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1、. . .基于单片机的一氧化碳浓度监测及报警系统设计毕业论文目录前言1第1章 21.1 21.1.1 21.1.2 21.1.3 2第2章 42.1 42.1.1 42.1.2 42.2 52.2.1 5第3章 63.1 63.1.1 63.1.2 63.2 6第4章 74.1 74.1.1 74.1.2 74.2 7第5章 85.1 85.1.1 85.1.2 85.2 85.2.1 85.2.2 8结论9谢 辞10参考文献11附录13外文资料翻译14.参考资料.前言当今社会科学技术和经济社会都有着日新月异的发展，从工业生产到农业生产以至于到我们普通百姓生活的各个方面，人们都会直接或间接接触
2、到各种各样的有毒有害气体，由此引发的中毒，活在和爆炸事故屡见不鲜，严重影响了人们的生命健康和财产安全，有毒气体由此成为一种新的社会安全隐患。继而人们对空气环境中的有毒成分监测和分析技术的研究更加重视。以往的分析气体组成成分和浓度的方法是以色谱法为代表化学计量方法，虽然检测精度比较高，但操作程序复杂整个实验周期长，无法对有毒有害气体进行不气间断全天候的检测，而气体传感器则满足这种要求，而且在人们平时生活中体传感器的应用也对减少气体爆炸，火灾事故发生起到了很大作用。当前世界很多强国都把传感器技术视为国家重点发展的技术，国防工业现代化、工业生产过程自动化，家用电器自动化都与传感器技术的发展息息相关，
3、今天的传感器技术已经融入到了国民经济生活的各个领域，功能和作用日益突出。加多功能化、技术精微细化、智能化、集成化、指标高精度化和性能高稳定、高可靠化已经成为人们研究和开发传感器的重要方向。泄漏检测报警系统被广泛应用于各个领域，如石油运输管线，石油化工企业，锅炉炉管，城市自来水地下管线，发动机箱体等各种领域。泄漏检测技术的之所以得到了很好的应用和发展，必须满足以下几个要求：1.准确可靠地判断泄露的发生。2.准确可靠地判断泄露程度，具有相对较高的灵敏度。3.检测原理简单，易于操作和维护。 第1章 绪论1.1 论文研究来源、目的和意义1.1.1 论文研究来源随着科学技术的发展，人们在能源工业生产领域
4、和日产生活中越来越多得接触到CO气体。技术的进步给我们带来了极大的方便，但随之出现的类似于CO气体一样的还原性有毒气体也日益增多带来了巨大的安全隐患。一氧化碳气体发生泄漏到达爆炸极限后，遇到明火后，就会引发火灾爆炸等事故，造成严重的经济损失，加之CO气体本身就具有强烈的毒性，会给人们的生命健康带来极大的威胁。为了有效控制这类事故的发生，就必须对这些CO气体进行现场实时监测，采用先进可靠地安全检测仪表，严格监控环境中CO气体的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，控制和减少事故的发生，从源头上确保工业生产安全和家庭生活安全。因而，研究可燃性气体的检测方法与研制可燃性气体报警器就成为传感器技术领域
5、发展的一个重要课题。1.1.2 课题研究的目的和意义CO是一种毒性非常强的极其容易爆炸的气体，常温下无色无味、难溶于水，但极其容易溶于氨水。由于其相对与空气的密度略低，因而可以均匀的扩散于监测环境中。在被CO污染的环境中，大多数人在慢性中毒的过程中完全意识不到它的存在，CO的这一特性加剧了它的危害性。CO被毫无知觉地吸入人体肺部后，由于CO与血红蛋白的亲和能力比氧气和血红蛋白的亲和能力大约高250300倍，形成碳氧血红蛋白。而且他们结合后不易分离，它们的分离速度只有血红蛋白和氧的1/3600。因此造成血红蛋白更容易和CO结合而不是与氧气结合，使输送到人体各组织器官的血液供氧不足。甚至有可能夺走
