家用可燃气体报警器的设计

摘要:当今社会，可燃气体作为一种新型能源，给我们的生活带来了极大的便利．同时也给我们带来很多新的隐患。针对这种情况，我们需要给这类隐患给予有效的监控和解决。此次设计的主要任务就是设计一种以稳定的气体传感器为探测器，并采用51单片机进行控制的家用可燃气体报警器。当空气中有可燃气体在挥发且泄露并检测到达到设定值，探测器就会产生与空气中被测气体的浓度成线性关系的电压信号，该信号经处理后传至控制器并体现出气体浓度值，再依据可燃气体检测浓度进行报警，避免重大事故发生，以达到安全保护的作用。

关键词:单片机，气体传感器，分级报警

Home combustible gas alarm

Abstract :With the combustible gas as new energy applications, which bring great convenience to the daily lives of the people, but also bring some new dangers. Once the gas leak, which is so easy to cause fire ,and even the explosionthe lives and property of the people can be great harmed, We need to conduct effective monitoring to all kinds of combustible gases that exist in the family .The design task is to develop a stable performance, parameters of gas sensor as the detector，Combustible gas and the use of 51 single chip microcomputer to control the detection alarm.When the air in the evaporation and concentration of combustible gas reaches or exceeds the set value,The detector is produced and measured gas concentration in the air into a linear relationship between the voltage signals,The signal is processed to the controller and display gas concentration,According to the concentration of combustible gas detection and alarm display, and control the relevant equipment to work,To avoid the occurrence of major accidents, in order to achieve the safety protection function.

Keywords: SCM; gas sensor; control;alarm level

1.引言 1

2.电路总体设计 2

2.1方案的选择 2

2.2总体电路的设计 2

2.3报警器的工作原理 3

2.4报警器设计的要求及基本思路 3

2.4.1报警器设计的要求 4

2.4.2报警器设计的基本思路 4

2.4.3系统框图各部分功能作用 4

3.硬件电路 7

3.1数据采集模块 7

3.1.1传感器 7

3.1.2 A/D转换器 10

3.2 AT89C51主控电路 11

3.2.1 AT89C51芯片 12

3.2.2 AT89C51各引脚功能介绍 13

3.2.3 AT89C51的最小系统 13

3.2.4主控电路 14

3.3声光报警电路 14

4.软件设计 15

4.1软件设计要求 15

4.2主程序设计 16

4.3子程序设计 19

4.4显示程序 20

4.5 A/D转换及数字处理 21

5. 报警器的调试 24

5.1 硬件调试 24

5.2 软件调试 24

6. 总结 25

致谢 25

参考文献 26

附录 27

一、引言

人的生存离不开空气，人的一生大约有80%的时间是在室内度过的，室内环境质量的好坏影响着人们的身心健康。室内的有害气体来源有来自装修不当造成的甲醛、氨气、氡气、苯、放射性物质的释放，而这些气体在装修时加以注意，完全可以减少其排放量，从而不至于影响人的健康状况。室内存在的有害气体的另一主要来源为可燃性气体的泄漏，主要可分为天然气泄漏、液化气泄漏和煤气泄漏。

煤气泄漏的主要成分是一氧化碳与氢气，一氧化碳中毒原因是一氧化碳进入人体后会和血液中的血红蛋白结合，从而出现缺氧。常见于家庭居室内通风差得情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道泄漏气中的一氧化碳吸入会导致一氧化碳中毒。

液化气泄漏危害也不易小视，液化石油气是石油产品之一。是由炼厂气或天然气(包括油田伴生气)加压、降温、液化得到的一种无色、挥发性气体。由炼厂气所得的液化石油气，主要成分为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，同时含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物杂质。由天然气所得的液化气的成分基本不含烯烃。液化石油气主要用作石油化工原料，用于烃类裂解制乙烯或蒸气转化制合成气，可作为工业、民用、内燃机燃料。其主要质量控制指标为蒸发残余物和硫含量等，有时也控制烯烃含量。液化石油气是一种易燃物质，空气中含量达到一定浓度范围时，遇明火即爆炸。

