4.4 时间显示子程序流程图及设计.22 4.5 浓度显示子程序流程图及设计.26 4.6 中断服务子程序流程图及设计.27 参考文献 致谢 1绪论 课题的来源及研究的目的和意义 随着石油化学工业的发展，易燃、易爆、有毒气体的种类和应用范围都有所增加。液化石油气、天然气、煤气等这些气体主要含有烷类、烃类、烯类、醇类、苯类以及一氧化碳、氢等成分，是易燃、易爆、有毒、有害的气体。它们易流动、

16、易燃烧，在生产、输送、贮存和使用这些气体的过程中，如违反操作规程或设备密封质量不好，都有可能发生可燃气体泄漏的现象。当与空气混合后的混合物达到一定的浓度时，就是一种爆炸性混合物，遇火就会发生剧烈的化合反应，产生大量的热，会燃起大火，进而酿成火灾或爆炸事故，给国家和人民的生命财产造成损失1。国内外均有不少这方面的报道，其教训是非常深刻的。为了防患于未然，只有采用先进、可靠的安全监测仪表，严密监测环境中的可燃性气体的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，将事故消灭在酿成事故之前，才能确保安全生产，企业的经济效益才能有保证。可燃性气体报警器属于中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录中第 46项，它

17、归类于物理化学计量器具。建筑设计防火规范(GBJ16-87)第 10.3.2条明确规定:“散发可燃气体、可燃蒸汽的甲类厂房和场所，应设置可燃性气体浓度检测报警装置”。但现在国内使用的报警器，许多产品使用时间过长，产品老化严重，技术指标达不到标准，报警器的性能也不稳定。有些是保养不当，如电池流水腐蚀仪器，或蓄电池损坏使报警器不能工作;有些是因使用不当而造成故障，因此不能进行准确，安全的报警。2003年 12 月，国家执行新的可燃性气体探测器标准(GB 15322-2003)可燃气体探测器。在 2004年 10 月国家颁布可燃气体检测报警器规程 JJG693-2004)。一部分不合规定的可燃性气体

18、报警器将停止使用。因此，研制一种新型，性能稳定、准确监测可燃性气体，并且合乎国家相关规定的报警器势在必行。2 可燃性气体报警器的方案设计 2.1 TGS-813气体传感器 可燃性气体报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆 图 2-1TGS-813 气体传感器外形 Fig.2-1TGS-813 gas sensor drawing 键锁定某一通道)。进行两级报警值设定(25%LEL 60%LEL)，并发出不同的声、光报警信号。可联动防爆排风扇和防爆电磁阀。设计规范采用消防及建设部两个标准，前置放大电路以及故障自诊断电路设计了安全栅。系统使用高性能的单片机，使整机工作稳定、测量精度

19、高、通用性强、功耗较低 图 2-4 可燃性气体报警器结构方框图 Fig.2-4 Combustible gas alarm structure cha 2.2.2可燃性气体报警器的功能(1)诊断报警功能 在传感器 预热过程中，若传感器加热丝或电缆线断线或接触不良时，报警器发出一种警车的鸣叫声，提醒操作人员检查电缆和传感器，及时排除故障。(2)可燃性气体浓度值显示 通过 LED数码管显示检测通道以及对应通道的气体浓度值，并可用按键定点指定通道，显示对应浓度，以便检测人员观察。(3)多种状态显示 该报警系统为每路检测通道划分状态:预热状态、监控状态、上下限报警状态以及故障报警状态，并通过控制面板上

20、的 LED 发光二极管显示。(4)实时时间显示 外接 DS1302 时钟芯片，提供报警系统的时间基准。(5)可燃性气体报警 当检测到的可燃性气体浓度超过上、下限报警设定值时，报警器发出一种消防车的鸣叫声，同时对应通道的红灯常亮，锁定报警时间。(6)防止报警器误报 具有快速重复检测和延时报警功能，可区别出是管道中可燃性气体泄漏，还是由于暂短打开阀门产生的可燃性气体微量散失，防止误报。(7)远程观测和控制具有 4-20mA标准输出接口，可远传和实时监控。(8)自动控制相关安全装置 留有继电器接口，以带动排风扇或大功率蜂鸣器，可在报警的同时自动启动相关安全装置。(9)可根据用户要求，配备微型打印机随