6、人体的氧气，导致组织低氧症,使人体脑和其他组织因为缺氧窒息而中毒。当空气中的CO达到一定的浓度时，会直接威胁人的生命健康安全。接触到极高浓度的CO在极其短暂的时间里也可引起窒息。 CO给工业生产安全带来巨大危害，在煤矿井下，CO是引发瓦斯爆炸的最主要气体成分之一。在化工生产中，CO是一种有毒的危及工人生命安全的副产品。CO也是钢铁冶炼工业中的有毒气体，在诸如冶金企业的焦炉、高炉、铁合金矿热炉等冶金生产中都伴随有大量的CO产生。在火灾的提前预报中，CO也被作为最重要的气体之一来监控，传统的感温、感烟、感火焰的火灾探测仪从原理上将都是利用它的物理特性来探测火灾的，不便于火灾早起预测预报。与此同时还
7、容易受环境因素的影响而产生误测误报，可靠性差。近几年，科技有了踢飞猛进的发展，体传感器技术有了巨大进步。在在日常生活中，CO是智能家居系统，大气环境监测系统的重要检测指标参数，由于人们居住和工作环境的改善，城市居民每天在室的活动时间已经占到80%左右，因而人们愈发的关注室空气质量问题。液化气、煤气进入家庭为人们生活带来了方便，改善了人们的生活，但同时也给人们带来了潜在的危险，CO就是最重要的危险源；在智能化家居系统中，CO也是被列出的重点监测气体之一，CO也是餐厅空气卫生监测的一项重要指标，在食物加工过程中产生的CO也不容忽视，他直接影响后厨工作人员和顾客的身体健康。为了完成对CO的检测，要装
8、设可燃气体检测器，做到快速有效地发现事故隐患、尽早采取补救措施是极其有必要的。为了保证生产安全、工作和生活环境的空气质量从而开展的有害气体浓度检测是非常复杂而重要的课题。在当前社会的各个领域都需要监测CO的浓度。工业铝电解产生大量的CO气体。当前煤气、天然气在人们日常生活中得到了广泛应用，城市鼓励液化气小区取代传统的液化石油气钢瓶，加之城市里的加油站日益增多这些因素都可能有大量CO出现，因此必须重视对CO的检测。在气体的生产、输送、储存和使用过程中，违反操作规程或设备密封质量达不到要求，都有可能导致可燃气体泄露的事故发生，进而引发火灾核爆炸事故，给国家和人民的生命财产造成不可挽回的损失。 因此
9、，及准确的测出以上场合的CO浓度，对于防止CO中毒，火灾的提前预报、保障工业安全生产等方面有着十分重要的意义。 1.2可燃性气体报警器的国外现状1.2.1一氧化碳检测的现状目前在一氧化碳检测领域采用比较多的是三点定电位的电化学原电池类型的传感器。它诞生于20世纪70年代中期，是由美国Enterqertics Science公司利用三电极控制电位原理开发出来的检测CO浓度的敏感元器件专利产品。根据敏感元器件电解质的性质不同，可以划分为胶体电解质CO敏感元件、液体电解质CO敏感元件和固体CO电解质CO敏感元件。按照分析方法来划分，主要有：电气法（热导式和半导式）、光学吸收法（红外吸收法和紫外吸收法
10、）、色谱法（层析法）等。1.2.2我国的CO检测发展我们国家的煤炭行业最早采用气体检测管测定CO浓度的时间是在20世纪50年代。气体管发源自美国，美国哈佛大学研制出第一支CO气体检测管。随着CO一体检测技术的日益完善，其应用领域也在不断扩大，有最开始的定性检测一种气体发展到目前可以定性定量检测多种气体；目前气体检测管技术被广泛应用于化工、矿井、冶金、以及地质领域安全检测及工艺过程分析和环境保护、污染源及突发事故检测和劳动卫生检测等诸多领域。当前气体检测管依然是气体迅速检测的一个非常重要的方法。我国在“六五”、“七五”期间引进并模仿制造了西德产品，及化物所等相关单位也一直着力研制该产品。从国生产
