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1、可燃气体泄漏报警器 摘要随着社会的进步，现在大多数家庭都使用管道煤气（天然气），使我们的生活带来了很多方便。但是，管道煤气（天然气）一旦泄漏是非常危险的，当空气中的天然气到达了一定的浓度，只要遇到了明火，极易发生火灾，甚至发生爆炸。由于天然气的主要成分是甲烷，它是无色无味的气体，不易被察觉。因此，从安全、环保及经济上考虑，研制一种检测可燃性气体自动报警和自动打开排器装置的一种控制器是非常必要的。本设计利用GS系列传感器，将置于测试环境中待测气体的浓度转换为模拟电压，再通过ADC0809将模拟电压转换为数字信号，送入单片机AT89C51中进行处理。为了用户对气体浓度进行实时了解，将AT89C51
2、外接3片74LS164作为3位LED显示器的静态显示接口，把单片机的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出，通过8位移位寄存器74LS164可进行静态显示。通过设置报警值，用单片机控制发光二极管和音乐IC同时报警。利用单片机控制技术，制作了程控一氧化碳报警器。该仪器对一氧化碳（CO）进行实时监控，当一氧化碳的浓度超过允许值时，控制电路进行报警，并通过外接排风扇与电磁阀对其进行程控，以防事故的发生。另外为了防止程序陷入死循环，还利用x25045芯片组成的看门狗电路在程序陷入死循环时让单片机复位，而不用整个系统断电，从而保护
3、了硬件电路。由于所设计的数字气体报警器采用单片机AT89C51，其价格便宜，性能稳定，易于产品化。以GS气体传感器和AT89C51 单片机为核心， 设计气体泄漏报警器，该报警器设计方法简单易行，使用效果良好，下面给出了气体泄漏报警器的总体设计原理，关键的硬件电路和所有的软件程序设计。关键词：气体泄漏报警器；可燃性气体，AT89C51单片机，GS气体传感器目 录一、设计目的1二、设计任务与要求1 2.1设计任务1 2.1设计要求2三、设计步骤及原理分析2 3.1设计方法2 3.2设计原理及分析3 3.3设计步骤10四、课程设计小结与体会 18五、参考文献19一、设计目的本文所设计的数字气体报警器
4、采用单片机AT89C51，其价格便宜，易于产品化。本设计能将置于测试环境中的气体传感器输出的模拟电压通过A/D转换器送入单片机AT89C51中进行处理并通过数码管显示，通过设置报警值，当检测到的浓度达到或者超过设定值时，用单片机控制发光二极管发光报警，同时打开喇叭发出声音报警，来达到报警的目的，并通过外接排风扇与电磁阀对其进行程控，以防事故的发生。而当系统出现故障时，黄色LED亮启，便于用户及时对报警器进行维修。系统以MQK气体传感器和AT89C51 单片机为核心, 设计气体泄漏报警器。实现：1准确测量周围环境中的可燃性气体、有毒有害气体的泄漏；2实现系统各个模块的功能控制；3实现单片机编程语
5、言系统的控制及传感器电路的控制。4研究单片机各接口的作用及功能；5了解MQK气体传感器的具体功能；6实现对基本报警电路的控制。二、设计任务与要求2.1设计任务设计是利用单片机控制技术，制作了程控一氧化碳报警器。该仪器对一氧化碳进行实时监控，当一氧化碳的浓度超过允许值时，单片机控制电路进行报警，并通过外接排风扇进行程控，以防事故发生。基于AT89C51性价比高的优势，主要运用了AT89C51单片机进行控制。而对与报警器而言至关重要的部分是传感器，由于GS系列气敏元件采用半导体敏感材料，其灵敏度、选择性、稳定性、抗干扰性、响应时间及寿命等主要性能，均达到国内先进水平。用该系列元件组装成易燃易爆和有
6、毒气体泄漏报警器及检测装置，可广泛运用于矿山、油田、化工、国防、医药及家庭，所以在设计中采用的是GS系列传感器。在模数转换这块，利用ADC0809实现模数转换，ADC0809是8位逐次渐进型的A/D转换器，它采用COMS工艺20个引脚双列直插式封装，它有三态琐存器，直接驱动数据总线，与微机相连时不需要附加接口电路。为了方便用户了解浓度信息，好提前准备，还采用了显示环节。显示器显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新
7、的字形码，因此，使用这种方法单片机中CPU的开销小。可以提供单独锁存的I/O接口电路很多，这里运用了常用的74LS164 8位移位寄存器串并转换电路。总的来说，设计主要利用了以上的检测模块，A/D转换模块，显示模块，事故处理模块，控制模块五大模块，组成了可燃气体探测报警器。2.2设计要求（1）系统要求设置正常工作状态,除正常工作状态外，电磁阀要求处于关闭状态,以切断煤气通道,防止煤气外泄。（2）在非正常工作状态下，当室内一氧化碳的浓度达到100ppm时系统应启动音乐报警，若2min报警无效，系统应启动排风扇进行通风排气。（3）系统进入正常工作状态后，先启动排风扇进行通风,然后启动电磁阀供给煤气
