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1、毕业设计（论文）家用煤气报警器 东南大学毕 业论 文毕业设计题目家用煤气泄漏报警控制器硬件设计 学生姓名 李水明 系 别 机电工程 专业班级 2008 班 指导教师 唐方红 起止时间 2010 年 1 月 2009 年 4月 摘 要当今社会上出现了许多煤气报警器而这些产品大都是针对煤气的泄漏所做出的相应的报警即为家庭式但是随着社会的发展煤气报警器也在发展微机控制技术传感器在工业控制机电一体化智能仪表通信家用电器等方面得到了广泛应用显著提高了各种设备的技术水平和自动化程度因此对这些原理和结构我们就需要很好的了解并掌握煤气报警系统采用了RCM5700为系统的CPU通过单片机系统设计实现对家用煤气的
2、控制功能由NG-CO-001电化学一氧化碳气体传感器关键词 电位器采样 报警临界值 煤气浓度目 录1绪论111课题研究的背景112课题研究的目的113国内外研究现状及发展动态214系统设计基本内容42系统设计技术基础521系统实现方案与选择522MINI CORE芯片选择723一氧化碳传感器的选择1524仪表放大器的选择2125AD转换器选择233基于RCM5700的系统电路设计2431系统硬件电路总体设计2432信号采集放大电路的设计2633运放电路及AD转换电路2834RCM5700内置看门狗的利用3035通信接口电路设计3136电源转换电路设计344系统电路调试3441模块的连通性调试3
3、442系统各硬件的检测及控制性调试3543系统主控硬件的通信性能调试3544系统软硬件综合性能测试3645系统误差分析36总结37参考文献38致谢39附录40家用煤气泄漏报警控制器硬件设计1绪论11课题研究的背景随着我国燃气的变革及西气东输工程的进行煤气或天燃气已成为多数家庭的燃料每年因煤气泄露造成的煤气中毒事故中因使用热水器不当或产品本身的质量问题造成的煤气中毒事故全国均有不少事例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家用煤气有时会因各种原因发生泄漏煤气的主要成分是甲烷甲烷是一种可燃性气体遇到明火会发生燃烧甚至爆炸所以如果在煤气泄漏时打电话使用家用电器的话煤气遇到电火花可能会发生
4、爆炸事故人呆在煤气泄漏的空间内甲烷的不完全燃烧可能会生成一氧化碳人体吸入有毒气体一氧化碳后一氧化碳将会迅速与血液中的红细胞结合导致人体中毒昏迷如果长时间吸入泄露的煤气甚至会发生中毒死亡一氧化碳中毒属内科急症如不及时发现及治疗将会危及生命近年来我国部分地区非职业性一氧化碳中毒事件时有发生特别是冬春季高发据不完全统计我国2006年因非职业性一氧化碳中毒造成至少3850人中毒142人死亡2007年3-5月份南汇区发生了2起非职业性一氧化碳中毒事件12课题研究的目的人们面对燃气泄漏而造成的种种事故威胁就真的没有一个彻底的解决办法吗据有关专家介绍使用燃气报警器是对付燃气无形杀手的重要手段之一燃气专家指出
5、燃气泄漏或废气排放而大量产生的一氧化碳是燃气中毒事响应的根源如采有用燃气泄漏报警器就能得到及时的警示有关部门经长期测试同样得出结论燃气报警器防止一氧化碳中毒事故发生的有效率达95以上计算机的普及和信息技术的迅猛发展人们己不满足于传统的居住环境对家庭及住宅小区提出了更高的要求智能化被引入家庭并迅速在世界各地发展起来人们对居住环境要求的日见增高体现在希望住宅不仅更便利舒适而且更安全单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛煤气泄漏则是人们日常生活中常常需要测量和控制的一个问题单片机有利于为现代人工作科研生活提供更好的更方便的设施为了防止中毒事件再次发生提出利用单片机系统进行有效的预防对策所以怎样防止煤