天然气主要成分是烷烃，其中甲烷含量在95%以上。人所赖以生存的空气中有大约20%的氧气，如果人的生活空间是封闭空间，氧气稀薄，人会因氧气不足，导致窒息、昏迷，有心脑血管疾病的人将会危及生命。室内天然气泄漏会使室内空气中的氧气相对稀薄，由于天然气是无色无味，人很难察觉到，尤其当人处于睡眠状态时，天然气的泄漏就更加危险，甚至会使人窒息。天然气的另一危险是当空气中的天然气含量达到一定含量时，遇到明火就会产生爆炸，危及人的生命。

人们面对可燃性气体泄漏而危及生命健康情况，有没有一个彻底的解决办法？据有关专家介绍，可燃气体泄漏报警器是对付燃气泄漏的重要预防手段之一。为防止中毒事件发生，现提出利用单片机系统进行有效的预防措施。所以怎样预防燃气中毒与爆炸已成为人们的迫切需要。基于此现实，本设计宗旨是为家庭用户设计一种能够对天然气，液化气和煤气泄漏进行检测及报警的装置，从而减少不必要的事故，进于保证人民的生命健康，减少不必要的损失。

本文设计了一种以稳定的气体传感器为探测器，并采用51单片机进行控制的家用可燃气体报警器。当空气中有可燃气体在挥发且泄露并检测到达到设定值，探测器就会产生与空气中被测气体的浓度成线性关系的电压信号，该信号经处理后传至控制器并体现出气体浓度值，再依据可燃气体检测浓度进行报警。

第二章总体方案

2.1方案的选择

方案一，通过传感器感受到可燃性气体，降低自身的阻值，来增大电流，并且驱动蜂鸣器报警。电路简单、可靠但是灵活性和实用性差。

方案二，可以通过传感器的感知，并用电位器调节得到固定的电压值，当得到可燃性气体信号时，电阻值立刻变小，放大器的放大倍数增加，电压也就随着增加，驱动三极管导通报警电路。该方案有一定的灵活性和可执性，但是电路比较复杂，智能性差。

方案三，通过51系列单片机作为主控单元，并且能够通过传感器把模拟信号通过A/D信号转换为数字信号，并读取和显示出来。键盘可以通过不同的应用场合和针对不同气体做出不同的浓度设定，并且储存报警的上限和报警时间，方便查询和日后的工作调查。

综合考虑，由于使用单片机设计灵活性更强、用途更宽广，因此本设计采用方案三。

2.2总体电路的设计

该报警器整体由浓度的查验和反应模块、主控模块和报警及事故处理模块三个部分组成：

1.浓度的检测模块

器件选择为传感器(GS-A1),该器件对一氧化碳的反应迅速，尤其在活性碳罩的加入后,也阻止了其他杂质气体的干扰。结果经高科技精密仪器放大数倍后传入ADC0809模数转换芯片从而实现其模数转换。

2.模数转换模块

模数转换模块在本系统中也有重要的意义。通过模数转换的4步完成运送模拟信号到单片机内从而被单片机有效识别。本设计中的模数转换的特点及性能指标为：

8位的分辨率。

转换过程中出现的误差不超过1lsb。

传感器速度100毫秒内实现。

兼容性高。

供电设施简单。

转换范围相对于其他转换器要广。

2.3报警器的工作原理

家用可燃气体报警器，是通过安装在报警器中的探测器来探测周围环境中的可燃气体，探测到可燃气体浓度达到设定值后便会产生一组电信号,再经过电子线路处理转化成光电信号，继而发出声光报警信号或启动联动装置,从而达到报警和切断的作用。提醒我们迅速采取有效措施，排除险情,有效避免恶性事故的发生。

