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1、“丁颖杯”大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 2010年“丁颖杯”课外学术科技作品竞赛论文可燃气体自动检测与报警系统的设计 符俊贤、 彭达威、 陆炬材指导老师：谭诚臣副教授华南农业大学理学院摘 要随着社会的发展，燃气已经被广泛地应用到社会生活中的各个方面。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。基于此，本文设计了一种以“防患于未然”为特色的可燃气体自动检测与报警系统。该系统是选用技术成熟且低成本的入门级52系列单片机作为控制中枢，整个系统主要分为分级传感检测、警情区分声光报警、强制控制机构三部分。本系统将检测到的可燃气体的浓度进行科学化分级，针对不同的分级警情，驱动相应的设备
2、发出强烈的声光报警信号。当达到最高级别而又没有人为进行解除危险时，该系统将自动切断气源打开通风排气等装置，避免重大事故的发生，实现“预防为主，防控结合”的人性化全自动报警与控制系统。关键词：AT89S52单片机 气体检测 分级报警Design of Combustible Gas Alarm systemFuJun-xian, PengDa-Wei, LuJu-CaiAstract: With the social development, gas has been widely applied to various aspects of social life. But the combus
3、tible gas has brought us great convenience, but also there is a huge risk. Based on this, we designed a kind of prevention as the characteristics of the combustible gas automatic detection and alarm systems. The system is the choice of technology is mature and low-cost entry-level 52 series microcon
4、troller as the control center, the whole system is divided into classification sensor detection, alarm distinguish between sound and light alarm, force control bodies of three parts. The system will detect concentrations of flammable gases, scientific classification, for different grade of police in
5、telligence, the appropriate device driver to send a strong sound and light alarm signal. When you reach the highest level but no one to lift the danger, the system will automatically cut off gas supply to open the ventilation exhaust and other devices to prevent the occurrence of major accidents, to
6、 achieve prevention first, combining prevention and control of the human and automatic alarm control system.Key words: microcontroller of AT89S52 Gas test Detecting alarm 目 录一、 引言 4二、 系统设计 4三、 总体设计方案3.1设计思路53.2方案论证与比较53.3系统组成5四、 单元电路设计 54.1主控单元部分电路5 4.2可燃气体检测电路8 4.2.1气体检测电路设计8 4.2.2气体检测探头8 4.3声、光报警电
7、路10 4.4排风系统及煤气关闭系统自动控制电路 11五、 科学分级、软件设计 11六、 电路调试 12七、 高级功能扩展 13八、 结语13九、 致谢14参考文献 14附录一 15附录二 29附录三 20 一、引言：随着人们生活水平的提高，绝大多数家庭已经采用燃气生活，越来越多的人对生活空间的安全和舒适性有了更高的要求。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时，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，危及人们的生命安全。因此，研究可燃性气体的检测方法、人性化的报警方式和简单易行的控制手段已经成为了一个很重要的课题。目前市
