本科畢業(yè)設計題目：基于單片機的煤氣智能報警系統(tǒng)的設計學院電子與信息工程學院專業(yè)電子信息科學與技術(shù)姓名班級2008級本（一）班學號指導教師起訖時間2012.032012.05i基于單片機的煤氣智能報警系統(tǒng)的設計摘要隨著經(jīng)濟和科學技術(shù)的快速發(fā)展,人們對生活質(zhì)量的提高和生活環(huán)境的改善越來越重視。管道煤氣與灌裝煤氣的使用為人們帶來了方便,也改善了城市的環(huán)境,但同時也給人們帶來了潛在的危險。由于使用的不當以及設備的老化等原因所引起的煤氣泄漏極大地威脅著人們的生命財產(chǎn)安全，因此對于煤氣濃度的檢測與控制就變得至關(guān)重要，研究各種氣體的檢測方法與氣體傳感器也隨之成為一個重要課題。本論文是一篇基于單片機的煤氣智能報警系統(tǒng)的設計。該系統(tǒng)可對煤氣濃度進行實時監(jiān)測，當被測氣體中一氧化碳的濃度超過預定數(shù)值時,將產(chǎn)生報警并自動關(guān)閉煤氣閥門。經(jīng)過多次測試，該設計達到了精確度、靈敏度和穩(wěn)定性高的要求，且成本低，操作方便，因此可廣泛用于智能報警器與監(jiān)控系統(tǒng)。關(guān)鍵字單片機；氣體傳感器；煤氣監(jiān)測；智能報警TheDesignofIntelligentGasMonitoringandAlarmingSystemBasedOnSingleChipMicrocomputerAbstractWiththerapiddevelopmentofeconomyandthesciencetechnology，peoplebecomepaymoreandmoreattentiontothequalityoflifeandimprovingtheenvironment.Pipelinegasandfillingtheuseofgasforpeoplebroughtconvenient,alsoimprovetheenvironmentofthecity,butalsohasbroughtpeopleofpotentialdanger.Duetotheimproperuseofequipmentandagingcausesofgasleakagegreatlyaffectingpeopleslifeandpropertysecurity,soforthemeasurementandcontrolofgasconcentrationiscrucial.Anditisobviouslyveryimportanttostudyontheinspectionmethodsandsensorsofallkindsofgases.Thepaperisadesignofintelligentgasmonitoringandalarmingsystembasedonsinglechipmicrocomputer.Thesystemcanreal-timemonitoringofgasconcentration,andwhentheconcentrationofcarbonmonoxideintheairmorethanbookvalue,willhaveawarningandautomaticallyshutoffthegasvalves.Manytestshaveprovedthatthissystemsatisfactorilymeettheneedsofhighsensitivity,accuracyandstabilityingasmanagement.Anditislowincostandeasyinoperation,soawideusecanbeexpectedinthegasindustrymarket.Keywords:SCM；Gassensor；Gasmonitoring；Intelligentalarmii目錄第1章緒論.11.1課題研究的背景.11.2課題研究的目的與意義.11.3可燃性氣體報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài).21.4系統(tǒng)設計基本內(nèi)容.4第2章煤氣智能報警系統(tǒng)的方案設計.52.1煤氣智能報警系統(tǒng)的設計思路.52.2氣體傳感器的介紹與選定.52.2.1氣體傳感器介紹.52.2.2氣體傳感器選定.72.3煤氣智能報警系統(tǒng)的整體設計方案.92.3.1煤氣智能報警系統(tǒng)的工作原理.92.3.2煤氣智能報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).92.3.3煤氣智能報警系統(tǒng)的功能.102.3.4煤氣智能報警系統(tǒng)的主要技術(shù)指標.10第3章煤氣智能報警系統(tǒng)的硬件設計.113.1主機單元電路.113.1.1AT89S52單片機.113.1.2DS12887實時時鐘芯片及其電路.133.1.3X5045看門狗定時器及復位電路.153.1.4電源電路.163.2功能模塊部分.173.2.1帶溫度補償?shù)姆糯箅娐?173.2.2A/D轉(zhuǎn)換電路.183.2.3HD7279A的人機接口電路.203.2.4聲光報警電路.223.2.5光電隔離電路.233.2.6通信接口電路.25第4章煤氣智能報警系統(tǒng)的軟件設計.274.1部分單片機程序.274.1.1主程序.274.1.2數(shù)據(jù)采集程序.284.1.3A/D轉(zhuǎn)換程序.29結(jié)論.30謝辭.31參考文獻.321第1章緒論1.1課題研究的背景隨著科技的發(fā)展，越來越多的可燃性氣體作為能源應用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中。