煤氣泄漏報警裝置設計

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1、煤氣泄漏報警裝置設計 作者: 日期: 燕山大學 課程設計說明書 題目 家用煤氣泄漏報警系統(tǒng)設計 學院（系） 理學院 年級專業(yè)：09級電子信科學與技術2班 學 號： 0 學生姓名： 任鵬茹 指導教師： 郝銳朱鍵卓 教師職稱： 進師 燕山大學課程設計（論文）任務書 院（系）：理學院 基層教學單位：0 9級電子信息科學與技術 學號 4 0 0 40 學生姓名 任鵬茹 專業(yè)（班級） 0 9級電子信息 科學與技術2班 設計題目 家用煤氣泄漏報警器的設計 設 計 技 術 參 數(shù) 設計參數(shù)： "計單片機電路、檢測電路、報警電路和應急處理電路。 用

2、AT 89 c 5 1編程。 設 計 要 求 1 .準確可靠地判斷泄漏的發(fā)生 ,并能夠在較短的時間內判斷出泄漏點具體的位置。 2 .準確可靠地判斷泄漏程度，能對較小量的泄漏做出判斷。 3 .檢測原理簡單，易于操作和維護 工 作 量 十二個工作日左右 工 作 計 劃 2 012/6/ 0 2 2 0 12/6/03 設計選題 20 1 2/6/ 0 4 2 0 12/ 6 / 08 電路設計 201 2 /6/ 0 9----2012/ 6 /11 整理論文 2 0 1 2/6/ 1 2——201 2/6/13 論文檢查和修飾 參 考 資 料 [1 ]《傳感器原理及

3、工程應用》 郁有文、常健、程繼紅 西安電子科技大學出版社 [2 ]《傳感器與檢測技術》 陳杰、黃鴻 高等教育出版社 [3]《傳感器敏感元件大全》 張福學 電子工業(yè)出版社 [4] 《單片機基礎》 李廣弟、朱月秀、王秀山 北京航空航天大學出版社 [5] 《單片機微機測控系統(tǒng)設計大全》 王福瑞 北京航空航天大學出版社等 指導教師簽字 基層教學單位主任簽字 說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。 燕山大學課程設計評審意見表 指導教師評語: 成績： 指導教師： 年 月 日 答辯小組評語： 成績： 組長： 年 月 日 課程設計總成績： 答

4、辯小組成員簽字： 年 月 日 家用煤氣泄漏報警系統(tǒng)的設計 任鵬茹 理學院0 9級電子信息科學與技術 2班 摘 要：當今社會上，出現(xiàn)了許多煤氣報警器，而這些產品大都是針對煤氣 泄漏所做出的相應的報警，即為家庭式。但是隨著社會的發(fā)展，煤氣報警 器也在發(fā)展。微控制技術、傳感器在工業(yè)控制、機電一體化、智能儀表、 通信、家用電器等方面得到了廣泛應用，顯著提高了各種設備的技術水 平和自動化程度。因此對這些原理和結構我們就需要很好的了解并掌握。 煤氣報警系統(tǒng)采用了 AT89C5 1為系統(tǒng)的CPU通過單片機系統(tǒng)設計實 現(xiàn)對家用煤氣的控制功能，該系統(tǒng)不僅能及時準確地檢測出燃氣的泄漏，發(fā) 出聲、光

5、報警，還能實施應急處理，同時具有閥門開閉裝置安裝簡便，傳感器損 壞能自查報警與方便更換等特點。因此特別適合于無條件建立或加入集群監(jiān) 控系統(tǒng)的廣大燃氣用戶使用。 整個系統(tǒng)的硬件電路設計合理，性能安全可靠。 關鍵詞：傳感器燃氣報警器 A b stra c t： I n th e cur r e n t so ciety, a lot o f co al gas a 1 arms hav e a pp c a r ed, a nd the s e prod u cts are m o stly to lett i ng out corre s ponding a 1 arm s m a de

6、of coa 1 gas , it is family. Bu t with t he dev e lopm e nt of so c iety, coal gas alarm d e v e lop too . M icrocompu t e r co ntrol tcchn olog y , sen sors in the industrial c on t r ol, mechat r o nics, smart in st rum entation, c o mmuni c ations, hou s e h old a p pliance s , etc. has been w i