21、时打印报警时刻和报警或检测的可燃性气体浓度。2.3.3可燃性气体报警器主要技术指标(1)防爆标志:检测器:ib11AT3;报警器:(ib)11 A(2)传感器类型:半导体陶瓷式(3)检测范围:0-99%LEL(4)报警准确度:士 5%LEL(5)响应时间:-30s(6)报警点设置:上、下限两级报警点设定(7)报警器工作方式:现场固定安装，自然扩散进行采样，长年连续运行(8)I一作环境温度:检测器:-50C-50C;报警器:00C-500C(9)工作环境湿度:8位显示段码移入 74LS164 一次，8次移完后，准备送显下个数据。4.6 中断服务子程序流程图及设计 系统设计七个按键，分别为总清、秒

22、显、慢调、快调、定点、消音、复位。总清用于消除所有设置，使程序从上电状态开始执行，也即执行单片机的复位操作;按下秒显键，显示当前秒值;按下快调键，可以调整当前显示的小时，每按一次，小时数加一，快调键可以调节显示的分钟;定点键用来选择监测通道，根据存贮区域的大小和贮气量的多少，可以对一路，两路或四路通道进行检测报警;当报警器检测到气体浓度达到上下限报警设定值时，报警器发出声光报警，锁定报警时间，这时按下消音键，蜂鸣器停止鸣叫;复位键使单片机进入监控状态，程序从初始化开始执行，而不执行预热处理。秒显、漫 调、快调、定点、消音、复位六个键接入单片机 PI脚，并把 P1寄存器设置成外部中断模式，这样，

23、单片机可以直接对 P1引脚电平变化作出响应，实现按键功能。参考文献 1 陈连生可燃气体探测器及其设置安装要领.石油工程建设.1996,(1):1-3 2 张保卫，尚家峰，赵金水燃气报警器的分类与选择山东消防 2003,(8):1-2 3 蔡可芬，庄牧林.燃气报警器质量分析评估.传感器技术 1999,18(4):2-2 4 Desk Lee,JeungSooHuh,DukDongLee.Classing Combustible Gases Using Micro-gas Sensor Array.SensorsandActuators.2003,(93):1-6 5 J.R.McBride,K.

24、Enfettering,K.R.E all wood.Design Consider rations for Optima sizing the SensitivityofCatalyticCalorime triages Sensors:Modeling and Experimental Results.Sensor sand Actuators.2000,(7 3):1-11 谢 辞 在这次毕业设计中，我们从指导老师胡皓教授的身上学到了很多东西。老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我们受益匪浅。无论在学习中还是在实践中，都给予了我很大的帮助，对于我们以后的工作和学习都

25、是一种巨大的帮助和财富，感谢老师细心而又耐心的辅导。感谢胡皓教授在此次课程设计过程中，帮助我确定设计课题，指定参考文献，提供信息来源，并对我进行细心的技术指导和帮助，对我的系统设计和论文提出了宝贵意见，让我在设计过程中轻松解决困难，使得设计工作顺利完成。感谢同学之间的团队合作的精神，其间互相帮助，使设计工作能够顺利开展。最后，再次感谢各位老师和同学对我的设计提供的帮助！2008届本科毕业设计 任务书 课题名称：可燃性气体报警器的研制 课题性质：实践应用型 系 别：电子电气工程系 专 业：电子信息工程 学生姓名：学 号：指导教师：2008年 5 月 11日 课题条件：随着社会的日益发展，对被控量

26、的检测要求也就越来越高，而智能化的设备和控制在现在的智能家庭应用中越来越重要。并得到胡皓老师的亲切指导和支持后，经过前期对一些有助于课题研究的资料的大量搜集，并且结合自己的知识和兴趣，在条件相对成熟的前提下决定来开发此设计。该设计主要应用 TGS-813半导体陶瓷式气体传感器，MSP430F133 单片机以及汇编语言编辑程序进行设计。整个设计过程不仅仅是对自己掌握的知识的考验更是个人能力的一次飞跃和提高。毕业设计主要内容：1.需求分析 基本需求分析/用户需求分析/系统初步分析/可行性分析/详细调查/建立新系统的逻辑模型/编写系统说明书与系统分析评审/管理模型及其建立/系统分析/业务流程图 2.

