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1、1引言1.1 智能多功能燃气灶防护系统的发展2007年燃气灶产品在款式、材质、工艺、安全性、创新等方面都有了长足进步。产品款式方面有台式和嵌入式。特别是嵌入式灶适应了目前厨房装饰的美化要求，成为新兴的快速发展的款式。红外燃烧，催化燃烧，强鼓燃烧等先进燃烧技术也得到应用。产品功能方面有压电点火、电脉冲点火方式。燃气泄漏报警装置,自动安全保护装置在灶具中也得到运用。安全保护系统有热电偶加电磁阀组成的热电安全系统，有电脉冲加自吸电磁阀组成的安全系统。随着电子技术引入灶具领域，使得灶具的自动化和智能化程度都有所提高，有些高档产品增加了油温过热保护装置、防干烧保护装置等，部分产品还具有煎、炒、煮、炸等多
2、种功能。在对燃气灶质量抽查的活动中发现，燃气灶的合格率仅仅在六成左右，这种质量现状令人担忧。特别是一些手工作作坊式的工厂，质量低劣，而这种小厂在中国的数量非常巨大。这些产品带来的主要问题有：烟气中一氧化碳浓度严重超标、热流量精度不合格。嵌入式灶具热效率普遍较低、不节能的问题困扰行业多年；装用下进风燃烧器的嵌入式灶，多个燃烧器同时工作时，CO不容易控制，保洁性能普遍较差；装用上进风燃烧器的嵌入式燃气灶火力较小；灶具面板温度普遍较高，钢化玻璃面板爆裂时有发生。智能多功能燃气灶改变了燃烧原始篝火状态，减少火焰外溢，热能外泄，可避免烫伤及火灾事故，自动定位保持较好地燃烧距离。结合气流原理，增强气压，提
3、高流速，垂直进气，垂直燃烧，火焰自然分布于各种锅型的底部，集中热效在灶膛内，燃烧充分，提高了热效的利用，净化环境、减少污染，节约能源为百分之五十智能多功能煤气灶安全防护系统是将报警与关闭气源联动并加以控制的系统。为了及时发现煤气泄漏隐患和关闭气源，随着我国经济建设的发展，各种现代化住宅对煤气泄漏报警系统和自动开关气源系统有了更多的实际要求。高档酒店、厨房、学生食堂等，智能多功能燃气灶防护系统己成为必不可少的装置。智能多功能煤气灶安全防护系统从发展过程来看，大体可分为三个阶段:第一阶段为多线型煤气自动报警系统，每个传感器除需提供两根电源线外，还需要提供一根报警信号线，传感器电源由报警系统提供，传
4、感器的信号线均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯。此类系统的功能一般以报警为主，辅以一些简单的联动功能，如驱动警报灯等，其报警器对传感器，无故障检测功能，只会对电源线的断线做出故障反应，安装此类系统比较繁锁，工作量较大1。第二阶段为总线型智能多功能煤气灶安全防护系统，已采用微处理器控制。其线制一般为四线制、三线制、二线制。传感器和模块通过总线与控制器实现信号传送。其传感器的输出形式为开关量，它的灵敏度在制造时，通过硬件决定，不可调整。此类系统可通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制推荐精选2。此类系统已具有系统自检测以及对外围器件的故障检验等功能，但对故障类型不能区分。目前国内生产的
5、煤气灶安全防护系统大多数为此类产品.由于此类产品具有先进的报警和控制功能，安装较为方便，且价格较低，已被大量使用。第三阶段为智能多功能煤气灶安全防护系统，由于采用了先进的计算机控制技术，对传感器输出信号的调理具有智能性，其智能化程度大大提高。传感器的输出形式采用模拟量，并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。对探测器的使用环境参数变化较大的场所，灵敏度设定相对低一些，对环境较稳定或一些重要的场所，灵敏度设定相对高一些，这一功能可提高系统的稳定性及可靠性，减少误报。1.2 智能多功能燃气灶安全防护系统的组成和种类智能多功能燃气灶由于使用了相当
6、于温度传感元件作用的蒸气感应器，结合继电器和时间继电器调定的延时动作去控制并联在喉管上的电磁气阀和串联在总管道上的电磁气阀，特征是具有高精度的安全防护，以及自动化、人性化的多功能智能技术。一旦不小心或者其他因素煤气外泄或者做饭时食物被烧焦散发刺鼻气味时光敏、气敏装置就会及时发现并把信号转变为物理信号输出单片机，单片机来控制安全阀的启闭，从而可以及时的关闭燃气源，实时的启动防火保护装置，可以自动或者手动发出指令，并且可以记录燃气泄露的时间，就是在万一自动控制系统出故障时，把饭煮好后不能自动断气熄火，当锅体温度超高几度时也还有保险系统将燃气切断，致使把火熄灭也不会把饭煮烧，真是做到万无一失。烧开水
7、时该灶还能将水烧开后自动断气熄火，不用人员始终看管。由于使用时不用人工始终看管干预，动作可靠、构想成熟，实现了操作自动化的目的，其此外单片机控制的软件系统可以定时定量的实现用户的定时烹煮食物，同时还可以联动通风、排烟、空调系统。推荐精选1.3 本次课题研究的广泛意义在现实生活中我们已经离不开燃气了，但是在生活使用中，我们可能还有很多不了解的知识，这些我们所不了解的就可能引起火灾事故，造成一定的经济损失，严重的可能会危害我们的生命安全，所以，注重安全是生活中必不可少的；造成事故的原因有: (1) 管道泄漏；(2) 煤气灶火被风吹灭；(3) 灶具在燃,用户却遗忘外出等。目前,市面上已有能防火被风吹
8、灭的灶具,但管道泄漏、灶具在燃,用户却遗忘外出等问题尚未解决。本文提出一种“智能多功能煤气灶安全防护器”的设计。2系统方案用既能敏感煤气又可敏感烟雾的新型气敏元件作传感器 ,并选用高性价比的单片机 89C25 1作控制单元 ,进行相应的电路设计和安全阀的设计制作。当煤气外泄 ,或灶具在燃而用户遗忘导致食物烧焦散发出烟雾时 ,气敏元件接收到上述信号 ,传给单片机 ,单片机控制安全阀的启闭动作 ,从而实现煤气灶的安全防护。此外单片机内置的定时器可实现用户的定时烹煮。3硬件设计本系统硬件电路主要由单片机、气敏检测电路、键盘、显示、声响电路、输出控制电路等部分组成,单片机因其功能丰富、软件设计灵活、体