11、的该款产品性能来看，由于受到我国当前材料加工水平的限制，所生产的CO检测敏感元件测量围小，产品合格率低、易漏液而密封性差，使用寿命比较短，产品性能与西方先进水平有较大差距。目前，我国、和已经有一些厂家生产CO气体报警器，但相对核心的敏感元器件仍由国外进口，价格高昂。仍然存在技术不过硬，使用寿命太短等问题。以至于一些需要长寿命检测报警仪器仍要从国外进口。目前国只有少量的比较少数量的CO检测报警仪应用于现场，尤其是在煤矿井下作业方面显得更加落后，大部分煤矿依靠人工井下采样、地上分析化验的方法，甚至有些领域还采用检测管检测的方法。井下缺少对CO气体安全监测的设备，难以满足工作面的推进及新工作开展的要
12、求。同样也满足不了煤矿井下采空区、密闭区和火区等具有高浓度CO的区域对CO检测的需要。于是研发适应矿井检测的CO检测设备具有重要的意义。1.2.3 各国一氧化碳检测的发展当前市场上使用最广泛的CO传感器主要有电化学固体电解质型、金属氧化物半导体型和电化学固体高分子型等三种类型。自上个世纪70年代中期，电化学CO传感器被研制出以来,凭借其具有使用维护方便、结构简单、选择性及灵敏度高等特点，深受国外煤矿企业的高度重视。当前国外先进的电化学式CO传感器绝大多数采用的是铂黑催化电极，液体酸性电解质材料，运用电化学中恒电位电解法的原理，对CO进行浓度的检测。近些年，美国、德国、日本等对CO的开发相对迅速
13、。他们当中最具有代表性的产品主要有以下几种：日本理研计器株式会社研制的CO-82型，CO-7型电化学CO传感器，美国Interscan公司的LD-145型电化学CO传感器；中美合资MSA研发的MiniCO型电化学CO传感器。当前CO检测仪的发展方向主要有微小型化、多功能化、网络嵌入式互联网化、集成化和智能化。与此同时对系统易维修性、长期工作稳定性等方面的要求越来越高。尤其是伴随着半导体工艺和MEMS技术的日趋成熟，使红外气体监测分析器便携化、微型化成为可能。1.3本论文主要任务本论文研究的主要容是煤气泄漏自动检测报警，主要针对CO气体，实现煤气泄漏的监测与报警。数据采集模块利用传感器实现对环境
14、中CO浓度的实时采集、利用单片机对电路状态信号和数据进行预处理。单片机利用处理子程序、报警子程序对采集到的数据进行处理并且发出报警信号，通过计算机的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、蜂鸣器及排气扇，从而完成对煤气泄露事故的实时监测及控制。第2章 总体设计方案2.1 系统设计要求2.1.1 一氧化碳浓度监测及报警装置系统的功能在本设计中，一氧化碳浓度监测及报警系统装置的主要功能就是快速准确的检测被测气体中的CO含量，通过LCD显示屏将CO气体浓度显示出来，当一氧化碳气体浓度达到一定门限门限值时发出声光报警，为了提高实用性系统还应该具备人机交互界面。为了实现以上功能系统必
15、须具备气体传感器、A/D转换电路、LED数码显示、数据采集、单片机、输入键盘、声光报警单元和继电器控制排风扇单元。本系统的设计主要是为了实现以下几项功能：首先，实时监测环境中CO的浓度；其次，当环境CO浓度过大时，报警器要进行灯光报警，同时继电器吸合，控制排气扇工作，从而降低环境中CO的浓度值。2.1.2 一氧化碳浓度监测及报警装置系统框图本设计主要由CO气体传感器电路、单片机、负载驱动电路、控制程序和编码程序组成。系统工作流程为：由装在室的CO传感器获得测量对象（室CO浓度）原始信号，经过MQ-7传感器处理后进入A/DC0809进行模数转换，得到被测对象的数字量信号，然后再将数据交由单片机进行处理，得到室环境中CO浓度值，将此数据通过LCD显示屏显示出来并且保存起来，同时根据系统设定的限制参数判断环境浓度是否超过设定值。如果超过设定值立马向输出端口输出控制信号，蜂鸣
