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煤气泄漏
摘要
煤气已成为人们生活中必不可少的能源了,煤气泄漏事件时有发生,给人们的人身安全和财产安全带来了很多隐患,所以怎样防止煤气中毒与爆炸已成为人们的迫切需要.为此我们开发研制了智能煤气报警系统.本系统主要针对传统煤气检测系统进行技术改进以满足要求,至此本系统具有如下特点.用51单片机实现定时控制,电路简单、价格便宜、可靠性好。
采用气敏传感器及防爆型电磁阀。
安全可靠,能有效的保证随时接通和断开煤气控制电磁阀,有煤气泄漏时有语音报警
关键词51单片机气体传感器报警煤气
ABSTRACT
Gashasbecomeanessentiallifeenergy,andwhenthegasleakincidenthasoccurredtopeople'spersonalsafetyandpropertysecuritybroughtalotofproblems,sohowtopreventgaspoisoningandexplosionshasbecomeanurgentneedforpeopletothisendwedevelopedanintelligentgasalarmsystemthissystemmainlyfortraditionalgasdetectionsystemsfortechnicalimprovementstomeettherequirements,sofarthesystemhasthefollowingcharacteristics.Achievetimingcontrol51,thecircuitissimple,cheapandgoodreliability.Usinggassensorsandexplosion-proofsolenoidvalves.Voicealarmsafe,reliable,abletoeffectivelyensurethegasturnedonandoffatanytimecontrolsolenoidvalve,agasleak
Keywords51singlegassensoralarmGas
目录
摘要1
ABSTRACT2
1绪论4
1.1煤气报警器现状4
1.2煤气泄漏的危害5
2相关技术和器件的基本知识6
2.1气体传感器介绍6
2.289C51系列单片机介绍6
2.3复位及看门狗电路介绍8
2.4LCD1602介绍9
3煤气泄漏检测报警系统方案设计11
3.1系统功能11
3.2系统电路组成11
3.3系统硬件设计12
4软件系统设计15
结论16
参考文献17
附录18
1绪论
1.1煤气报警器现状
近年来随着人民生活水平的提高,管道煤气和罐装煤气已深入到寻常百姓家。
但由于使用不当或设备老化等原因导致的煤气泄漏极大地威胁着人们的生命财产安全。
目前,一般的煤气报警器功能单一,或是必须手动复位阀门系统,性能稳定性低;而大型的监控系统又价格不菲,需专门的技术人员来管理,不适用于中小企业和家庭。
家用煤气泄漏报警器是非常重要的燃气安全设备,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体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,当可燃气体浓度超过控制器或控制电路中设定的值时,控制器通过执行器或执行电路发出报警信号或执行关闭燃气阀门等动作。
可燃气体报警器的探测可燃气体的传感器主要有氧化物半导体型、催化燃烧型、热线型气体传感器,还有少量的其他类型,如化学电池类传感器。
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。
燃气泄漏报警器广泛应用在城市安防、小区、工厂、公司、学校、家庭、别墅、仓库、资源、石油、化工、燃气输配等众多领域。
按检测气体可分为:
可燃气体报警器,有毒气体报警器和复合式气体报警器,气体报警器使用不同传感器检测不同气体,复合式气体报警器可同时检测可燃和有毒气体。
按使用环境可分为:
工业用气体报警器和家用燃气报警器。
按自身形态可分为固定式气体报警器和便携式气体检测仪。
燃气泄漏报警器从功能上可分为仅有泄漏报警功能的泄漏报警器和可以指示所探测到的燃气浓度并具有报警功能的检测报警器;从使用场所上可分为民用燃气泄漏报警器和商用报警器。
民用报警器通常是独立的在住宅中使用的燃气报警器,功能较简单;商用报警器主要使用燃气的运输、储存场所、使用燃气和可能有燃气泄漏的的工厂和公共场所。
城市燃气规范中规定地下室、半地下室、地上密闭空间的用气房间、建筑的管道井、封闭计量表房等都要安装燃气报警器。
建筑和燃气的相关规范和法规也推荐使用民用燃气泄漏报警器。
工业用固定式气体报警器由报警控制器和探测器组成,控制器可放置于值班室内,主要对各监测点进行控制,探测器安装于气体最易泄露的地点,其核心部件为内置的气体传感器,传感器检测空气中气体的浓度。
探测器将传感器检测到的气体浓度转换成电信号,通过线缆传输到控制器,气体浓度越高,电信号越强,当气体浓度达到或超过报警控制器设置的报警点时,报警器发出报警信号,并可启动电磁阀、排气扇等外联设备,自动排除隐患。
便携式气体检测仪为手持式,工作人员可随身携带,检测不同地点的气体浓度,
便携式气体检测仪集控制器,探测器于一体,小巧灵活。
与固定式气体报警器相比主要区别是便携式气体检测仪不能外联其他设备。
燃气报警器的核心是气体传感器,俗称“电子鼻”。
这是一个独特的电阻,当“闻”到燃气时,传感器电阻随燃气浓度而变化,燃气达到一定浓度,电阻达到一定水平时,传感器就可以发出声光报警。
什么叫声光报警?
