燃气泄漏报警器的设计本科学位论文

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1、1毕 业 论 文 题 目燃气泄漏报警器的设计学 院物理与机电工程学院专 业自动化姓 名班 级自动化（2）班学 号指导教师1 目 录摘 要1第一章 绪论41.1 燃气泄漏报警器的概述41.2 燃气泄漏报警器的现状41.3 燃气泄漏报警器的发展趋势51.4 燃气泄漏报警研器究意义与目的51.5 设计任务5第二章 燃气泄漏报警器系统的方案设计62.1燃气报警系统的设计思路62.2 气体传感器的选型72.2.1气体传感器介绍72.2.2气体传感器的选定72.3 燃气泄露报警系统的整体设计方案82.3.1燃气泄露报警器工作原理82.3.2燃气泄露报警器的结构92.3.3气体检测报警器的功能9第三章 燃气

2、泄漏报警系统的硬件部分设计103.1 主控电路的设计103.1.1半导体气敏传感器简介103.1.2单片机的选择12第四章 燃气泄漏报警系统的软件部分设计234.1 主程序选择与程序流程图164.2 系统仿真17参考文献17周口师范学院 2015 届本科毕业设计（论文）摘 要随着城镇化的脚步加快，越来越多的家庭开始使用煤气作为常用燃料已经进入各家各户，但是在日常生活中，因煤气使用不当造成的火灾、爆炸事故，经常发生。更有严重者，因室内煤气浓度过高，又没有采取及时的急救措施而引起中毒的事故也不少见。怎样防止煤气泄露，设计出合理有效的燃气报警控制系统，保障人们的生命和财产安全已成为人们迫切关心的问题

3、。 本论文以半导体气敏传感器和单片机技术为核心设计的气体报警器可实现浓度监测、声光报警、并可以自动关闭燃气阀功能，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的气体报警器，具有一定的实用价值。我选用MQ-7传感器实现对气体的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。气体信号转换成单片机可识别的数字信号，经AT89C51单片机处理送往数码管显示，并对处理后的数据进行分析，判断是否大于某个预设值，如果大于则会自动启动报警电路发出报警声音，再者大于最高预设值，燃气阀将会进行自动关闭，反之则为正常状态。关键词：燃气 MQ-7 报警器 燃气阀 单片机 第一章 绪论

4、1.1 燃气泄漏报警的概述燃气泄漏报警器是非常重要的燃气安全设备，由气敏传感器、单片机和报警器组成。它是安全使用城市燃气的最后一道保护。燃气泄漏报警器通过气敏传感器探测周围环境中的低浓度可燃气体，通过采样电路，将探测信号用模拟量或数字量传递给控制器或控制电路，当气体浓度超过控制器或控制电路中设定值时，控制器通过执行器或执行电路发出声音报警信号和灯光报警信号。气体报警器的探测气敏传感器主要半导体型、接触燃烧式、电化学气敏传感器，还有少量的其他类型。这些传感器都是通过对周围环境中的可燃气体的吸附，在传感器表面产生化学反应或电化学反应，造成传感器的电物理特性的改变，经单片机处理后报警。1.2 燃气泄

5、漏报警的现状燃气检测报警产品是一个系列产品，包括气体探测设备、信息传输设备、报警分析控制器，是物理传感技术、自动控制、计算机技术、数据传输和管理、智能楼宇等技术的综合集成，属于高新技术。依托中国多年的基本建设的发展，这个行业也得到发展，具备了和国外知名企业抗衡的能力。在目前中国许多冠名以高新技术的行业中，中国企业大多做的是下游的制造和服务，分取极少一部分的利润，像安防报警产品那样又拥有自我知识产权，又拥有大量市场的行业其实是很少的。在安防报警产品的技术含量上，国内产品和国外产品差距不是很大，许多指标已经超越，存在的问题是：类似于国外安防报警产品的大批量规模化的生产才刚起步，有待于积累经验和技术

6、，也因此在产品一致性和长期稳定性上有一些差距；国内正在形成权重的大型企业和集团，这样可以带领国内的各家企业去冲击海外市场，并最终占领海外的安防报警市场。1.3 燃气泄漏报警的发展趋势二十多年前，我国的安防报警产品刚刚起步，无论产品技术含量、产品系列完整性、使用性，还是社会影响程度都是相当低的。国外的产品和品牌却占领我们的大部分市场。由于中国的建设正在面临飞速发展，我们应该抓住广阔的市场空间，庆幸的是中国企业抓住了这次机遇，顶住了挑战，先是一批国家的科研院所，后是一批国营企业、民营企业，业内也吸引和凝聚一大批国内的技术和管理精英，花了多年时间，通过几次产品更新换代，就使自己的产品紧紧跟上了国际水