8、。（4）系统进入正常工作状态，自45min后，每隔10min音乐响起一次，用来提醒用户在工作完毕后,停止供气。（5）在正常工作状态下，当系统检测到一氧化碳的浓度达到300ppm时，应关闭电磁阀，切断煤气通道以防止意外事故的发生。三、设计步骤及原理分析3.1设计方法设计是利用单片机控制技术，制作了程控一氧化碳报警器。该仪器对一氧化碳进行实时监控，当一氧化碳的浓度超过允许值时，单片机控制电路进行报警，并通过外接排风扇进行程控，以防事故发生。基于AT89C51性价比高的优势，主要运用了AT89C51单片机进行控制。而对与报警器而言至关重要的部分是传感器，由于GS系列气敏元件采用半导体敏感材料，其灵敏
9、度、选择性、稳定性、抗干扰性、响应时间及寿命等主要性能，均达到国内先进水平.用该系列元件组装成易燃易爆和有毒气体泄漏报警器及检测装置，可广泛运用于矿山、油田、化工、国防、医药及家庭，所以在设计中采用的是GS系列传感器。在模数转换这块，利用ADC0809实现模数转换，ADC0809是8位逐次渐进型的A/D转换器，它采用COMS工艺20个引脚双列直插式封装，它有三态琐存器，直接驱动数据总线，与微机相连时不需要附加接口电路。为了方便用户了解浓度信息，好提前准备，还采用了显示环节。显示器显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔
10、划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中CPU的开销小。可以提供单独锁存的I/O接口电路很多，这里运用了常用的74LS164 8位移位寄存器串并转换电路。总的来说，设计主要利用了以上的检测模块，A/D转换模块，显示模块，事故处理模块，控制模块五大模块，组成了可燃气体探测报警器。3.2设计原理及分析1. 系统的组成整个报警器由三个部分组成：浓度检测及显示模块。主控模块和报警及事故处理模块。系统的组成框图如图3-4所示。故障处理报警控制浓度显示AT89C51气体浓度检测工作状态设置图3-4 系统组
11、成框图2. 系统各模块的功能（1）气体浓度检测模块系统采用三点单独检测的方法,可用来巡回检测三个不同的房间;也可用来巡回检测同一个房间的不同方位.检测器件选用高温一氧化碳气体传感器(GS-A1),该传感器对一氧化碳具有很高的灵敏度,稳定性和抗湿性良好,加活性碳罩后,可防止乙醇等有机气体的干扰.检测结果经高精度运放器OP07放大后,送入ADC0809模P数转换芯片进行模)数转换,单个传感器检测电路图如图5。 （2）模数转换模块在本设计中，另一重要模块就是A/D模数转换模块。因为模拟信号不能直接送往单片机进行处理，必须进行A/D转换。模数转换的过程有四个阶段，即：采样，保持，量化和编码。本设计利用
12、ADC0809实现模数转换。ADC0809是8位逐次渐进型的A/D转换器，它采用COMS工艺20个引脚双列直插式封装，它有三态琐存器，直接驱动数据总线，与微机相连时不需要附加接口电路。ADC0809的主要性能如下：1分辨率为8位。2最大转换误差为1LSB。3转换时间为100uS。4逻辑点平与COMS和TTL相兼容。5+5V单电源供电。6可对0到+5V的输入模拟信号进行转换。图3-5 A/D转换模块引脚图程序中预采用模数转换电路由ADC0809芯片组成,三路检测结果从IN0、IN1、IN2输入,转换顺序由ADDA、ADDB、ADDC控制,转换结果送单片机P0口供单片机进行数据处理。3.显示电路由
13、P0口输入的数据,在单片机内部进行标度变换后,从单片机的串行口输出进行显示.系统的工作状态和气体浓度,采用LED数码管显示,每30秒刷新一次.为了不再扩展IPO口,系统采用串行口的移位功能扩展为4位静态显示电路.第一位为系统工作状态显示,后三位为一氧化碳气体浓度显示.当第一位为“00”时,表示系统工作在三点巡回检测同一个房间状态;为“8”时表示系统工作在三点巡回检测同一个房间正常工作状态;为“1”、“2”、“3”时表示系统工作在单独检测状态,此时后三位显示的数据分别为第1号、第2号、第3号传感器所检测到的一氧化碳气体浓度。浓度显示单位为5ppm.74LS164为串行输入,并行输出寄存器,当P2
14、.0=1且AT89C51的TXD端有输出时,74LS164接收串行数据,更新显示;当P2.0=0时,显示的内容不变。4.主控模块系统采用单片机进行控制,选用AT89C51单片机.该单片机为ATMEL公司的产品,其指令系统完全与8031/8051兼容,内带4K字节的内存和程序保护系统,便于程序的调试修改和保密,各管脚的功能如下:1)ALE端的功能:ALE端与ADC0809的CLOCK相连,为ADC0809输入时钟脉冲.2)P0口的功能:P0口与ADC0809的数据输出口相连,接收APD转换结果.3)P1口的功能:P1.0端接工作状态控制开关,开关闭合时,系统进入正常工作状态;P1.1端外接的开关为三点巡回测量同一个房间控制开关,当开关闭合时有效;P1.2P1.4端接ADC0809的ADDA、ADDB、ADDC三端,控制ADC0809的八路模拟输入转换.4)P2口的功能:P2.1端与WR端通过外接的与门求反后与ADC0809的START和ALE相连,用以启动APD转换,且将8路地址锁存;P2.1端与RD端通过外接的与门求反后与ADC0809的OE端相连,用以允许将APD转换结果输出,让单片机读取转换结果;P2.2端用作系统音乐报警信号控制端,高电平有效;P2.3端用作排风扇启动信号控制端,高电平有效;P2.4端用作电磁阀启动信号控制端,高电平有效。5)
