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1、可燃性气体探测装置设计摘 要随着可燃性气体种类和应用范围的增加，其使用场所和贮气仓库内的泄漏、火灾、爆炸事故日益增多。一旦发生可燃气体的泄漏而未采取有效的措施，将会对人员对财产产生极大的影响，甚至会产生毁灭性的灾难。对可燃性气体泄漏做出预先判断，在事故未扩大之前采取措施，可以避免事故的发生。本文研制了以ARM微处理器为核心的可燃气体报警器，该报警器主要由检测电路、前置放大电路、微处理器、报警电路、显示电路和电源电路组成，能够实现对空气中可燃气体浓度的采集、显示和报警控制。在硬件研制方面，设计了传感器的供电电路、信号放大电路以及控制系统等。采用仪表放大器AD623设计了放大电路，有效的抑制了噪声
2、；选用了集A/D转换、数据存储和处理于一体的嵌入式ARM处理器STM32F103ZE，不仅实现了可燃气体检测数字化、智能化，而且使系统结构简单、功耗降低。在软件开发方面，应用程序采用C语言编写，充分利用芯片本身的资源，提高了测量精度和代码执行效率。本文，最后对可燃性气体检测仪进行了调试，使其检测更加准确，最终测试结果符合要求。关键字：可燃性气体 ARM 气敏传感器 报警 Flammable gas detection device designAbstractWith the increase of the flammable gas type and range of application
3、s, the use of the warehouse spaces and storage of gas leakage, fire, explosion, an increasing number. Of combustible gas leak but have not taken effective measures, will have a significant impact on the staff of the property, or even cause catastrophic damage. Prejudge the combustible gas leak befor
4、e the accident did not expand to take measures to avoid accidents.Developed the ARM microprocessor core of the combustible gas alarm, the alarm detection circuit, the preamplifier circuit, a microprocessor, alarm circuit, display circuit and power circuit to achieve combustible gases in the airthe c
5、oncentration of the acquisition, display and alarm control.In hardware development, design a power supply circuit of the sensor, the signal amplification circuit, and embedded systems. The AD623 instrumentation amplifier design the amplifier circuit, the effective suppression of noise; selected set
6、of A / D conversion, data storage and processing in one of the STM32F103ZE of embedded ARM processor, not only combustible gas detection digital, intelligent, but also The system is simple, to reduce power consumption. In software development, applications, using C language to take full advantage of
7、 the resources of the chip itself, to improve the accuracy and efficiency of code execution.This article, the last of flammable gas detector commissioning, to make its detection more accurate, final test results meet the requirements.Key words: Flammable gas ARM Gas sensors Alarm 目 录 第一章 绪 论11.1论文研究
8、来源、目的和意义11.1.1论文研究来源11.1.2论文研究目的和意义11.2可燃气体检测技术现状21.3本论文主要任务41.4 气体传感器介绍5第二章 可燃性气体检测系统总体设计方案82.1可燃性气体探测装置设计思路82.2 可燃性气体检测系统的总体框图和工作原理82.3 设计要求92.3.1 硬件设计要求92.3.2 软件设计要求9第三章 可燃性气体检测装置的硬件设计103.1 信号模拟采集硬件电路设计103.1.1 催化燃烧式传感器原理简介103.1.2 放大电路143.1.3 滤波电路153.2 嵌入式最小系统电路设计173.3 蜂鸣器硬件电路设计193.4 LCD连接电路193.4.