27、气体传感器的选择以及其各种性能指标的研究 3.MSP430 系列单片机系统结构特点 可燃性气体报警器的工作原理 可燃性气体报警器的电路设计 4.MSP430 单片机调试及开发工具的介绍 主程序流程图及设计 故障自诊断子程序流程图及设计 浓度显示子程序流程图及设计 5.整体回顾查漏补缺 注：课题性质分为理论型实践应用型。下同。计划进度：我拟订将该研究过程划分为三个阶段，分别为前期、中期和后期。在前期阶段（23周），主要做一些准备工作，如熟悉开发环境，进一步认识MSP430F133 单片机技术性能特点，收集一些有助于课题研究的资料，并试着写相关的程序。在该阶段需要完成的主要任务是“需求分析”，提出

28、“概要设计方案”。在中期阶段（46周），对项目块进行研究、实验，本阶段是整个研究、设计过程中的一个很重要的时期，也是对整个系统进行详细设计和编码，最后基本完成整个系统的制作任务。后期阶段（13周），该阶段主要对整个系统进行集成和测试，发现系统存在的问题和有那些缺陷，并进行总结和分析，为将来的工作积累经验和教训。我相信，通过在以上几个阶段中的努力工作及老师的辛勤指导，最后一定能做成电子政务档案管理系统，完成课题研究任务。主要参考文献：1 陈连生可燃气体探测器及其设置安装要领.石油工程建设.1996,(1):1-3 2 张保卫，尚家峰，赵金水燃气报警器的分类与选择山东消防 2003,(8):1-2

29、 3 蔡可芬，庄牧林.燃气报警器质量分析评估.传感器技术 1999,18(4):2-2 4 Desk Lee,JeungSooHuh,DukDongLee.Classing Combustible Gase sUsing Micro-gas Sensor Array.SensorsandActuators.2003,(93):1-6 5 J.R.McBride,K.E.Nietering,K.R.E ll wood.Design Conside rations for Optima sizing the SensitivityofCatalyticCalorime triages Sensor

30、s:Modeling and Experimental Results.Sensor sand Actuators.2000,(7 3):1-11 指导教师意见：1通过；2完善后通过；3未通过 签 名：年 月 日 2008届本科毕业设计 中期检查报告 课题名称：可燃性气体报警器的研制 课题性质：实践应用型 系 别：电子电气工程系 专 业：电子信息工程 学生姓名：学 号：指导教师：2008年 5 月 11日 学生撰写情况：1.搜集了大量的与课题相关的资料；2.已经完成了设计任务书的撰写；3.进一步熟悉 MSP430系列单片机 4.完成了部分设计内容，着手进行设计报告的撰写工作 指导教师：（签名）

31、教师指导情况：4.16 进行设计题目和设计要求的介绍，让学生搜集相关资料；4.22 了解学生对题目的熟悉情况，让学生学习系统应用软件；4.29 检查学生设计情况，让学生开始进行设计的制作；5.5 解答设计过程中遇到的问题；5.9 检查学生所做的内容，指出需修改的地方以及修改意见；5.11 审阅学生所完成的设计内容，给出进一步完善的意见；5.13 检查修改后的设计内容，让学生开始着手设计报告的书写。检查人：（签名）系主任：（签名）注：学生撰写情况由指导教师填写。2008届本科毕业设计 指导教师指导记录表 课题名称：可燃性气体报警器的研制 课题性质：实践应用型 系 别：电子电气工程系 专 业：电子

32、信息工程 学生姓名：学 号：指导教师：2008年 5 月 11日 指导学生完成毕业设计的工作计划：1、4.16-4.22 指导学生搜集课题相关资料 2、4.23-4.30 让学生熟悉数据库的主要工具 3、5.1-5.10 指导学生进行基本框架设计 4、5.11-5.20 指导学生写毕业设计报告 5、5.21-5.25 审阅学生的毕业设计报告，提出问题并修改 6、5.26-6.2 毕业设计报告最后定稿 指导的具体时间及指导内容（分次填写）：1、4.16 进行设计题目和设计要求的介绍，让学生搜集相关资料 2、4.22 了解学生对题目的熟悉情况，让学生学习数据库的应用 3、4.29 检查学生设计情况

33、，让学生开始进行设计 4、5.5 解答设计过程中遇到的问题 5、5.9 检查学生所做的内容，指出需要修改的地方以及修改意见 6、5.11 审阅学生所完成的设计内容，进一步给出完善的意见 7、5.13 检查修改后的设计内容，让学生开始着手设计报告的书写 8、5.25 阅读学生的设计报告并进行修改 9、5.28 审阅学生的设计报告，进一步给出完善的意见 对第一稿提出的修改意见：该设计基本符合毕业设计的相关条件和要求，内容有待充实，功能有待完善。对于数据库的知识和功能可以有更深一步的应用，再接再厉！对第二稿提出的修改意见：内容尚可，语言以及格式有待规范，设计可以更加完整，需要进一步的加工与整理。对第三稿提出的修改意见：内容充实，功能完善，格式规范，基本符合毕业设计的有关标准和要求。同意结题。指导教师：（签名）学 生：（签名）2008届本科毕业设计 结题报告 课题名称：可燃性气体报警器的研制 课题