氣體燃料的應用和普及，伴之而來的是氣體泄漏造成的中毒、爆炸、火災等事故也時有發(fā)生。其中由于一氧化碳泄漏造成的中毒死亡事故尤為嚴重。眾所周知，由于CO與血液中的血紅素的結(jié)合能力是氧的240倍,因此,當它進入人體血液循環(huán)系統(tǒng)后,就會大量取代氧而與血紅素結(jié)合,抑制血液中氧氣的釋放,從而導致發(fā)生頭痛、耳鳴、嘔吐、血壓降低等不同程度的癥狀發(fā)生。如果CO中毒嚴重,輕者于康復過程中可能會頭昏眼花、喪失記憶或引起視覺及神經(jīng)上的障礙,嚴重者會導致腦部受損甚至發(fā)生死亡。為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對這些可燃性氣體進行現(xiàn)場實時檢測，采用先進可靠的安全檢測儀表，嚴密監(jiān)測環(huán)境中可燃性氣體的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和家庭生活安全。因此，研究可燃性氣體的檢測方法與研制可燃性氣體報警器就變得尤為關(guān)鍵。家用智能煤氣報警器就是為了預防煤氣泄漏的一種家用的自動報警器，也是一種高靈敏度的氣體探測器，一般都是應用高靈敏度的氣敏元件作氣電轉(zhuǎn)換元件，并配以電路和聲光報警部分組成。當泄漏的氣體達到危險極限值時報警器就會發(fā)生鳴響和聲光報警。1.2課題研究的目的與意義可燃性氣體通常指城市煤氣、石油液化氣、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然氣以及煤礦瓦斯等。這些氣體主要含有烷類、烴類、烯類、醇類、苯類以及一氧化碳和氫氣等易燃、易爆成分。貯存和使用這些氣體的過程中，如違反操作規(guī)程和設備密封不好，都有可能發(fā)生可燃氣體泄漏的現(xiàn)象，進而釀成火災或爆炸事故，給國家和人民的生命財產(chǎn)造成損失。可燃性氣體檢測報警裝置是能夠檢測環(huán)境中的可燃性氣體濃度并具有報警功能的儀器。該報警裝置是石油化學工業(yè)、有可能發(fā)生可燃性氣體泄漏的生產(chǎn)工廠及家庭防火防爆必備的儀器。可燃性氣體報警器屬于中華人民共和國強制檢定的工作計量器具目錄第46項中規(guī)定的物理化學計量器具。建筑設計防火規(guī)范(GBJ16-87)第10.3.2條明確規(guī)定:“散發(fā)可燃氣體、可燃蒸汽的甲類廠房和場所，應設置可燃性氣體濃度檢測報警裝置”。2003年12月，國家執(zhí)行新的可燃性氣體探測器標準(GB15322-2003)可燃氣體探測器，2004年10月國家頒布可燃氣體檢測報警器規(guī)程JJG693-2004，研究新型、性能穩(wěn)定、準確監(jiān)測可燃性氣體，并合乎國家相關(guān)規(guī)定的報警器具有極其重要的意義。2目前我國已有許多城市鋪設了煤氣管道，使用人口約達二億人，煤氣發(fā)生基地及中轉(zhuǎn)站也達幾千家。如果這些家用燃氣和煤氣基地及中轉(zhuǎn)站的報警率按10%計算，可燃性氣體檢測報警器的需求量就達2000萬臺以上。隨著全社會對防火防爆及人身安全的重視程度的提高，這個數(shù)字會繼續(xù)增長。近十年來，農(nóng)村的沼氣使用也得到了極大的發(fā)展。到2006年底，全國沼氣池數(shù)量已達近1300萬座，這就為檢測沼氣（主要成分是甲烷）濃度的儀器提供了市場。可見，可燃性氣體報警器具有十分廣闊的市場前景。1.3可燃性氣體報警器的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)國外從20世紀30年代開始研究及開發(fā)氣體傳感器，且發(fā)展迅速，一方面是因為人們安全意識增強，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是因為傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，美國1996年一2002年氣體傳感器年均增長率為27%30%。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得氣體檢測儀器的體積也逐漸變小，提高了氣體檢測儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸及市場推廣。1963年5月，日本開發(fā)完成第一臺接觸燃燒式家用燃氣泄漏報警器，次年12月其改良產(chǎn)品問世，改良的報警器可以檢測燃氣、一氧化碳等氣體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。我國在70年代初期開始研制可燃性氣體報警器，生產(chǎn)型號多樣、品種較齊全，應用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴展到幾乎所有危險作業(yè)環(huán)境的各種類型報警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進國外先進的傳感器技術(shù)和先進的生產(chǎn)工藝基礎上，進行研究與開發(fā)形成自己的特色。近年來，在氣體選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進步。燃氣報警器可分為民用可燃氣體報警器、工業(yè)用可燃性氣體報警器及有毒有害氣體報警器三大系列產(chǎn)品。