9、积小且价格便宜而被广泛使用；由单片机控制的该系统的维护成本相对降低不少，同时通过两种探测器的横向和纵向交错判断寻找最准确的煤气管道泄漏源，从而有效地提高煤气探测的灵敏度和降低误报率。该系统依靠其技术含量高，性能可靠稳定，成本低等优点，在市场竞争中必将处于非常有利的位置。1.4 本次课题研究内容及本文的工作本论文的工作是研发设计一种用于厨房的智能多功能煤气灶安全防护系统。该安全防护系统是以89C5l单片机作为控制中心，接受、处理可燃气体探测器输出的报警信号并进行声光报警，同时执行相应的辅助控制等任务;监视探测器及系统自身的工作状态并能为可燃气体探测器提供稳定的工作电源。论文一共分为五部分介绍。第
10、一部分是绪论，介绍了国内外智能煤气灶安全防护系统发展的历史、现状、趋势以及煤气自动报警系统的分类，简要说明了研制智能煤气灶安全防护系统的意义和硬件部分的研制过程；第二部分是智能多功能煤气灶安全防护系统硬件组成及原理，分别介绍控制器89C51单片机的应用、传感器及其信号调理电路、步进电机驱动控制电路；第三部分是智能煤气灶安全防护系统的软件设计推荐精选5。整个程序由主程序、数据采集输入子程序、驱动程序、判断煤气泄漏子程序、串行通信子程序、自动关闭气源等若干子程序构成；第四部分是调试与使用注意事项；第五部分是系统可靠性分析。2 智能多功能煤气灶安全防护系统硬件组成及原理2.1 系统基本功能及总体框图
11、2.1.1 系统基本功能智能多功能煤气灶安全防护系统的基本功能如下：(1)实现对煤气管道泄漏的实时监测；（2）定时功能,可以预置时间,时间到自动切断煤气,在不需要定时切断时,取消定时即可。再次按下定时键即可恢复定时功能,计时时间可通过数码管显示6；(3)具有超限声光报警功能；(4)根据报警状况自动关闭煤气管道电磁阀并开启排气装置；(5)故障排除后，可控制煤气管道电磁阀的自动开启；（6）并且根据传感器老化曲线进行误差修正。2.1.2 系统硬件总体框图本系统硬件部分主要由检测单元，中央控制单元，电机驱动单元，报警单元以及通信模块单元五部分组成,其系统硬件总体框图如图2.1所示。图2.1 智能多功能
12、煤气灶安全防护系统硬件总体框图检测单元主要由既能敏感煤气又可敏感烟雾的新型气敏检测电路组成。为了提高系统可靠性，减少误报和漏报，本系统采用了高精度的新型传感器，能根据具体情况发出煤气管道泄漏信号。推荐精选中央控制单元是以89C51单片机为核心，接收并处理煤气管道泄漏信号，输出报警信号、驱动步进电机关闭安全阀信号等。电机驱动单元为电机驱动电路，由单片机发出控制信号从而控制电机相应的正反转动从而实现安全阀的关闭操作。通信模块单元使系统具有遥控自检功能和发出信号的功能，通过接收模块接收遥控信号实现相应自检功能和发出信号。2.2 MCS-51系列单片机的介绍2.2.1 MCS-51系列单片机的特点单片
13、机因其功能丰富、软件设计灵活、体积小且价格低廉，而在家电产品中得到广泛的应用。MCS-51是INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的7，所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。INTEL公司将MCS-51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或少有些改变，以满足不同的
14、需求，其中89C51与传统的单片机相比指令执行速度有很大的提高，这也是本设计选择此款单片机的主要原因。根据本系统的需要，我们采用了MCS-51系列中的89C51单片机。89C51是高性能COMS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个可编程I/O口线，2个16位定时计数器8，6个中断源。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用位中央处理器（RAM）和Flash存储单元，功能强大89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域9。2
15、.2.2 89C51单片机芯片内部结构和引脚概述89C51单片机与早期Intel的8051/8751/8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，只不过用Flash ROM替代了ROM/EPROM而已。推荐精选89C51单片机内部结构由运算器、控制器、存储器和I/O接口组成，如图2.2所示。图2.3是89C51的引脚结构图，有双列直插封装（DIP）方式和方形封装方式。推荐精选 图2.2 89C51单片机芯片内部结构图推荐精选 图2.3 89C51单片机引脚图2.2.3 AT89C5l端口输入/输出介绍P0.0P0.7：P0口8位双向口线。P1.0P1.7：P1口8位双向口线。 P2.0P2.7：P2口8位双向口线。 P3.0P3.7：P3口8位双向口线。P0口是一组8位漏极型双向I/O口，也即地址总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。10推荐精选在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，且要求接上拉电阻。P1口、P2口、P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，输出缓冲极可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把