燃气泄漏使室内浓度达到报警器浓度后,报警器的红色指示灯亮,蜂鸣器发出“辟-辟-”的报警声,所以叫做声光报警。
1.2煤气泄漏的危害
一氧化碳的浓度与健康成年人中毒的可能症状
50ppm健康成年人在八小时内可以承受的最大浓度
200ppm2-3小时后,轻微头痛、乏力
400ppm1-2小时内前额痛;3小时后威胁生命
800ppm45分钟内,眼花、恶心、痉挛;2小时内失去知觉;2-3小时内死亡
1600ppm20分钟内头痛、眼花、恶心;1小时内死亡
3200ppm5-10分钟内头痛、眼花、恶心;25-30分钟内死亡
6400ppm1-2分钟内头痛、眼花、恶心;10-15分钟死亡
12800ppm1-3分钟内死亡
2相关技术和器件的基本知识
2.1气体传感器介绍
燃气报警器的核心是气体传感器,俗称“电子鼻”。
这是一个独特的电阻,当“闻”到燃气时,传感器电阻随燃气浓度而变化,燃气达到一定浓度,电阻达到一定水平时,传感器就可以发出声光报警。
什么叫声光报警?
燃气泄漏使室内浓度达到报警器浓度后,报警器的红色指示灯亮,蜂鸣器发出“辟-辟-”的报警声,所以叫做声光报警。
气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。
探测头通过气体传感器对气体样品进行调理,通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分
气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置!
气体传感器一般被归为化学传感器的一类,尽管这种归类不一定科学。
“气体传感器”包括:
半导体气体传感器、电化学气体传感器、催化燃烧式气体传感器、热导式气体传感器、红外线气体传感器等。
当半导体器件被加热到稳定状态时,气体接触半导体表面而被吸附,吸附的分子首先在表面自由扩散,失去运动能量,一部分分子被蒸发掉,另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处。
当半导体的功函数小于吸附分子的电子亲和力时,则吸附分子将从器件夺得电子而变成负离子吸附,半导体表面呈现电荷层。
具有负离子吸附倾向的气体,如O2和NON,等被称为氧化型气体或电子接收型气体。
如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能,则吸附分子将向器件释放出电子,而形成正离子吸附。
具有正离子吸附倾向的气体有H2、CO,碳氢化合物和醇类等,被称为还原型气体或电子供给型气体
半导体气敏传感器的参数
1)工作电压:
5VDC
2)静态功耗:
≤15mW
3)工作温度:
-10℃~50℃
4)相对湿度:
≤95%
5)初期稳定时间:
≤3min.
6)检测浓度范围:
0~2000ppm(一氧化碳)
2.289C51系列单片机介绍
图2-189C51单片机
1.主要特性:
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
寿命:
1000写/擦循环
数据保留时间:
10年
·全静态工作:
0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
89S51相对于89C51增加的新功能包括:
--新增加很多功能,性能有了较大提升,价格基本不变,甚至比89C51更低!
