室内煤气/天然气泄漏报警器设计

室内煤气/天然气泄漏报警器设计
摘要：天然气现在被城市居民广泛使用，设计一款家用的室内天然气泄漏报警器是非常有必要的。本文将从天然气的特性、使用情况、国内外研究现状等方面开始介绍，着重介绍报警器的功能、所使用的元器件以及各模块的工作电路。该项设计是基于AT89C51单片机设计的，设计主打经济、实用、简便。将使用MQ-2气敏传感器检测天然气；DS18B20温度传感器检测温度信息；由AT89C51单片机进行信息处理；发光二极管和蜂鸣报警器共同完成声光报警；4位7段数码管显示室内气温。最终实现的功能是：显示器随时以数字的形式显示室内气温，当室内天然气泄漏到可能发生危险时，报警器亮灯并发出声音报警，提醒居民做出相应处理。报警器没有开关，发生危险报警后，只有通过切断房屋总电源才能关闭报警，这无形中也保障了居民的人身和财产安全。上述各个要素，本文将从系统的总体设计、硬件设计、电路设计、软件设计等方面做出详细的说明。
关键词：生活必需品；天然气的危害；简洁；实用；经济

一、绪论 2

1.1课题的背景及意义 2

1.2国内外研究现状 3

1.3技术特点 4

1.4课题的设计内容及研究方法 4

二、系统的总体设计 5

2.1方案比较 5

2.2系统整体方案设计思路 9

2.3框图设计 10

三、系统的硬件模块选择 10

3.1气体检测模块选择 10

3.2温度检测与显示模块选择 11

3.3单片机模块选择 14

3.4声光报警模块选择 17

四、系统的电路设计 18

4.1系统电路设计思路 18

4.2气体检测电路 19

4.3声光报警电路 20

4.4单片机主控电路 21

4.5温度采集电路 22

4.6温度显示电路 23

五、系统的软件设计 24

5.1温度采集部分程序设计 24

5.2显示部分程序设计 24

5.3燃气检测及报警报警部分程序设计 25

六、总结与展望 27

参考文献 28

附录 29

1总电路图 29

2气体检测程序代码 30

3读取温度程序通用代码段 31

一、绪论

1.1课题的背景及意义

人活一世，无非为四件事而活——衣、食、住、行！足见“食”有多重要。而随着生活水平的提高和生活节奏的加快，人们对“食”的要求已经不仅仅局限于美味，而是在兼具没味的同时尽可能的方便。这点主要体现在城市居民中。于是，市场上出现了快餐；于是，厨具市场上渐渐出现了电饭煲、煤气灶、电磁炉、微波炉等备受城市居民喜爱的产物。而电磁炉和微波炉是煤气灶出现后很多年的产物，它们的出现，一段时间内几乎让煤气灶“灭绝”，之所以会出现这种情况，很大程度是因为煤气灶的安全为题。煤气灶的燃料是煤气，一旦煤气发生泄漏，尤其是在密闭的室内，很容易导致居民煤气中毒，更糟糕的是引起爆炸、火灾。而正当人们已经习惯使用电磁炉时，西气东输工程把天然气带到了广大城市居民家中。天然气以其经济、环保、无味、安全等因素备受城市居民喜爱。而因做饭而导致的安全事故似乎也随着天然气的到来和城市居民渐行渐远……

然而实则不然！这里说的“安全”只是和煤气比起来的相对安全，可一旦天然气发生泄漏，并且泄漏量达到一定限度，将极易发生爆炸。而因为人们对天然气的普遍认知就是“安全”，几乎没有任何防范意识，又因为天然气本身无色无味，泄漏时很难被人的感官所发觉，这些因素反倒使天然气成为城市居民日常生活中极大的安全隐患！在这种情况下，设计一款天然气泄漏报警器显得尤为重要。

一旦发生天然气泄漏情况，越早的采取措施，就能换来越少的损失。然而，报警切不可小题大做，因为在使用的过程中，难免有少量的燃气泄漏。最明显的证明就是用煤气灶做饭时，明显闻得到煤气味。而少量的天然气是不会对人身、财产构成任何威胁，但是一旦泄漏就报警，那么报警器反倒会严重影响居民日常生活的安定。在这种情况下，设定一个报警限显得更为必要。天然气的主要成分是甲烷，而甲烷在空气中的爆炸极限下限、上限分别为5%和15%，为了留出充裕的时间处理天然气泄漏问题，也为了报警器不影响居民的日常生活，此款报警器报警限最终设定在2.5%。

天然气的使用在大部分情况下都是极其安全的，可一旦发生因天然气泄漏而导致的事故，将严重危害居民的人身安全和财产安全，甚至一家居民出现事故足以危害周边居民。而此项设计最大的意义就是能够及时发现潜在威胁并提醒居民及时做出应对措施。最大限度的减少天然气使用者的损失，实时保护和维护居民的和谐生活。

1.2国内外研究现状

在家用燃气安全报警方面，国内起步确实较晚。很大一方面的原因，中国的城市居民很长一段时间都在使用煤气。煤气本身就有四氯噻吩加臭，所以极易被人发现。而应对煤气泄漏的方法，可以说是妇孺皆知，接触天然气之后，更是对天然气的安全性能产生了依赖，没有防范意识。而国外则大不相同，因为使用天然气相对较早；生活水平高，人们对生活的要求上升到了安全舒适；再加上政府扶持；又有较好的安全意识，不少发达国家已经明确规定家庭、公寓等要求安装相应的报警器。

相似的产品，国内外均被普遍使用的有烟雾感应器，通过对烟雾、温度等信息的感应，协以喷淋管道，可以很好的防止火灾的发生。现在的中国，随着城市燃气化的扩大，已有很多省份相继出台相关文件，管理和保护燃气使用的安全。

中国居民接触天然气和一些发达国家居民相比虽相对较晚，但工厂使用天然气无论是规模还是时间都没有差太多，因此，工厂所使用的天然气泄漏报警器技术相对要纯熟很多，除可以声光报警外，还可以实时监控空气中天然气浓度。

遗憾的是，在报警器检测到空气中天然气含量超标后，人们只能先切断电源、保持通风，然后自行寻找泄漏源以及泄漏原因，之后再加以解决。功能再齐全一些的报警器还可以自动切断电源。可无论是国外还是国内，都还没有研究出自动寻找泄漏源的技术。

1.3技术特点

此项设计通过MQ-2气敏传感器检测空气中的天然气含量，并把气体浓度变化信号传入AT89C51单片机，然后在单片机内进行A/D转换。然后，单片机将数字化电压信号转化为对应的十进制浓度值并加以判定，当浓度值超标时，启动报警电路，打开声光报警。

利用DS18B20温度传感器将温度信号采集到51单片机中进行处理并输出，最后与气体浓度同时在LED显示管中进行显示。

报警器特点：

1：对需检测的气体灵敏度高

2：稳定性好

3：使用寿命长

1.4课题的设计内容及研究方法

根据该项设计所要实现的基本功能，设计大致应该分为信号釆集，信号处理控制，功能执行三个部分。