7、d e ly ap p lied, significantly i m pr o v e d t h e tec h nol o gi c a 1 level o f equ i pment and d egr e e of a ut o m a t i o n. Thus t h e structure of th e se pr i ncip 1 es and w e need toun der s t and and gr a sp the goo d . Gas ala r m sy s t em using the AT89C5 1 sy st e m C PU, t h roug

8、 h t he S CM sy stem design and imple m e nt a tion of a h ouseh old gas control functions, the system not on 1 y can accu r a t e ly detect t he fuel gas 1 eakag e , emits s ound, light alar m , but al s o th e implementa t i o n of emer g e n c y proce s si n g, at t he s a me tim e hav i ng a val

9、ve openi ng an d clos i ng d ev i c e has the a dvant a ges of c on v en i ent in s t alla t i o n, sen so r damage can sel f -e x a mi n a tion alarm an d con ve n i e n t r epla c em e n t feature s such a s. Thus it is especi a 1 ly su i tab le for the uncon d i t i o nal o r join c 1 ust e r

10、m onitoring s y stem the maj o r ity of ga s u sers The h a rdware circ u it of the wh o le sy s te m i s r ea sonab 1 e i n design, safe and reliable perfo r mance. Keyword s : Senso r gas ala r m 一、實驗目的： 1 .了解報警器的組成和原理。 2 . 了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法。 3 .進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與軟件處理系統(tǒng)的原理與使用方法。 4

11、 .熟悉報警器的設計與制作. 二、實驗任務： 1 .采用了 AT89C51為系統(tǒng)的CPU,設計實現(xiàn)對家用煤氣的控制功能 2 .用戶接到報警信號后可以控制電路，保證燃氣的泄漏安全。 3 .傳感器能準確接受信號，及時起到報警的作用。 4 .設計處理電路與閥門開閉裝置。 三、實驗原理 3.1方案設計 方案1 ,采用QM氣敏傳感器、單片機控制系統(tǒng)、蜂鳴器報警、繼電 器控制排氣扇強制通風，用繼電器保持故障信號。 方案2, 采用QM氣敏傳感器、模擬集成電路控制系統(tǒng)、蜂鳴器 報警、繼電器控制排氣扇強制通風，用繼電器保持故障信號。 方案3, 采用QM氣敏傳感器、單片機控制系統(tǒng)、蜂鳴器報警、

12、由 觸發(fā)器控制可控硅控制排氣扇強制通風，用觸發(fā)器保持故障信號。 經比較采用方案1完成設計，實現(xiàn)所需的功能。 3.2總體設計 系統(tǒng)框序 系統(tǒng)主要由單片機電路、檢測電路、報警電路和應急處理電路組成, 其結構如圖1所示 樣用電圖 * 出:盤號電篇 華 片 機 心 四 ? 氣-元件 f 此祀著中蹈 排氣端及 界動電指 也門并用裝置 1川出豺［旭陽 當有燃氣泄漏時，檢測電路產生“氣一一電”信號送單片機，單片機 控制蜂鳴器發(fā)出預報警信號，經延時、判斷，確認為事故泄漏后，發(fā)出紅光 報警，同時啟動應急處理程序，關閉閥門，切斷氣源，并開啟排風扇排除室 內被污染的空氣；若檢測

13、到氣敏元件損壞，系統(tǒng)關閉閥門并點亮黃色報警 燈，提示用戶更換氣敏傳感器。 3. 3單片機電路 圖2單片機且絆 單片機電路是系統(tǒng)控制的核心。單片機選用A t me 1公司的AT8 9 C5 1,其引腳分配如圖2所示?；就庠O有晶振電路（18、19腳）和上電復位 電路（9腳），氣敏元件損壞信號和燃氣泄漏信號分別從 P3.2（INT 0 ）、P 3.3 （INT1）輸入，作為AT89c 5 1的兩個中斷觸發(fā)信號，下降沿觸發(fā)方式。 P1. 0、P1.1分別接開關SD 1和SD 2,用于手動控制排氣扇和燃氣閥門，報 警與應急處理驅動信號分別從 P2 . 0~P2. 4輸出。 3.4 檢