6、气中毒与爆炸已成为人们的迫切需要为此我们开发研制了智能煤气报警系统13国内外研究现状及发展动态民用可燃气体报警器为居民家庭用的燃气报警器一般安装在厨房遇燃气泄漏时报警器可发出声光报警或同时伴有数字显示同时联动外部设备有的报警器可自动开启排风扇把燃气排出室外有的报警器在报警时可自动关闭燃气阀门以防燃气继续泄漏8在应用方面目前最广泛的是可燃性气体气敏元件传感器已普及应用于气体泄漏检测和监控从工厂企业到居民家庭应用十分广泛仅以用于安全保护家用燃气泄漏报警器为例日本早在1980年1月开始实行安装城市煤气液化石油气报警器法规1986年5月日本通产省又实施了安全器具普及促进基本方针美国目前已有6个州立法规
7、定家庭公寓等都要安装CO报警器报警器种类也相当繁多有用于一般家庭集体住宅饮食餐店医院学校工厂的各种气体报警器和系统有单体分离型报警器外部报警系统集中监视系统遮断连动系统防止中毒报警防护系统等结构型式有袖珍型便携式手推式固定式报警等工业用固定式报警又有壁挂式台放式单台监控式多路巡检式等气体检测技术与计算机技术相结合实现了智能化多功能化美国工业科学公司ISC一台携带式气体监控仪可实现4种气体监测采用了统一的软件只需要换气体传感器即可实现对特定气体监测美国国际传感器技术IST公司应用一种传感器和微程序控制单元可检测100种以上毒性气体和可燃性气体通过其气体检索功能扫描能很快确定是哪一种气体可燃气体传
8、感器的发展也成为气体检测系统的代表性标志近年来由于在工业生产家庭安全环境监测和医疗等领域对气体传感器的精度性能稳定性方面的要求越来越高因此对气体传感器的研究和开发也越来越重要随着先进科学技术的应用气体传感器发展的趋势是微型化智能化和多功能化深入研究和把握有机无机生物和各种材料的特性及相互作用理解各类气体传感器的工作原理和作用机理正确选择各类传感器的敏感材料灵活运用微机械加工技术敏感薄膜形成技术微电子技术光纤技术等使传感器性能最优化是气体传感器的发展方向国外气体传感器发展很快一方面是由于人们安全意识增强对环境安全性和生活舒适性要求提高另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动因此国外气体
9、传感器技术得到了较快发展据有关统计猜测美国1996年2002年气体传感器年均增长率为2730目前气体传感器的发展趋势集中表现为一是提高灵敏度和工作性能降低功耗和成本缩小尺寸简化电路与应用整机相结合这也是气体传感器一直追求的目标如日本费加罗公司推出了检测0110106硫化氢低功耗气体传感器美国IST提供了寿命达10年以上的气体传感器美国FirstAlert公司推出了生物模拟型光化反应型低功耗CO气体传感器等二是增强可靠性实现元件和应用电路集成化多功能化发展MEMS技术发展现场适用的变送器和智能型传感器如美国GeneralMonitors公司在传感器中嵌入微处理器使气体传感器具有控制校准和监视故障
10、状况功能实现了智能化还有前已涉及的美国IST公司的具有微处理器的MegaGas传感器实现了智能化多功能化气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在国家列为重点支持发展的情况下国内已有一定的基础其现状是1烧结型气敏元件仍是生产的主流占总量90以上接触燃绕式气敏元件已具备了生产基础和能力电化学气体传感器有了试制产品2在工艺方面引入了表面掺杂表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏在结构方面研制了补偿复合结构组合差动结构以及集成化阵列结构在气敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件新研究开发的Al2O3气敏材料石英晶体和有机半导体等也开始用于
