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1、陕西理工学院毕业论文（设计）可燃气体泄露无线报警装置设计（陕西理工学院 物理与电信工程学院 通信工程专业1203，陕西 汉中 723003）指导教师： 摘要 本设计是利用单片机对于可燃气体浓度进行检测并且可以及时报警的无线报警装置。该系统由MQ-2传感器采集可燃气体浓度信号，系统建立浓度与电压关系并且进行浓度电压之间的相互转换，通过LCD1602液晶显示屏将检测到的浓度及设定值显示出来，当系统检测到可燃气体浓度超过设定值时，就能发出声光报警信号且开启换气装置，同时实现发送短信的无线报警，能及时避免由于可燃气体泄漏所引起的安全事故。关键词 可燃气体 单片机 显示 无线报警 The design
2、of combustible gas alarm systemRenchao(Grade2012,Class3,Major of Communication Engineering，School of Physics and Telecommunication Engineering , Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003,Shaanxi)Tutor: LiCuihuaAbstract: This design is the use of single-chip microcomputer for the detection of
3、 combustible gas concentration and timely alarm of the wireless alarm device. The system combustibles gas concentration signal, the setting-up of the system concentration and voltage relationship and mutual conversion between concentration and voltage by the sensor mq-2 acquisition and displays the
4、detected concentration and setting values through the LCD1602.When the system detects that the combustible gas concentration exceeds the set value,it will send out sound and light alarm signal,open the ventilation device and send text messages to the wireless alarm in time in order to avoid the secu
5、rity incidents caused by the gas leakage. Keywords：combustible gas microcontroller display wireless alarmI目 录1.绪论11.1 研究的目的及其意义11.2国内外情况及其发展趋势11.3论文结构12.系统的硬件设计22.1 方案论证及选择22.1.1 方案论证22.1.2 方案选择22.2 传感器部分的设计22.2.1 可燃气体传感器的概述22.2.2 MQ-2传感器及其主要特点32.3 单片机最小系统的设计42.4 显示电路设计62.5 报警电路设计82.5.1 继电器82.5.2 声光
6、报警92.5.3无线报警103.软件系统的设计144.装配与调试174.1 硬件与软件调试174.2 测试结果175.总结19致谢20参考文献21附录A22附录B30附录C31附录D32陕西理工学院毕业论文（设计）1.绪论1.1 研究的目的及其意义随着工业的快速发展，液化石油气、天然气等含有甲烷类、烃类、烯类、醇类及一氧化碳等成分是易燃易爆的气体。其中天然气作为一种新型清洁型高效型能源得到广泛普及并且已经成为人们生活中不可缺少的一部分。有的可燃气体是无色无味或者在浓很小的情况下很难被人们发现。正是由于这一原因，所以煤气中毒和矿井中的瓦斯爆炸时常发生，给人的生活带来了生命和财产安全的危害。现在国
7、内许多已经安装的可燃气体的检测器由于使用年度过久，器件老化，原有的技术指标不达标以及技术落后未淘汰而一直在使用的产品，所以研究新型、性能稳定并且能准确检测可燃气体的简易装置势在必行。家用智能天然气检测报警系统是预防天然气泄漏的一种家用的自动检测报警控制系统，一般都是应用高灵敏度的气敏元件作为气电转换元件并配以声光报警，当泄漏的气体达到设定值时报警器就会发生鸣响和声光报警。 本设计主要针对可燃气体检测报警系统进行技术改进，使用单片机系统进行系统控制，LCD1602显示屏显示测量值和设定值，GSM实现无线通信。并且还增加了超出安全值时自动开启排风扇装置，这样使得人们的财产安全和生命安全得到进一步的
8、保障。而且本系统成本低，安全性能好，能够监控可燃气体的浓度，显示测量结果，并对当前的环境状态做出判断，发出报警信息。1.2国内外情况及其发展趋势随着社会的发展，绿色环保的观念越来越成为人们生活中不可缺少的一部分。沼气是一种清洁、高效的可再生能源，可以替代天然气。但是无论沼气还是天然气，在人们的使用过程中若不注意，就会出现安全隐患，造成财产安全和人身事故。因此，对于可燃气体的检测是安全生产生活中的一个非常重要的环节。而我国经济处于高速发展，国家对于安全及环保也越来越重视，相关政策和法规陆续出台，极大地刺激了可燃气体检测仪器仪表行业市场的迅速扩大。然而，现在大多数可燃气体泄漏检测仪器仪表绝大多数都