14、測電路 檢測電路包括燃氣泄漏檢測和氣敏元件損壞檢測兩部分 ，原理電路如 圖3所示。氣敏傳感器選用QM型，這是由金屬氧化物半導體材料制成 ―“氣一一電”轉換器彳當有燃氣泄漏時，具表面會發(fā)生化學吸附，使 本身電阻（圖中AA間的電阻）下降，且燃氣濃度越高，電阻下降越多，利 用該特性并通過VT 1等元件組成的開關電路即可獲得“氣一一電”信號 完成燃氣泄漏的檢測，調節(jié)RP 1可設置不同燃氣的報警限，C2為延時 電容，用于減小傳感器初始穩(wěn)態(tài)的影響。 氣敏傳感器在使用中，其熱絲可能燒斷，但難以發(fā)現(xiàn)，致使用戶在毫不知情 的情況下繼續(xù)使用已失效的燃氣報警器。為能及時發(fā)現(xiàn)傳感器的損壞，本系統(tǒng)

15、特 別設計了氣敏元件自檢電路（由R 3~R71 VT 2、V T3等組成），元件正常時，R 3上有電壓信號，如熱絲燒斷，該信號為0,VT3集電極輸出低電平至單片機，點 亮黃燈報警，能使用戶及時發(fā)現(xiàn)。同時，氣敏傳感器不直接焊入電路，而是通 過七腳電子管座與電路連接，若損壞可方便地從管座中撥出換新，從而解決了 更換難的問題。 3.5 聲光報警電路 聲光報警分別由蜂鳴器和紅、黃發(fā)光二極管完成。燃氣濃度大于預報警限 時蜂鳴器由單片機輸出低電平，經三極管驅動報警，發(fā)光二極管則由單片機直接 驅動，當確認為事故泄漏時，紅色LED點亮，當氣敏元件損壞時，黃色LED工作 3. 6應急處理電路與閥門開閉裝置

16、 應急處理包括驅動閥門開閉裝置關閉閥門切斷氣源和打開排氣扇排風。 閥門開閉裝置由小型交流電動機（與減速器成一體）、托盤、支架、撥 塊等組成。電動機通過托盤及支架取與燃氣管道垂直位安裝于表前閥上 ，并使 機、閥兩軸相對，電動機軸端上固定的撥塊套在閥門軸上，如電動機轉動則 閥門軸也隨撥塊轉動，故可模仿人手控制閥門開閉。閥門從開位到閉位或從閉 位到開位，閥門軸和電動機軸必須旋轉1/4圈即90度，采用軟件編程或通過 電路均可實現(xiàn)轉軸的這一定位。為提高適應性，本裝置選用后者，其方法是： 利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)輸出去控制電動機的通電時間 ，電路如圖4所示。 當單片機P 2. 4發(fā)出一負脈沖，

17、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS121的3、4腳就會受到 一負脈沖觸發(fā)，6腳便輸出一正單脈沖，其脈寬tw=O . 7R13C7而電動機轉 動1 /4圈所需的時間為T= 1 / （4n） =1 5 /n秒。n為電動機減速后的轉速 （單位：圈/分），調節(jié)R13使t w=T,則可確保閥門開或閉準確到位。 閥門開閉裝置是為本系統(tǒng)開發(fā)的專用件，除具有結構簡單，造價低（遠低于 燃氣管道專用電磁閥），開閉動作平穩(wěn)，易控，準確等特點外，由于在撥塊和 支架等部件上采用了一些特殊的設計，使其具有很強的適應性：不論閥軸長 短，管道粗細均能適應；不論灶前閥、表前閥、耳型旋鈕閥、手柄式閥都能安 裝；不論閥門或管道橫擺、豎放概

18、能固定，尤為重要的是開閉閥門的控制就在 原管道和閥門上進行，無需改動或重新安裝管道和閥門，而且固定、使用、維 修、更換都很方便，這就克服了使用專用電磁閥時的缺點，因而容易被廣大 新老燃氣用戶所接受。 排風扇也是由三極管與繼電器構成的電路驅動，具原理與圖4類似，不同 的是，后者三極管由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出信號驅動， 前者則直接由單片機輸出 信號驅動。 否 P 工⑷自甘f TTNf 1 ?相吁流8⑶ 3.7程序設計 - 7201 軻門開陽黑置驅動電期 AT89 C5 1是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROMFlash Programmable a n d Era

19、sable Read Only Mem) ry)的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。AT89C51是一種帶2 K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存 儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100次。該器件采用 ATMEH密度非易失存儲器制造技術制造 業(yè)標準的MCS -5 1指令集和輸 出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組