9、1 3.4.1 SPFD5420A的功能及电气特性193.4.2 LCD屏和STM32的硬件连接203.5 电源电路设计213.6 PCB原理图253.7 本章小结26第四章 可燃性气体检测装置的软件设计274.1 主程序的设计274.2 电路板初始化设计284.3 设置ADC参数的设计284.4 初始化TFT显示器的设计294.5 A/D转换及浓度显示的设计294.6 时间显示的设计304.7 蜂鸣器报警的设计314.8 本章小结31第五章 系统调试325.1 硬件调试325.1.1 电源电路的调试325.1.2 最小系统的调试325.1.3 设置参数325.2 软件调试335.2.1 确定
10、A/D转换的输入引脚335.2.2 中文显示335.2.3 显示效果的调整345.3 系统调试355.4 本章小结36结 论37致 谢38参考文献39附 录41 本科毕业设计（论文）第一章 绪 论1.1论文研究来源、目的和意义1.1.1论文研究来源随着科技的发展，越来越多的可燃性气体作为能源应用于工业生产和人们的日常生活中。其中甲烷（天然气）的使用已经相当普遍，这种气体对人基本无毒，但浓度过高时，使空气中氧含量明显降低，使人窒息。为了人身安全，我们必须保证生存环境中甲烷的浓度在5%以下。因此，可燃性气体检测仪成为一个重要的研究课题。1.1.2论文研究目的和意义 可燃性气体通常指城市煤气、石油液
11、化气、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然气以及煤矿瓦斯等。这些气体主要含有烷类、烃类、一氧化碳和氢气等烯类、醇类、苯类以及成分，易燃、易爆、贮存和使用这些气体过程中，如违反操作规程和设备密封不好，都有可能发生可燃气体泄漏现象，进而酿成火灾或爆炸事故，给国家和人民的生命财产造成损失。 可燃性气体探测报警装置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。该报警装置是石油化学工业、有可燃性气体泄漏可能的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。可燃性气体报警器属于中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录中第46项，它归类于物理化学计量器具。建筑设计防火规范(GBJ16-87)第10.3.2条明确规定“散发可燃
12、气体、可燃蒸汽的甲类厂房和场所，应设置可燃性气体浓度检测报警装置。2003年12月，国家执行新的可燃性气体探测器标准(GB15322-200) 可燃气体探测器，2004年10月国家颁布可燃气体检测报警器规程JJG693-2004，研究新型、性能稳定、准确监测可燃性气体，并合乎国家相关规定的报警器具有极其重要得意义。 从社会发展形式看，对气体的检测报警越来越重要，而气体检测装置也都脱颖而出，但是很多装置都存在着某方面的弊端，例如，装置本身的使用耐久度、装置的灵敏度、报警明显度、设备的性价比、还有最大的弊端就是装置本身容易出现问题是否能及时发现和处理等等，这些是很值得考虑的。眼前，无论是公司、企业
13、、或是家庭对装置的购买使用都会考虑装置寿命和性价比，所以理想的气体检测报警装置就首先必须满足这两点。可见，可燃性气体报警器具有十分广阔的市场前景。1.2可燃气体检测技术现状 矿工可能是最早意识到需要检测可燃气体的工人。矿井中甲烷有可能达到爆炸的浓度。由于甲烷无色无味，在工人认识到危险时甲烷可能积聚到了立即爆炸的浓度。任何火源的出现，比如工人的矿灯，都会引起爆炸事故。第一个可燃气体指示器，Davy的出现，就为工人的安全提供了保障。这种灯的变种现在仍然应用于矿井的安全检测领域。1927年，Oliver W.Johnson发明并提出了一种可燃气体在一个铂丝上催化燃烧机理的便携式可燃气体检测器。即使7
14、0多年后的今天，大多数密闭空间检测中用到的检测器仍然采用这种原理，当然已融入了更多的现在技术成分。随着计算机技术及传感器技术的发展，气体检测技术从原来的单方面应用一些化学反应发展为多方面、多科学交叉应用，在多方面获得了发展。从检测原理上分，目前运用比较多的主要有6种，下面逐一介绍。1利用电阻式气敏元件测量气体浓度。电阻式气敏元件经过一段时间的预热后，其阻值与周围气体浓度有着确定的关系，因此，只需测出运行状态下气敏元件的电阻值，便可推算出当前运行状态下待测气体的浓度。这是气体浓度测量中最常用的传统方法，在实际运用中，一般采用脉冲调制技术，即基于时间的比较方法，它利用标准时基信号，将与被测气体浓度
15、有关的气敏传感器电阻的信息记录下来，转换成相应的模拟信号或数字信号，然后进行处理以达到测量目的。利用气敏元件测量气体浓度原理简单，操作也比较方便，但存在以下不足：(1)由于在检测仪中一般将气敏元件与标准元件组成测量电桥电路，因此电桥电路的非线性会影响测量精度；(2)电桥供电电压的大小对测量精度有很大影响；(3)检测时还需考虑现场温度、空气扰动等因素，需要串接上补偿电路。所以这种方法主要用在测量精度要求不高的场合。2超声波技术测量气体浓度。超声波在某种气体中的传播速度V与当前气体温度T和气体性质有一定的关系。超声技术就是利用了这种关系，通过测量超声波在气体中的传播速度V以及当前气体温度T，推算出该气体的大概浓度。如果需要测出气体浓度的具体值，可以通过实验推算出V，T与气体浓度的对应关系。由分析和实验可知气体浓度S与声速V气体温度T间呈非线性二元函数关系，通过对不同浓度的某种特定气体(如氯气)作精确测量，并利用计算机对实测数据采用最小二乘法作统计处理和进行曲线拟合。3气相色谱法测量气体浓度。气相色谱法是基于不同的气体在通过色谱柱时速度不同的原理，主要适用于工厂生产现场的检测、设备检修过