最前端的检测环节由气体传感器完成，气体传感器送来的可燃性气体浓度对应的微小信号经过放大，送入微控制器，经A/D转换、浓度比较，线性化数据等处理后，转化成相应的十进制浓度值，当可燃气体报警器浓度超出设定的设定值时，发出声光报警并锁定住时间。由于气体传感器需要在加热状态下工作，即温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，可燃气体报警器需要向气体传感器持续输出一个5V的电压。为了保证其可靠性，在输出5V的电压的同时，进行故障监测。当传感器加热丝或电缆线和传感器断线或接触不良时，进行故障报警。

可燃气体报警器主要由探测器与报警器构成。探测器的主要作用是将检测到的环境中的可燃气体浓度转换成电信号。

2.4 报警器设计的要求及基本思路

2.4.1报警器设计的要求

本报警器系统的具体要求为：

1．以单片机为核心控制部件；

2．能以数字形式在LED显示屏上显示实时的气体浓度；

3．浓度超过预定值后可自动发出警报。

2.4.2报警器设计的基本思路

系统主要由单片机电路、检测电路、报警电路和应急处理电路四个部分组成。当有燃气泄漏时，检测电路产生“气—电”信号送单片机，单片机控制蜂鸣器发出预报警信号，经延时、判断，确认为事故泄漏后，发出红光报警。考虑到要实现现场气体浓度显示，超限预警及自动处理等功能，确定可燃气体报警器的总体框架如图1。

结论
社会发展越来越快，可燃气体作为一种新型能源在我们的生活中得到广泛应用，像燃气灶，燃气汽车等，所以安全应用对我们的生命财产安全至关重要。
在本次设计中，主要对可燃气报警控制电路进行了详细的设计与阐述。它由单片机，AD转换器，气体采集电路，驱动控制，报警和通风控制组成，当气敏传感器采集到模拟信号传送到AD转换，经转换将模拟信号转换成数字信号，送到单片机经过分析处理之后输给相应驱动去控制报警和通风。
通过本次设计，使我对理论和实践之间的相互关系有了更清楚的认识，理论是实践的基础，扎实的理论知识是做好工作的前提条件。
经过这么长时间的毕业设计，我对集成电路的使用有了更进一步的认识，要想学好他要重在实践，只有通过实践，才能发现自身的不足，把所学习到的知识跟实际相结合不是想象中的那么简单，其中涉及了单片机、数字电子技术、模拟电子技术、protel 99se等学科知识，要学好这么多课程还需要更多的努力。通过实践，让我对整体的电路设计有了一个更加全面以及系统的了解，锻炼了我从全局考虑局部的能力。让我深刻体会了理论联系实际的必要性，从老师提出要求到完成设计报告，不断的完善自己的设计和电路。在网上查资料以及图书馆查资料到写出具体的方案再到画出电路图都要认真考虑，寻找最佳的设计方案。经过多次修改最终于实现了老师的设计要求。
在整个毕业设计过程中，让我对大学三年所学的知识有了更好的认识和理解，尤其是对本次课题所用到的单片机及其相关知识有了进一步的掌握，对利用单片机进行控制系统的设计与开发及对系统的分析和问题的解决有了更深层次的了解和体会，在此实践过程中不仅增长了知识、丰富了经验，还提高了解决问题的能力。对问题系统的分析与设计过程是对学习的总结过程，更是进一步探索的一个过程。控制系统的开发设计是一项复杂的工程，必须严格遵照系统分析、系统设计、系统实施、系统运行与调试的过程来进行。系统的分析和设计虽然是项很辛苦的工作，但同时也是一个充满趣味的过程，在设计过程中，一边学习一遍实践，遇到新问题就不断探索和努力才能使问题得到有效的解决。
理论和实际必须紧密结合在一起，在设计中要针对不同的系统问题根据理论给与不同的方案，综合考虑各方面的因素和需要，选择出最佳的方案与结论。要多多收集专业资料，然后认真地考虑方案，和同学共同研究设计过程中遇到的问题，及时和老师沟通遇到的困难，坚持到最后一步。

参考文献

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