7、平，并且夺回了大部分国内市场，使得现在大多国外产品只有招架之势，这是典型的自力更生，走自己的路。当然目前而言，我们基本占据的是国内市场，对外还刚刚启动。但是，中国企业已经做好准备进军海外市场。1.4 燃气泄漏报警研究意义与目的面对燃气泄漏而造成的种种事故威胁，我们需要一个解决办法。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，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件的根源，如采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得出结论，燃气报警器防止煤气泄漏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

8、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，燃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。所以怎样防止燃气中毒与爆炸已成为人们的迫切需要1。1.5 设计任务本文设计了一种灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜的煤气检测系统，采用气敏传感器，气敏传感器是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏感器件，它将气体成分、浓度等有

9、关的信息转换成电信号，从而可以进行检测。目前，人们对气敏传感器的测试方法主要停留在用人工手动的方式来操作，开发出一种实用高效的智能化传感器测试装置是极为必要的。而声光信号是信息的又一主要载体，如果在这些测量场合能用声光信号直接报出结果，将给操作人员带来极大方便，本文就介绍一种新型的气敏传感器测试系统，从组成框图、硬件设计以及程序流程及代码等几方面对其进行了详细的介绍。 第二章 燃气泄漏报警系统的方案设计2.1燃气报警系统的设计思路燃气报警系统是能够检测环境中的可燃性气体浓度，并具有报警功能的仪器，仪器的最基本组成部分应包括：气体信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。气体信号采集电路一般由

10、气敏传感器和模拟放大电路组成，将气体信号转化为模拟的电信号。模数转换电路将从燃气检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值(也就是报警限)，如果大于则会自动启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上，加入光报警，红光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。以上是根据报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。气敏传感器及单片机是燃气泄漏报警器的两大核心，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的气敏传感器及单片机芯片是至关重要的。传感器的选型

11、在下一节介绍。单片机作为硬件电路的核心，它的选型将在第三章详述。2.2 气体传感器的选型气体传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路，将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。气体传感器作为燃气泄漏报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。由此可见，气体传感器的选型是非常重要的。2.2.1气体传感器介绍1、气体传感器的分类 气体传感器种类繁多，从检测原理上可以分为三大类：(1)利用物理化学性质的气体传感器：如半导体气体传感器、接触燃烧气体传感器等。 (2)利用物理性质

12、的气体传感器：如热导气体传感器、光干涉气体传感器、红外传感器等。 (3)利用电化学性质的气体传感器：如电流型气体传感器、电势型气体传感器等。2、气体传感器应满足的基本条件 :一个气体传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的气体传感器都必须具备以下条件： （1）能选择性地检测某种单一气体，而对共存的其它气体不响应或低响应； （2）对被测气体具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的气体浓度；（3）对检测信号响应速度快，重复性好；（4）长期工作稳定性好； （5）使用寿命长； （6）制造成本低，使用与维护方便。3、常见气体

13、传感器简介 （1）半导体气体传感器半导体气体传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的气体传感器，以及用单晶半导体器件制作的气体传感器。自1962年半导体金属氧化物气体传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单、价格便宜等诸多优点，得到了广泛的应用。该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的气体传感器之一。按照敏感机理分类，可分为电阻型和非电阻型。 （2）固体电解质气体传感器 固体电解质气体传感器使用固体电解质气敏材料作为气敏元件，其原理是利用气敏材料在通过气体时产生电阻，测量其形成电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，因而得到了广

14、 泛的应用，几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域，其产量仅次于半导体气体传感器的一类传感器。但这种传感器制造成本高，检测气体范围有限，在检测环境污染领域中有优势。 （3）接触燃烧式气体传感器 当易燃气体接触这种被催化物覆盖的传感器表面时会发生氧化反应而燃烧，故得名接触燃烧式传感器。接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝(也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层)，使用时将铂丝通电，保持300C400C的高温，此时若与气体接触，气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升,通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道气体的浓度。 （4）高分子气体传感器 利用高分子气敏材料制作

15、的气体传感器近年来得到很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定气体时，其电阻、介电常数、材料表面声波传播速度和频率、材料重量等物理性能发生变化。高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合，在毒性气体和食品鲜度等方面的检测中具有重要作用。高分子气体传感器具有对特定气体分子灵敏度高，选择性好，且结构简单，能在常温下使用，可以弥补其它气体传感器的不足。 （5）电化学传感器 电化学传感器由膜电极和电解液封装而成。气体浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点是：反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测，但寿命较短(大约两年)。它主要适用于毒性气体检测。目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。 （6）热传导传感器 热传导传感器与接触燃烧式传感器具有类似的结构形式，但是测量原理不同。它的测量原理是：将加热后的铂电阻线圈置于目标烟雾中，由于向目标气体 传送热量造成温度降低，引起电阻值变化，传感器即测量电阻