--ISP在线编程功能,这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。
是一个强大易用的功能。
--最高工作频率为33MHz,大家都知道89C51的极限工作频率是24M,就是说S51具有更高工作频率,从而具有了更快的计算速度。
--具有双工UART串行通道。
--内部集成看门狗计时器,不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。
--双数据指示器。
--电源关闭标识。
--全新的加密算法,这使得对于89S51的解密变为不可能,程序的保密性大大加强,这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。
--兼容性方面:
向下完全兼容51全部字系列产品。
比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。
也就是说所有教科书、网络教程上的程序(不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等),在89S51上一样可以照常运行,这就是所谓的向下兼容。
2.3复位及看门狗电路介绍
受电网谐波及各种外界环境引起的电磁干扰的影Ⅱ自,单片机的正常运行有时会受到严重的影响,出现程序跑飞,死机等现象,此时就需要唤醒单片机,使其正常运行,这样的电路称为看门狗电路。
本电路采用的是一片SP706S看门狗复位电路。
2.4LCD1602介绍
图2-2LCD1602
工业字符型液晶,能够同时显示16x02即32个字符。
(16列2行)
注:
为了表示的方便,后文皆以1表示高电平,0表示低电平。
1602液晶也叫1602字符型液晶,它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。
它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符,每位之间有一个点距的间隔,每行之间也有间隔,起到了字符间距和行间距的作用,正因为如此所以它不能很好地显示图形(用自定义CGRAM,显示效果也不好)。
1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行,每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)。
市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的,控制原理是完全相同的,因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。
管脚功能
图2-3LCD1602引脚图
1602采用标准的16脚接口,其中:
第1脚:
VSS为电源地
第2脚:
VCC接5V电源正极
第3脚:
V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高(对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度)。
第4脚:
RS为寄存器选择,高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5脚:
RW为读写信号线,高电平
(1)时进行读操作,低电平(0)时进行写操作。
第6脚:
E(或EN)端为使能(enable)端,高电平
(1)时读取信息,负跳变时执行指令。
第7~14脚:
D0~D7为8位双向数据端。
第15~16脚:
空脚或背灯电源。
15脚背光正极,16脚背光负极。
特性
3.3V或5V工作电压,对比度可调
内含复位电路
提供各种控制命令,如:
清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能
有80字节显示数据存储器DDRAM
内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM
8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM
特征应用
微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧,常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。
操作控制
注:
关于E=H脉冲——开始时初始化E为0,然后置E为1。
字符集
1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形,这些字符有:
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H),显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”。
在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值,如'A’。
因为CGROM储存的字符代码与我们PC中的字符代码是基本一致的,因此我们在向DDRAM写C51字符代码程序时甚至可以直接用P1=‘A’这样的方法。
PC在编译时就把'A'先转换为41H代码了。
字符代码0x00~0x0F为用户自定义的字符图形RAM(对于5X8点阵的字符,可以存放8组,5X10点阵的字符,存放4组),就是CGRAM了。
0x20~0x7F为标准的ASCII码,0xA0~0xFF为日文字符和希腊文字符,其余字符码(0x10~0x1F及0x80~0x9F)没有定义。
以下是1602的16进制ASCII码表地址:
读的时候,先读左边那列,再读上面那行,如:
感叹号!
的ASCII为0x21,字母B的ASCII为0x42(前面加0x表示十六进制)。
3煤气泄漏检测报警系统方案设计
3.1系统功能
本系统也可作为智能家居系统的一个子系统。
系统的主要功能如下:
(1)实现对煤气泄漏的实时监测;
(2)实时跟踪显示现场煤气浓度并根据传感器老化曲线进行误差修正;
(3)具有超限声光报警功能;
(4)根据报警状况自动关闭煤气管道电磁阀并开启排气装置;
(5)故障排除后,可控制煤气管道电磁阀的自动开启
3.2系统电路组成
单片机系统
第1级:
中央控制操作站(上位PC机)PC机完成现场煤气浓度数据显示、现场位置确定、数据库建立、数据查询、数据分析、统计、打印等操作。
第2级:
单片机控制系统由于系统对实时性、精确性和可靠性要求非常高,系统采用单片机作为现场控制器,完成对煤气浓度信号采集、运算、控制和向PC机传送浓度数据。
