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1、精选资料可燃气体报警系统的设计翟豪勋（陕西理工学院 物理与电信工程学院 通信工程专业1104，陕西 汉中 723003）指导教师：李翠华 摘要近年来，由于可燃气体泄漏所引起的安全事故时有发生，为了有效避免此类事故的发生，本文设计了一款家用的可燃气体报警系统。此系统主要由单片机最小系统；天然气检测电路；数码管显示电路；远程报警和声光电路等组成。此系统能有效检测环境中可燃气体的浓度，一旦其浓度超出报警限定值，就能发出声光报警信号，开启换气装置，并且能随着浓度的增加报警音量逐渐增大，同时实现远程报警，能及时起到安全防范的作用。关键词 SIM900A；单片机；天然气检测；报警；显示；The desig
2、n of combustible gas alarm systemZhaiHaoxun(Grade2011,Class4,Major of Communication Engineering，School of Physics and Telecommunication Engineering , Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003,Shaanxi)Tutor: LiCuihuaAbstract:In recent years,caused by combustible gas leakage accidents have occ
3、urred, in order to avoid such accidents, we design a home combustible gas alarm system. This system consists of smallest single chip microcomputer system; gas detection circuit; digital display circuit; remote alarm sound and light circuit. This system can detect the concentration of combustible gas
4、es in the environment, once the concentration exceeds the alarm limit value can be audible and visual alarm signal, open ventilation devices, and can alarm volume increases as the concentration increases, while remote alarm , in time to play a security role.Keywords: SIM900A;MCU;Gasdetection ;Alarm;
5、 Display;可修改编辑目 录1.绪论11.1研究的目的和意义11.2国内外情况及其发展趋势11.3论文结构12.硬件系统的设计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32.2.1传感器的概述32.2.2 MQ-5传感器的主要特点32.2.3 MQ-5传感器的引脚功能及32.2.4 OP07精密运算放大器52.2.5信号处理电路52.2.6正负电源62.3单片机最小系统的设计72.3.1最小系统的设计72.3.2 ADC采样92.4数码管显示电路的设计102.4.1器件概述102.4.2显示电路设计112.5继电器电路的设计132.5.1继电器
6、概述132.5.2功能实现132.6声光报警电路的设计132.7远程报警电路的设计142.7.1 SIM900A模块的概述142.7.2 SIM900A的引脚功能152.7.3 SIM900A的工作原理162.7.4 SIM900A的PUD短信息编码方式163软件系统的设计184.装配与调试214.1硬件调试214.2软件调试214.3测试结果215.总结23致谢24参考文献25附录A26附录B33附录C34附录D42附录E43可修改编辑精选资料1.绪论1.1 研究的目的和意义天然气作为一种新型清洁型高效型能源近年来得到广泛普及成为人民的首选燃料，但是当它给人民带来方便的同时也带来了安全隐患。
7、每一栋居民楼被天然气“笼罩”伴之而来的是天然气泄漏引发的爆炸、火灾等事故的发生。这在某种程度上增加了人民生命财产的不安全和不稳定因素。为了使天然气更好地服务群众服务社会减少各种因天然气泄漏而引发的爆炸及火灾事故。各天然气使用单位尤其是居民用户选择一种适当的天然气检测报警器十分重要, 因此本设计对室内天然气检测报警系统进行了研究。为了预防天然气的泄漏切实保障人民安全，人们采取了各种措施。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，也是一种高灵敏度的气体探测器，一般都是应用高灵敏度的气敏元件作气电转换元件并配以电路和声光报警部分组成。当泄漏的气体达到危险极限值时报警