8、场上的可燃气体报警器采用普通的报警方式，报警没有特色，没有原则，普通警情往往让人惊慌失措，重大警情却难以引起特别重视，本文所设计的系统能实现科学的分级报警，针对不同等级的警情，实现“预防为主，防控结合”的人性化全自动报警与控制。让用户做到“初级险情不惊慌，高级别险情有准备，突发险情也有最大可能的保障”。据资料统计，目前我国已有很多城市铺设了煤气管道，使用人口约达二亿人，煤气发生基地及中转站也达几千家。如果这些家用燃气和煤气基地及中转站的报警率按10% 计算，可燃性气体检测报警器的需求量就达2000万台以上。随着全社会对防火防爆及人身安全的重视程度的提高，这个数字会继续增长。由此可见这种报警系统
9、具有广阔的市场。并且市面上这种产品相对较少，再加上我们设计的报警器成本低廉，功能齐全，预期具有广阔的市场空间。二系统设计2.1设计要求（1）基本要求：能够实现对周围环境的可燃气体的浓度进行实时的检测，在出现险情时能自动地进行三个等级的人性化报警，在最高级别时能强制自动关闭煤气开关、打开排气风扇等操作。煤气开关、风扇开关可以用发光二极管仿真替代。（2）扩展部分：可以通过远距离的无线发送与接收或可采用自动发短信或打电话的方式进行控制，实现更高程度的人性化控制。可用于产品的升级。三、总体设计方案3.1设计思路本系统设计的目标就是设计一种以“防患于未然”、进行科学分级的人性化为特色的可燃气体检测的报警
10、系统。该系统是采用技术成熟且成本低廉的入门级52系列单片机AT89S52单片机进行控制的可燃气体自动检测和报警系统，分为分级传感检测、警情区分声光报警、强制控制机构三部分。气敏传感器检测有可燃气体时，可将可燃气体的浓度的变化转变为电信号的变化，并进行科学化分级，当浓度达到设定的一级报警程度时，发出一般预警信号，提醒注意安全检查；当浓度达到二级（接近安全临界值）时，系统发出醒目的危险警报，提醒进行燃气设备检查和安全防范措施的检查；当浓度达到三级（设定的高级别危险值）时，系统则发出强烈的声、光报警信号以警醒人们！此时如果没有人为进行解除危险，系统将自动切断气源打开通风排气等装置，避免重大事故的发生
11、，实现“预防为主，防控结合”的人性化全自动报警与控制系统。3.2方案论证与比较方案一、控制部分采用高端的ARM芯片和FPGA芯片作为主控芯片，可以轻松实现高速实时同步的功能，但是由于目前该类产品的市场竞争力将会逐步增大，若为了设计的简单而失掉了产品最重要的价格优势，那么我们的产品将永远呆在实验室里。方案二、控制部分采用性价比很高的89S52单片机控制，既可实现稳定的系统设计，又可以使生产成本控制在很低的范围，所以，采用方案二。3.3 系统组成该系统组成如图1所示、该系统由传感器检测电路、A/D转换电路、单片机和声光报警部分等组成。检测电路把泄漏气体浓度变化转换为电信号，根据泄露气体浓度与电压信
12、号之间的对应关系，在对该模拟信号进行处理，并通过A/D转换变为数字信号输入单片机，最后由单片机根据所程序的设计来驱动信号显示灯及蜂鸣器完成报警过程。当泄漏气体浓度达到一定值时，可以启动通风换气设备进行排气，同时通过电磁阀将气体管关闭，当气体浓度降到安全点后，关闭通风换气设备，停止报警，将气体管道打开，达到安全保护目的。图1四、单元电路设计4.1主控单元部分电路 主控单元电路如图2所示 ，微处理器采用AT89S52。AD转换芯片采用ADC0804，ADC0804的时钟信号CLK经电容C1接地。检测到的气体浓度信号即电压信号送入ADC0804的模拟量输入端VIN。由于单片机为8位处理器，当输入电压
13、为5V时，ADC0804输出数值255(FFH)，因此单片机最大数值分辨率为0.0196V，测试时电压数值的变化一般以0.02V的电压幅度变化。如果要获得更高的精度，应采用12位的AD转换器，但对于报警器而言这种精度完全满足要求。根据所测得的电压值基本上要比标准值偏大0.010.02V，可以通过校正ADC0804的基准电压来解决，因为该系统设计时直接用+5V的供电电源作为基准电压，所以电压可能有偏差。另外，也可用软件编程来校正测量值。ADC0804的直流输入阻抗为lM，能满足一般的电压测试需要，另外经测试ADC0804可直接在25MHz的时钟频率下工作，这样可以省去分频器。AT89S52微处理器接收来自ADC0804的数字转换量，然后根据所接收到的电压信号量与预先设置的不同报警等级的电压量进行比较，以确定是否要发出命令进行报警，进行哪一等级的报警以及做出相应的报警、排除警情等操作。其实时性较高，完成可以满足该系统的设计要求。图2ADC0804为一只具有20引脚8位CMOS连续近似的A/D转换器，其规格如下：(1) 高阻抗状态输出(2) 分辨率：8位(0255)(3) 存取时间：135ms(4) 转换时间：100ms(5) 总误差：-1+1LSB(6) 工作温度：