(1)民用可燃氣體報警器民用可燃氣體報警器為居民家庭用的燃氣報警器，一般安裝在廚房，遇燃氣泄漏時，報警器可發(fā)出聲光報警，或同時伴有數(shù)字顯示，同時聯(lián)動外部設備。有的報警器可自動開啟排風扇，把燃氣排出室外；有的報警器在報警時可自動關(guān)閉燃氣閥門，以防燃氣繼續(xù)泄漏。(2)工業(yè)用可燃性氣體報警器及有毒有害氣體報警器工業(yè)用可燃氣體報警器及有毒有害氣體報警器只是檢測探頭有差異，而在原理和應用中都很相近。工業(yè)用燃氣報警器及有毒氣體報警器根據(jù)檢測環(huán)境的不同，也可分為檢漏儀、控制器和探測器。3檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主要應用于燃氣管理的查漏與巡檢。若有燃氣泄漏，便攜式可燃氣體檢漏儀便會發(fā)出聲光報警，同時數(shù)字顯示氣體濃度，以便及時采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生。控制器與探測器結(jié)合使用，可在防爆現(xiàn)場長期監(jiān)測氣體的濃度。探測器安裝在防爆現(xiàn)場，控制器壁掛在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽電纜線連接。當現(xiàn)場的探測器探測到燃氣泄漏之后，通過屏蔽電纜線將信號傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報警，同時啟動排風裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。此種儀器廣泛應用于液化氣站、汽車加油站、鍋爐房等工業(yè)場所。目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢集中表現(xiàn)為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡化電路，與應用整機相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的目標。如日本費加羅公司推出了檢測（0.110）106硫化氫低功耗氣體傳感器，美國IST提供了壽命達10年以上的氣體傳感器，美國FirstAlert公司推出了生物模擬型（光化反應型）低功耗CO氣體傳感器等。二是增強可靠性，實現(xiàn)元件和應用電路集成化，多功能化，發(fā)展MEMS技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場適用的變送器和智能型傳感器。如美國GeneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準和監(jiān)視故障狀況功能，實現(xiàn)了智能化；還有前已涉及的美國IST公司的具有微處理器的“MegaGas”傳感器實現(xiàn)了智能化、多功能化。氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器在國家列為重點支持發(fā)展的情況下，國內(nèi)已有一定的基礎。其現(xiàn)狀是：（1）燒結(jié)型氣敏元件仍是生產(chǎn)的主流，占總量90以上；接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產(chǎn)基礎和能力；電化學氣體傳感器有了試制產(chǎn)品；（2）在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以及制作表面催化反應層和修隔離層等工藝，使燒結(jié)型元件由廣譜性氣敏發(fā)展成選擇性氣敏；在結(jié)構(gòu)方面研制了補償復合結(jié)構(gòu)、組合差動結(jié)構(gòu)以及集成化陣列結(jié)構(gòu)；在氣敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生產(chǎn)氣敏元件，新研究開發(fā)的Al2O3氣敏材料、石英晶體和有機半導體等也開始用于氣敏材料；（3）低功耗氣敏元件（如一氧化碳，甲烷等氣敏元件）已從產(chǎn)品研究進入到測試了；（4）國內(nèi)氣敏元件傳感器產(chǎn)量已超過“九五”初期的400萬支。產(chǎn)量超過20萬支的主要廠家有5家，黑龍江敏感集團、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費加羅公司（合資）、北京電子管廠（特種電器廠），其中前四家都超過100萬支，據(jù)行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，1998年全國氣敏元件總產(chǎn)量已超過600萬支。總的看來，我國氣敏元件傳感器及其應用技術(shù)有了較快進展，但與國外先4進水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應用等方面的差距，與日本比較仍要落后10年。1.4系統(tǒng)設計基本內(nèi)容本設計是煤氣智能報警系統(tǒng)的研制，主要針對CO氣體，主要實現(xiàn)家庭煤氣泄漏的檢測與報警。煤氣報警系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。其中硬件部分包括氣體傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、看門狗芯片X5045、實時時鐘芯