8、器就会发生鸣响和声光报警1。 本设计主要针对传统天然气检测报警系统进行技术改进以满足要求具有如下特点，用单片机实现检测并控制电路，设计简单、价格适中、稳定、增加了超出安全值时自动开启排风扇，而且采用气敏传感器，安全可靠，因此本系统也可作为智能家居系统的一个子系统。1.2国内外情况及其发展趋势 当前应用最广泛的可燃性气体泄漏报警器与气敏元件传感器已普及应用于气体泄漏检测和监控。仅用安全保护家用天然气泄漏报警器为例，不少西方发达国家在法律上已经明确规定家庭、公寓、餐厅、医院、学校、工厂的必须按要求安装报警器。国外可燃性气体泄漏报警器发展很快，是由于人们安全意识很强对环境安全性和生活舒适性要求较高，
9、另一方面是由于燃气泄漏报警器市场的增长受到政府安全法规的推动。因此，国外燃气报警器技术得到了较快发展。据有关统计：美国在1996年2002年就天然气报警器的年均增长率为27%-30%。在这些方面，国内方面有待增强。1.3论文结构论文主要从技术概述、总体电路设计、硬件电路设计、系统软件设计流程图、制作与调试等几大方面来介绍天然气报警系统的设计和制作过程。其中方案论证及选择主要从三种可以实现天然气超标报警功能的方案中选择一个成本低、易操作、系统性能较高的方案。硬件电路设计主要是针对选择的方案进行具体的电路设计。其中主要设计的电路包括：单片机最小系统电路，SIM900A模块电路，天然气检测电路，继电
10、器控制电路，声光报警电路等。系统软件设计则主要是设计单片机进行控制所需要的相关程序，这部分程序采用C语言进行编写。最后的制作与调试主要是进行硬件仿真与制作，并对硬件进行相关功能的测试，检测是否能达到设计所要实现的功能。最后对全文进行概括的总结，并提出相关扩展功能，有待进一步完善。第一章：绪论，介绍了设计此系统的目的和意义，同时简要介绍了此系统在国内外的情况及其发展的趋势。第二章：详细介绍了此系统的硬件设计。此系统的主要有传感器，单片机最小系统，数码管显示，声光报警及远程报警五个模块组成。第三章：介绍了此系统的软件设计。第四章：介绍了此系统的装配与调试过程。第五章：完成此系统设计后的总结与展望。
11、2.硬件系统的设计2.1 方案论证及选择2.1.1 方案论证方案一：基于蓝牙设计的天然气报警系统 蓝牙技术是一种短距无线通信技术，用于替代数字设备和计算机外设间的电缆连线以及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，同时单片机对天然气值进行分析处理，将天然气值与设定值进行比较，若天然气值大于设定的值即刻启动报警。方案二：采用SIM340SIM340GSMGPRS模块应用于WLL，M2M和手持设备的GSMGPRS模块。SIM340是小体积即插即用模块中完善的四频GSMGPRS解决方案使用工业标准界面，使得具备GSMGPRS85090018001
12、900MHz功能的SIM340以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。SIM340的优良性能让它应用于许多方面，例如WLL、M2M、手持设备等等。四频GSMGPRS模块，外形尺寸40mmx33mmx2.85mm。支持用户定制的MMI和键盘LCD内嵌强大的TCPIP协议栈。方案三：基于SIM900A的天然气报警系统。基于SIM900A的火灾报警系统原理框图如图2.1所示。 单 片 机 声光报警模块SIM900A远程报警模块 自动换气模块 传感器模块图2.1 基于SIM900A的报警系统图SIMCom推出新款紧凑型产品SIM900A. 它属于双频GSM/GPRS模块，完全采用S
13、MT封装形式，SIM900A仅适用于中国市场，其性能稳定，外观精巧，性价比高，能满足您的多种需求。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。另外，SIM900A的尺寸大小为24x24x3mm，能适用于M2M应用中的各类设计需求，尤其适用于紧凑型产品设计。2.1.2 方案选择方案一：蓝牙蓝牙的通讯速率不是很高，而且应用成本很高，普及难度大，并且只适用于进程通讯，无法达到远程的目的。故排除方案一。方案二与方案三： GSM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
14、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。两者功能相似，SIM340在相同技术领域相对SIM900A更胜一筹，但对本系统而言SIM900A性价比更高。因此，综合考虑成本、易操作性、系统性
15、能等因素，最终选择方案三。2.2 传感器部分的设计2.2.1 传感器的概述天然气和甲烷传感器的主要分为离子式传感器、光电式传感和气敏式传感器。（1）离子式传感器：离子式传感器是一种先进的技术，是一种工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，它的性能远优于由光电式传感器构成的报警器。（2）光电式传感：该传感器内部有一个光学迷宫，安装有红外对管，没有天然气和甲烷时红外接收管接收不到红外发射管发射出来的红外光线，当天然气和甲烷进入光学迷宫时，通过折射、反射后，接收管将接收到红外光线，报警电路判断是否超过阈值，超过则发出警报，反之则不然。（3）气敏式传感器：该传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器2。半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小，P型阻值随气体浓度的增大而增大。当温度在200300时半导体气