20、合在單個芯片中，ATM E L的AT89c 5 1是一種高效微控制器，AT89C51是它的一種精簡版本。AT89C 51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 程序主要由主程序、外部中斷0和外部中斷1服務程序組成。主程序對系 統(tǒng)狀態(tài)初始化時將兩個外部中斷都設置為下降沿觸發(fā)方式 ，開外部中斷后再進 入對手動按鍵的檢測，SD1閉合時開排氣扇，斷開時關排氣扇；與之類似，SD2 用來控制閥門的開閉。主程序設計成一死循環(huán)結構，處于隨時可以響應中斷的狀 態(tài)，如圖5所示。 當傳感器損壞時，外部中斷0有中斷請求信號，其服務程序完成黃光報警和 關閥門功能，如圖6所示。 當傳感器檢測到燃

21、氣泄漏時，外部中斷1有中斷請求信號，其服務程序發(fā)出 聲報警控制信號，調用延時程序后，再檢測P3.3的電平，如變?yōu)楦唠娖剑f明剛 有的信號是某些干擾或短時可控泄漏（如燃氣灶點火時可能產生的瞬時泄漏）引 起的，則關聲報警后返回；如仍為低電平，則判為事故泄漏，須進行應急處理，即 刻發(fā)出紅光報警、關閉閥門切斷氣源和打開排氣扇排污。此時若房主不在，系 統(tǒng)則進入省電等待狀態(tài)，即：再次檢測P 3 .3,若為高電平，說明泄漏燃氣已排 盡，系統(tǒng)關閉聲報警和排氣扇，但表前閥仍關閉，報警紅燈仍點亮，等待房主回 后及時檢查處理，程序流程如圖7所示。 中斷0 圖6外制中斷0服務程序 7外部中斷】服務F?序

22、 四.結束語 本系統(tǒng)采用單片機技術，實現(xiàn)了控制功能的多樣化和智能化，簡化了電路，降 低了成本，提高了穩(wěn)定性；傳感器損壞報警及方便更換的特點， 提高了系統(tǒng)的可靠 性，延長了整機的使用壽命；閥門開閉裝置的人性化設計，使系統(tǒng)更具有通用性和 靈活性；另外，如果利用保留的單片機用口 ，增設通訊模塊和相關程序，此系統(tǒng)還 可作為集群監(jiān)控系統(tǒng)中的下位機和現(xiàn)場執(zhí)行機。 在應用中，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠、 靈敏。與

23、同類報警系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)性價比更高，使用更為方便，因此具有廣闊的 應用前景。 五.心得體會 通過這次課程設計，我體會到了很多學習生活中道理。 (1)培養(yǎng)興趣，樂觀自信 剛剛開始時我對傳感器技術課程設計信心不是很足?？墒钱斘蚁氲嚼蠋煹墓?勵要我們做出好的作品時，我的信心一下子有充滿了內心。人們常說“興趣是最好 的老師”，只要我們保持對學習新知識的興趣，就會有很多我們意想不到的收獲。 (2 )善于研究，尋根刨底 學習的過程就是一個不斷遇到問題和不斷解決問題的過程。在器件制作的時 候，我遇到了很多的問題，遇到問題首先我就自己先琢磨，研究，查找資料努力弄 懂。當然也有好多問題自己解決不了

24、，我就虛心請教別的同學。我相信，只要我們 樂于嘗試，善于思考問題、詢問問題，難題是沒有解決不了的。 (3)親身體驗，樂在其中 哲學上講實踐是認識的動力和來源，也是檢驗認識正確與否的唯一標準 ，把這 一觀點應用到課件制作上就是要親自動手制作課件。也許我們在某一方面的創(chuàng)意 是非常好的，可不親自動手，這方面的創(chuàng)意就實現(xiàn)不了。我們可以先從簡單的做起 , 由簡單到復雜，根據(jù)自己的實際水平動手制作幾個完整的課件，只有這樣，自己的水 平才會不斷提高。 六.參考文獻 [1 ] 《傳感器原理及工程應用》 郁有文、常健、程繼紅 西安電子科技大學出版社 [2 ] 《傳感器與檢測技術》 陳杰、黃鴻 高等教育出版社 [3]《傳感器敏感元件大全》 張福學 電子工業(yè)出版社 [4]《單片機基礎》 李廣弟、朱月秀、王秀山 北京航空航天大學出版社 [5]《單片機微機測控系統(tǒng)設計大全》 王福瑞 北京航空航天大學出版社 [6]《自動檢測技術》 王紹純 冶金工業(yè)出版社 [7] 《半導體傳感器原理及其應用》 牛得芳大連理工出版社 [8]《傳感器的理論與設計基礎及其應用》 單成祥 國防工業(yè)出版社