1、硬件电路组成框图:
硬件电路组成框图如图1所示。
图3-1单片机控制系统组成
2、系统原理:
监控系统的工作原理是利用半导体气敏传感器将煤气浓度变换为模拟电压信号,此mV级电信号经低通滤波
滤掉干扰信号,放大器把信号放大为0~5V后,送到A/D转换器,变换成数字量送CPU进行数据分析。
当空气中的煤气浓度达到设定值时,将输出数字量,经变送器驱动电磁阀,将煤气管道关闭并打开排气装置,并输出数字信号驱动光电报警和向上位PC机输出所处位置及报警值,以让监控人员进行处理。
故障排除后,可操纵控制面板按键,打开阀门使其恢复供气。
3.3系统硬件设计
最小系统
图3-2晶振和复位电路
看门狗电路
图3-3看门狗电路
AD转换电路
图3-4AD转换电路
DA转换电路
图3-5DA转换电路
键盘输入电路
图3-6键盘输入电路
LCD输出显示电路
1602LCD采用标准的14脚(无背光)或16脚(带背光)接口,各引脚接口说明如表3-1所示:
(1)第1脚VSS为地电源。
(2)第2脚VDD接5V正电源。
(3)第3脚VL为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
(4)第4脚RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
(5)第5脚R/W为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。
当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
(6)第6脚E端为使能端,E端由高电平跳变成低电平时,执行命令。
(7)第7~14脚D0~D7为8位双向数据线。
(8)第15脚是背光源正极。
(9)第16脚是背光源负极。
图3-7LCD显示电路
4软件系统设计
系统软件采用C语言编制,包括系统主程序和中断服务子程序、误差自动校准子程序等。
主程序的功能是完成系统的初始化、信号采集及处理、时钟和信息显示、浓度超限报警、阀门关闭、启动排气装置及与上位机通信。
根据系统工作特点,程序采用结构化的软件设计方法。
主程序流程图如图2所示。
图4-1主程序流程图
结论
新型单片机智能煤气监控系统的设计,是结合了计算机、工控、机械、检测等相关学科的技术而实现。
在智能控制方面,采用了单片机AT89C51作为系统控制核心,最大限度的将其具备的资源应用到设计中,既体现了单片机小系统的应用的灵活性,又实现功能多样的智能控制。
由于采用了单片机技术为主导的智能化管理,通过和执行机构组成的二级监控体系,可实现对煤气浓度的动态监控,通过误差自动校正功能提高了系统的测量精度,运行稳定可靠,灵敏度高,具有非常重要的市场应用价值。
在实际使用中,不同的应用场合有着不同的报警浓度下限。
因此,为了提高系统的灵敏度和准确度,考虑到温度、环境和电源电压的影响,开始报警浓度也应有一定的变化范围。
出厂前按标准条件调整好,以确保环境条件变化时,也不致发生误报和漏报。
此外,也可根据实际应用的情况对本系统进行改造,以满足不同的应用需求。
根据实习调研工作的基本要求,我认真完成了这项工作。
通过这次调研,我掌握了现在常见煤气检测的基本原理、典型电路。
同时还分析了各种煤气报警器的优缺点。
当然,调研报告中只是大概描述了该方案的总体设计思路,以及各模块需要完成的基本功能。
至于各模块究竟如何具体实现,以及如何继续完善方案,需要进一步的思考、探索。
因此,以后的工作重要而艰巨。
此次调研活动,为方案的具体实现打下了基础。
我也知道了如何一步一步的完成自己的毕业设计工作。
总之,这是一个有意义的工作。
参考文献
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[11]李鸿.单片机原理及应用[M].湖南:
湖南大学出版社,2004.
附录
附录1
系统总电路
附录2
系统程序
#include
#include
sbitRS=P2^0;
sbitRW=P2^1;
sbitE=P2^2;
sbitQ=P0^7;
sbitFMQ=P2^3;
unsignedchararray0[]={"WelcomeUse"};
unsignedchararray1[]={"ChooseFunction"};
unsignedchararray2[]={"WhatANiceDay"};
unsignedchararray3[]={"Tempis"};
unsignedcharnum[]={"0123456789-"};
unsignedcharflag,temp;
unsignedcharTL,TH,TN,TD;
voiddelay(unsignedintm)
{
unsignedchari,j;
do
{
i=162;
do
{
j=2;
do
{
_nop_();
}while(--j);
}while(--i);
}while(--m);
}
bitinit18b20()
{
bitflag;
unsignedcharj;
D=1;
for(j=0;j<6;j++);
D=0;
for(j=0;j<200;j++);
D=1;
for(j=0;j<10;j++);
flag=D;
for(j=0;j<200;j++);
returnflag;
}
unsignedcharread()
{
unsignedchari,j,dat;
for(i=0;i<8;i++)
{
D=1;
_nop_();
D=0;
_nop_();
D=1;
for(j=0;j<2;j++);
dat>>=1;
if(1==D)
{
dat=dat|0x81;
}
else
{
dat=dat|0x00;
}
for(j=0;j<10;j++);
}
returndat;
}
write(unsignedchardat)
{
unsignedchari,j;
for(i=0;i<8;i++)
{
D=1;
_nop_();
D=0;
D=dat&0x01;
for(j=0;j<10;j++);
D=1;
for(j=0;j<3;j++);
dat>>=1;
_nop_();
}
for(j=0;j<5;j++);
}
/*1602*/
bitbusy()
{
bitresult;
RS=0;
RW=1;
E=1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
result=Q;
_nop_();
E=0;
returnresult;
}
voidwritecom(unsignedchardictate)
{
w
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- 煤气 泄漏