11、气敏材料3低功耗气敏元件如一氧化碳甲烷等气敏元件已从产品研究进入中试4国内气敏元件传感器产量已超过九五初期的400万支产量超过20万支的主要厂家有5家黑龙江敏感集团太原电子厂云南春光器材厂天津费加罗公司合资北京电子管厂特种电器厂其中前四家都超过100万支据行业协会统计1998年全国气敏元件总产量已超过600万支总的看来我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展但与国外先进水平仍有较大的差距主要是产品制造技术产业化及应用等方面的差距与日本比较仍要落后10年报警系统由硬件和软件两大部分组成其中硬件部分由各报警感应器感应器控制器等设备组成软件部分主要是报警系统气敏传感器用来检测空气中煤气的浓度当空气
12、中煤气含量超过允许标准浓度后感应器所获得的感应信号均被感应器控制器所接收再由感应器控制器对各感应信号进行相应识别和处理并将处理后的感应信号通过串口送至由对其采取相应的警报动作信号加至报警声响电路的控制端后报警声响电路被触发发出报警声微处理器的出现极大地促进了生产力的发展提高了人们生活的质量实现了工业的现代化和自动化Internet技术的飞速发展使得基于分组交换技术的通信性能通信质量和可靠性得到稳步提高基于8位和16位单片机的嵌入式设备 如仪器仪表数据采集和显示过程控制工业自动化等 的实时应用测控系统正在走向网络智能化这就要求企业从现场控制层到管理层能实现全方位的无缝信息集成实现远程维护智能诊断
13、以及远程管理功能提供一个开放的基础构架并具有高可靠性分散控制集中监视和管理的功能21系统实现方案与选择针对目前主要处理芯片的不同本文提出了2种实现方案分别为基于单片机实现方案以及基于Rabbit RCM5700实现方案并最终选择了一种方案进行系统实现基于单片机实现的的具体方案如图21所示该方案主要包括了AD转换器键盘控制电路单片机电路晶振蜂鸣器以及显示电路气体传感器输出为模拟量需要利用AD转换器将模拟量转换成数字量送给单片机晶振和键盘控制作为单片机的外围输入电路蜂鸣器作为报警用的单片机的外围输出电路显示电路采用了显示由单片机控制实现显示基于实现的的具体方案如图2所示该方案主要包括了AD转换器键
14、盘控制电路电路晶振蜂鸣器以及显示电路气体传感器输出为模拟量需要利用AD转换器将模拟量转换成数字量送给电路晶振和键盘控制作为电路的外围输入电路蜂鸣器作为报警用的电路的外围输出电路显示电路采用了显示由电路控制实现显示com方案选择方案1中采用的是单片机实现该方案具有结构化设计简单器件成本较低的特点是一种较为广泛采用的实现方案方案2中采用的是Rabbit RCM5700模块实现该方案基于 Rabbit RCM5700模块进行开发设计Rabbit MiniCore模块用于加速嵌入式系统的开发和实施编程开发采用我们经过业界广为验证的 Dynamic C开发系统 一个包括编辑器链接器装载器和编译器在内的C
15、语言集成开发环境从你的计算机通过 USB端口或串口下载程序立即在目标硬件上进行调试无需在线仿真器这种开发环境减少了工作量加速了软硬件集成Rabbit 提供了广泛的驱动函数库和例程免费的TCPIP及其源代码Rabbit MiniCore系列产品采用超小型mini PCI Express接口具有可互相兼容的以太网与Wi-Fi无线网两个版本除了拥有Mini的外型使得产品的设计更加容易之外它还配置了32个通用输入输出端口6个串行端口和一台Rabbit 5000微处理器这些特点使其成为超小型产品中最具成本效益的网络连接解决方案既可用于网络连接也可用于控制由于该模块具有设计灵活外围扩展功能强大的特点可以构成当今体积最紧凑成本最低的嵌入式解决方案可以为系统方便可靠增加网络连接针对其应用扩展本设计选择了方案2基于Rabbit RCM5700模块实现的方案既基于Mini Core实现的利用气体传感器检测某一环境中含量的指标对于气体的检测由于气体传感器输出量为模拟量需要将其进行AD转换后送给Rabbit RCM5700模块当其含量超过设定值时由主芯片Rabbit RCM5700模块控制蜂鸣器进行报警22Mini Core芯片选择CM5700的简介Mini Core RCM5
