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基于单片机的智能煤气泄漏监控系统设计.doc
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基于单片机的智能煤气泄漏监控系统设计.doc
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基于单片机的智能煤气泄漏监控系统设计
第1章 绪 论
1.1 课题背景
20世纪电子技术获得了飞速的发展,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会
的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现
代电子产品性能得到进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。
单片机已成为电子系统中进行数据采集、信息处理、通信联络和实施控制的重要
器件,其使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用
电器等。因此,单片机技术是电类专业特别是电子信息类学生必须具备的基本功。然
而,目前在国内煤气泄漏,引起中毒、爆炸时有发生,直接威胁着人民的生命和财产
安全,而智能煤气泄漏监控报警器,能够准确无误的检测出有没有发生气体泄漏情况
。当在空气中含有可燃、危险气体之时报警器会发出声光报警、并及时切断气源,同
时还可启动排气扇将有毒气体排出室外,因此防悲剧于未然的必要性就变的更重要,本
课题就是在这种趋势下而立项的,利用AT89S52单片机设计的智能煤气监控报警系统
,它是以单元为单位,能完成对整个小区的总体监控。
1.2 立题的目的和意义
随着现代工业的发展,易燃、易爆、有毒气体的种类和应用范围都得到了增加,
这些气体在生产、运输、使用过程中一旦发生泄漏,将会引发中毒、火灾甚至爆炸事
故,严重危害人民的生命和财产安全。由于气体本身存在的扩散性,发生泄漏之后,
在外部风力和内部浓度梯度的作用下,气体会沿地表面扩散,在事故现场形成燃烧爆
炸或毒害危险区,扩大危害区域。在防止突发事件中,对报警器件有极大的需求,它
们被设计用于,对由于有害或易燃气体泄漏造成的中毒、昏迷或火灾及时提出警报。
?
MCS-
51系列单片机是控制系统常用的单片机,应用在很多领域,利用它完成的报警系统有
很多。使用MCS-
51单片机构成的计算机系统能够实现准确的采样煤气浓度,能够达到题目的设计要求
,而且该系列的单片机相对于其它型号的单片机,更加易于学习和掌握,性能也相对
比较好。并且,可以通过此次的毕业设计,较好的掌握硬件开发的工作流程及步骤,
学会使用汇编语言编写程序,提高动手能力和实践能力,
为将来参加实际工作做好充分的准备。
1.3 煤气报警系统的实际功能和基本原理
随着我国经济的快速发展,人民生活水平的不断提高,
使用煤气的居民越来越多,煤气安全便应运而生,煤气泄漏监控系统的出现,确保了人
们在使用煤气时的安全。本系统是针对小区整体监控的实际要求完成的,实现的功能
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 根据报警状态自动关闭煤气管道电磁阀并开启排气装置。
⑤ 故障排除后可自动煤气管道电磁阀进行供气。
其基本原理如下:
系统循环采样几个单元的煤气浓度,煤气浓度经转换电路换算成对应的电压值,
经过A/D转换后,得出在0—
5之间的浓度值,当浓度值大于报警临界值时,则出现相应的指示。本系统报警分为
两个级别Ⅰ级和Ⅱ级,系统默认的Ⅰ级报警的煤气浓度为2≤Ⅰ<4(每立方米煤气的
浓度),Ⅱ级报警的煤气浓度为Ⅱ≥4,而且报警时有相应的指示:Ⅰ级为在LED七段
数码管上显示:“单元号,浓度,Ⅰ”,Ⅱ级为在LED七段数码管上显示:“单元号,
浓度,Ⅱ”,对应的报警灯亮,并伴有声音报警;没有报警时,LED上循环显示当前
各个单元的煤气浓度及系统时钟。
在系统的开始和执行过程中可以按“B”键来修改报警临界值。可以同时修改Ⅰ
级和Ⅱ级,也可以单独修改,“A”键为运行键,当按下“A”键,
系统则开始运行。“B”键是时钟键,用于时钟的设置与调整,
“C”键为设置键,当按下“C”后,系统进入报警临界值的设置,
“D”、“E”两键是参量设置键,按下“D”键数字加一,按下“E”键数字减一,用
于煤气浓度报警临界值及时钟的调整与设置。
第2章 系统方案论证与比较
2.1 煤气报警系统总体方案
方案一:
采用NE555时基电路设计,本报警电路采用的传感器为国产的QM-
N5型气敏传感器,它适用于对可燃性气体的检测、检漏、监控,具有灵敏度高、稳定
性好、响应和恢复时间短、电导率变化很大等优点,它的适用范围:可燃性气体,如
天燃气、煤气、液化石油气、氢气、一氧化碳、烯烃类等气体。因此用QM-
N5可作为煤气、可燃气等的检测探头。当有煤气泄漏时,用QM-
N5作为检测探头为报警电路工作,发出报警声响并启动排风扇系统,报警电路采用NE
555组成的可控多谐振荡器控制。
方案二:
如图2-1所示,系统以单片机为核心,
其主要包括以下五个部分:气体检测及放大整形电路部分、声光报警执行电路部分、
键盘显示部分、时钟及复位电路部分。该方案的优点是系统设计简单,结构合理且能
很好的满足系统设计要求。
图2-1 系统组成框图
比较上述两种方案,方案一虽然电路结构简单、工作可靠、成本低和易于实现,
但该系统功能单一,只适用于家庭用户使用而不能用于一个小区的监控;方案二此系
统硬件资源简洁、价格低廉,系统能将复杂的硬件功能全部采用软件实现,因此系统
控制灵活,能很好地满足本课题的基本要求及其扩展要求;且能够使人在定时/计数
器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高,故本次设计采用方案二。
2.2 单元电路的方案论证与比较
2.2.1 单片机的选择
本设计采用AT89S52单片机实现,AT89S52是一种低功耗、高性能的片内4kB快闪
可编程/擦除只读存储器CMOS微控制器,与MCS-
51微控制器产品系列兼容,使用高密度、非易失存储技术制造,存储器可循环写入/
擦除1000次。该单片机内部资源丰富功能强大,集成了内部看门狗、双数据指针、在
系统编程(串行下载目标程序)等功能,软硬件调试方便,对于毕业设计时间紧、任
务多的开发来说是极为有利的。另外,其本身较大的存储器使得本系统不需要扩展即
能满足设计要求,其具体功能极其使用方法将在第3章详细介绍。
2.2.2 电源部分
系统电源的设计主要是指3个方面的指标:一是如何降低电源的功耗;二是如何
设计外围电路和单片机对不同电源电压的需要,即电源分配方案的选择;三是如何实
现对电源的管理和控制。目前,直流稳压电源的制作方案较多,而且可供选择的余地
较大,我们本着简单、实用、安全、可靠的原则,着重从以下两个方案中进行了选择
:
方案一:采用计算机USB电源供电,优点是不需要任何硬件、工作效率高、稳定
性强;缺点是使用不方便且只能提供单一的+5V电源。
方案二:采用整流二极管、电阻、电容及集成三端稳压芯片构成的电源,优点是
输出电压纹波系数较小、工作稳定;缺点是效率较低、体积稍大。结合本系统使用实
际情况,我们选用了第二套方案。
2.2.3 模拟信号与A/D转换部分
被测信号为一路由QM-
N5气敏传感器测得的代表煤气浓度的电压信号,经放大滤波后输出在0-
5V范围内,对于A/D转换的选择有以下两种方案:
方案一:采用带多路模拟开关功能的芯片ADC0809,分辨率为8位,精度稍低,但
控制方便且价格便宜。
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