可燃性气体检测报警器设计..

辽宁工程技术大学本科课程设计题目可燃性气体检测报警器设计院（系、部）机械工程学院班级机电07-3班姓名赵旭斌学号指导教师卢万杰摘要本设计主要设计可燃性气体监测报警仪，包括其工作原理及其软、硬件的设计。它由可燃性气体传感器、模/数转换、单片机、显示部分、报警输出、应用系统软件等组成。从传感器出来的微电流信号，经过模/数转换后送入单片机内，单片机控制显示相应浓度并在浓度过高时产生报警。显示部分采用74LS164芯片和LED数码管进行显示;报警输出采用固体继电器与蜂鸣器控制报警;软件设计采用单片机C语言编程。该报警器以性能、参数稳定的气体传感器为探测器，采用STC89C52单片机进行控制，能根据天燃气气体检测浓度进行声光报警，并控制相应设备进行工作，实现安全保护。关键词:传感器;气体检测;报警仪;STC89C52AbstractThisdesignmainlyintroducesthecombudstiblegasmonitoringalarmingdevice,includingitsprincipleandhardwareandsoftwaredesign.Itconsistsofcombustiblegassensors,d/atransformation,SCM,displaysection,alarmoutput,applicationsystemsoftwareetc.Fromthesensormicroelectriccurrentsignal,outbyd/atransformationintoSCMinside,afterthesingle-chipmicrocomputercontrolshowscorrespondingconcentrationsinexcessiveconcentrationsgeneratedwhenthealarm.Showpartadopts74LS164chipsandLEDdigitaldisplaytube,AlarmoutputbyusingsolidrelayandbuzzercontrolAlarm,SoftwaredesignUSESthemonolithicintegratedcircuittotheCprogramminglanguage.Thisalarmwithstableperformance,theparametersofgassensorsasadetector,adoptSTC89C52single-chipmicrocomputercontrol,canaccordingtonaturalgasgasdetectionconcentrationacousto-opticalarm,andcontrolthecorrespondingequipmentworksoastorealizesafeprotectionKeywords:sensor；gasdetection；alarmingdevice；STC89C52目录前言……………………………………………………………………………………………11、总体设计方案……………………………………………………………………………21.2系统功能………………………………………………………32、硬件部分…………………………………………………………………………………42.1气体传感器的分类及应用……………………………………………………42.2可燃气体检测电路………………………………………………………………42.3、LED显示电路…………………………………………………………………72.4、蜂鸣报警电路…………………………………………………………………92.5、继电器电路………………………………………………………………………92.6、直流稳压电源电路…………………………………………………………102.7、控制电路…………………………………………………………………………123、软件部分设计…………………………………………………………………………143.1主程序………………………………………………………………………………154、总结与体会………………………………………………………………………………155、谢辞………………………………………………………………………………………16参考文献……………………………………………………………………………………18附录1可燃性气体报警仪监测总电路图………………………………………19附录2可燃性气体监测报警仪主要元器件清单……………………………20附录3程序代码………………………………………………………………………21前言随着工业、农业化的发展和人们生活水平的提高，及时、准确地对易燃、易爆、有毒有害气体进行监测预报和自动控制已成为当前天然气、煤炭、石油、化工、电力等部门急待解决的问题。家用燃气报警器能实时监测可燃气体的泄漏情况，一旦发生泄漏，即空气可燃气体达到一定浓度，则报警器立即进行声、光报警，有效防止事故的发生，满足人们对燃气安全的需要人类对生态环境净化的要求越来越高的要求。设计的任务就是开发一种以性能、参数稳定的气体传感器为探测器采用STC89C52单片机进行控制的可燃气体探测报警器。当空气中有可燃气体在挥发且气体浓度达到或超过设定值时，通过一系列转换是LED数码显示气体浓度值，随机发出声、光报警信号，启动相应控制装置，避免重大事故发生。随着人们对生活空间的安全和舒适性有了更高的要求，不仅要求监测、监控、检测易燃、易爆、有毒、有害气体，而且为确保身心健康，减少环境污染环境，还要求研制出各种高灵敏度、超小型、多功能化的气体传感器。近年来，可燃性气体传感器的研究和开发十分活跃，国外从20世纪30年代开始研究开发可燃性气体传感器，至今已经走过半个多世纪，品种到达数百种。1、总体设计方案设计整体思路是：应用烟雾检测系统，烟雾检测报警器是能够检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能的仪器，仪器的最基本组成部分应包括：烟雾信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。