9、是常规有线仪表，只有少数采用无线。有线仪器在安装时要考虑信号电缆的铺设，这就限制了可燃气体检测仪器仪表的适用范围，在一些场合就不能安装固定的可燃气体监测装置。所以可以通过在不同地方放置便携式进行时时检测与报警。目前，世界各国已经开始将沼气用作燃料和用于照明。用沼气代替汽油、柴油，发动机器的效果也很好。将它作为农村的能源，具有许多优点。例如，修建一个平均每人1.2平方米左右的发酵池，就可以基本解决一年四季的燃柴和照明问题；人、畜的粪便以及各种作物秸秆、杂草等，通过发酵后，既产生了沼气，还可作为肥料，而且由于腐熟程度高使肥效更高，粪便等沼气原料经过发酵后，绝大部分寄生虫卵被杀死，可以改善农村卫生条
10、件，减少疾病的传染。现在，沼气的应用正在各国广大农村推广，沼气能源的开发利用的普及等方面，已经取得了较好的成绩。1.3论文结构论文主要从技术概述、系统硬件电路设计、系统软件设计流程图以及制作与调试等几大方面来介绍可燃气体报警系统的设计和制作过程。其中方案论证及选择是从两种可以实现可燃气体浓度超标报警功能的方案中选出一个能及时报警、易操作、系统性能较高的方案。系统硬件电路设计主要设计包括：单片机最小系统电路、LCD1602显示电路、GSM模块电路、天然气检测电路、继电器控制电路、声光报警电路等。系统软件设计主要是设计单片机进行控制以及处理数据所需的相关C语言程序。最后对是系统整体的调试，将硬件电
11、路与软件程序相结合，调整相关参数，使得系统的各个模块都能实现所要的功能并且达到最优。第 1 页 共 40 页2.系统的硬件设计2.1 方案论证及选择2.1.1 方案论证方案一：基于蓝牙的可燃气体无线报警系统蓝牙技术是一种无线网络技术，其以低成本、短距离无线连接为基础，可用于替代数字设备和计算机外设间的电缆连线以实现数字设备间的无线组网。首先由单片机通过蓝牙模块接收数据，然后将该数据导入LCD屏进行显示，同时单片机对收集的可燃气体浓度数据进行分析处理，并将其与设定值进行比较。当其浓度高于设定值时，系统立刻发出报警，开启排气设备。方案二：基于SIM900A的天然气报警系统。基于SIM900A的火灾
12、报警系统，传感器采集数据传给单片机，单片机将数据进行处理并与设定值进行比较， 当测量值大于设定值时，SIM900A进行无线报警。SIM900A属于双频GSM/GPRS模块，采用SMT封装形式，其性能稳定，性价比高，可以满足打电话，发短息的基本功能。SIM900A采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输。2.1.2 方案选择方案一：蓝牙的通讯速率不是很高，并且受距离的远近影响较大，而且应用成本很高，普及难度大，并且只适用于进程通讯，不能达到远程的目的。故排除方案一。方案二： 目前手机以及全面普及，GS
13、M网络信号覆盖面积广、网络接入灵活、无需布线，打破了距离的限制，从而可以实现全国乃至全球漫游监控 。短消息(SMS)利用信令信道传输，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由服务中心再发给终端。短消息容量有限（每条短信内容最多140个字节），适于传输小流量的数据；由于建立时间较长，传送过程要受短消息服务中心服务器繁忙程度的影响，因而适于非连续性和实时性要求不太高的传输场合。短消息传输具有实现简单，通信成本低的优点。设计此系统的是基于短消息方式，简单、方便使用、价格低廉的实用性系统，因此我们选择SIM900A。2.2 传感器部分的设计2.2.1 可燃气体传感器的概述可燃气体传感器是气
14、-电转换元件，它能将可燃气体浓度信息转化为模拟信号，然后通过A/D转换单元将模拟信号转化为数字信号送微处理器执行相应的操作。所以可燃气体传感器是系统的一个很关键的部分，它将直接影响到系统的性能，所以选择经济、稳定、精确的可燃气体传感器是设计系统的首要任务。可燃气体检测报警设备的核心部件是能对可燃气进行检测的可燃气体检测。可燃气体的传感器主要有半导体传感器，固体电解质气体传感器，接触燃烧气体传感器，高分子气体传感器，电化学式气体传感器等，由于可燃气体的种类很多，一种类型的气体传感器往往不能检测所有的可燃气体。接触燃烧式气体传感器可分为直接接触燃烧式传感器和催化接触燃烧式传感器。其工作原理是气敏材
15、料在通电状态下可燃性气体氧化燃烧或者在催化剂作用下氧化燃烧，燃烧使电热丝升温,从而使其电阻值发生变化。半导体气体传感器是以恒定的直流电源对半导体器件加热，当无可燃气体存在时，半导体两极间呈现高阻状态，传感器无信号输出。当空气中有可燃气体存在并吸附在氧化物烧结体上，引起半导体电导率或热导率的变化，使其阻值变小，从而将被测气体的浓度信息转变为电信号。第 2 页 共 40 页由于接触燃烧式气体传感器是利用可燃性气体氧化燃烧使电热丝升温来达到检测可燃气体的目的，因此这种类型传感器对不燃烧气体不敏感，不会造成其他气体的交叉感染。而且传感器受环境温度湿度的影响比较小，性能稳定。催化燃烧式气体传感器采用电桥原理构成检测电路，其线性度及灵敏度比较好。而半导体气体传感器则是裸露在环境中进行高温检测，故对气体造成的干扰很难克服，易出现误检误报的情况，同时易受温度湿度的影响，离散性比较大。气敏式传感器从检测方式上分，该传感器可分为表面电阻控型。表面电阻控制型有氧化锡、氧化锌等金属氧化物，其原理是当气敏半导体加热到200时，其表面可以吸附可燃气体从而改变电阻值来检测可燃气体浓度。其优点是对微量的可燃气体较为敏感，结构简单成本低。但是当浓度较大时，其选择性和线性较差，所以气敏式传感器多用于可燃气体的检测报警，基本不会用于井下瓦斯爆炸。MQ-2气体