烟雾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。方案：如图1.1所示，此方案由传感器电路。A/D转换部分、单片机、数码管显示部分和声光报警部分等组成。检测电路把泄漏气体浓度的变化转变成电信号，根据气体浓度和电压信号之间的对应关系，再对该模拟信号进行分析处理，并通过A/D转换变为数字信号输入单片机，最后由单片机驱动LED数码管显示和信号显示灯及蜂鸣器完成报警过程。图1.1方案流程图Figure1.1schemeflowchart1.2系统功能本设计所设计报警器具有下述功能:（1）被检测区域的可燃浓度达到报警设定值时警器应能发出声、光报警信号。(2)报警器在传感元件断路或短路时应发出报信号，有明显区别的声、光故障信号。(3)报警器应对声、光报警装置设置手动自检功。(4)对于有输出控制功能的报警器，当报警器出报警信号时，应能启动输出控制功能。检测电路A/D转换电路声光报警电路单片机控制LED显示浓度电源继电器排风扇电磁阀(5)报警器的供电电压必须非常稳定，否则，将影响报警的正常工作。当漏气体的浓度达到一定值时，可以启动通风换气设备进行排气，同时通过电磁阀将气体管道关闭，并可以通过RS-485总线与上位机进行通信(将实时数据发送给上位机用户)。当泄漏气体的浓度降低到安全点后，关闭通风换气设备，停止报警，将气体管道们一开，达到安全保护的日的。可燃性气体监测报警仪虽然用途非常广泛，但是其精度也受到各方面因素的制约。最主要的是报警仪标定，这是一项复杂的工作，直接影响着报警仪的测量精度。如果没有进行精确的标定，其将直接影响仪器的正常工作。2、硬件部分燃性气体监测报警系统实际上就是通过单片机记录子弹通过设定距离的时间来实现是。因此在单片机入口处，我们只需要设计一个能产生中断的电路即可。本设计主要包括一下几个模2.1气体传感器的分类及应用气体传感器种类繁多，分类方法目前尚无统一标准。根据气敏特性分类，主要分为半导体式、固体电解质式、电化学式等几类。(1)半导体式气体传感器自从1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来，半导体气体传感器由于具有灵敏度高、响应时间快块。等优点，其产品发展非常迅速，按检测不同气敏特征量的方式可分为电阻式和非电阻式2种。电阻式半导体气体传感器主要是指半导体金属氧化物陶瓷气体传感器，其电阻随着气体含量不同而变化。非电阻式半导体气体传感器MOS二极管式和结型二极管式以及场效应管，其电流或电压随着气体含量而变化，主要检测可燃性气体。此类气体传感器的主要优点是灵敏度高，但制作工艺比较复杂、成本高。(2)固体电解质气体传感器固体电解质气体传感器是一种以离子导体为电解质的化学电池。20世纪70年代开始，固体电解质气体传感器由于电导率高，灵敏度和选择性好，获得了迅速的发展，目前环保、节能、矿业、汽车工业等各个领域均有应用，仅次于金属氧化物半导体气体传感器。(3)电化学式气体传感器电化学式气体传感器可分为原电池式，定电位电解式、电量式，离子电极式4种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的浓度。定电位式传感器是通过测量电解时流过的电流来检测气体的浓度，和原电池式不同的是，他需要由外界施加特定电压，他除了能检测CO，NO，NO：，O。，SO：等气体外，还能检测血液中的氧浓度。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的浓度。离子电极式气体传感器出现得较早，通过测量离子极化电流来检测气体的浓度。电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高，选择性好。2.2可燃气体检测电路选用的气体传感器型号为MQ-5。*对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度*对乙醇，烟雾几乎不响应*快速的响应恢复特性*长期的使用寿命和可靠的稳定性*简单的测试电路应用适用于家庭或工业上对液化气，天然气，煤气的监测装置。优良的抗乙醇，烟雾干扰能力。图2.1MQ-5测量电路Figure2.1MQ-5measurementcircuit1气体敏感层二氧化锡2电极金（Au）3测量电极引线铂（Pt）4加热器镍铬合金（Ni-Cr）5陶瓷管三氧化二铝6防爆网100目双层不锈钢（SUB316）7卡环镀镍铜材（Ni-Cu）8基座胶木9针状管脚镀镍铜材（Ni-Cu）A标准工作条件符号参数名称技术条件备注Vc回路电压≤15VACorDCVh加热电压5.0V±0.2VACorDCRL负载电阻可调RH加热电阻31Ω±3Ω室温PH加热功耗≤900mwB环境条件符号参数名称技术条件备注Tao使用温度-10℃-50℃Tas储存温度-20℃-70℃Rh相对湿度小于95%RhO2氧气浓度21%（标准条件）氧气浓度会影响灵敏度特性最小值大于2%C．灵敏度特性符号参数名称技术参数备注Rs敏感体电阻10Ω-60KΩ（1000ppm甲烷）探测范围：300-5000ppm液化气、天然气、煤气a（1000ppm/5000ppmCH4浓度斜率≤0.6标准工作条件温度：20℃±2℃Vc：5.0V±0.1V相对湿度:65%±5%Vh:5.0V±0.1V预热时间不少于24小时封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。设计中MQ-5的接线如图3.3所示。在实际的测量中，可按照其等效电路来计算数值，RL是外接负载电阻，用来调整输出的模拟量电压范围，具体数值应根据A/D转换器是输入范围来确定。电压信号从RL和地之间取出，取出的电压信号直接接AD转换器ADC0809的接口，即第26引脚。图2.2气体检测电路Figure2.2gasdetectioncircuit2.3、LED显示电路图2.3LED显示电路Figure2.3LEDdisplaycircuit如图2.3所示，LED的a-g脚分别和单片机的pl.0