居家燃气检测报警与关闭系统设计

居家燃气检测报警与关闭系统设计

课题研究：

本设计中的燃气报警器系统，以单片机为控制核心，选用燃气检测传感器采集数据，利用A/D转换芯片输出数字量，可以采集最多8路模拟量输入信号，并设置了并行输出通道，也是为今后的系统功能拓展而。

独立式的按键设计和LCD显示器作为人机对话方式。对外进行数据采集和超限报警处理，紧急排风以及阀门关闭功能。该应用系统功能齐全，性能优越，电路简单实用，可靠性强，不失为一个性价比比较高的应用系统。

主要研究内容：

需求分析，调查研究实用的居家燃气装置的安装方式，方便电路板设计以及阀门关闭方式设计；电路设计，根据实际情况，设计模块电路，如主控电路、按键电路、传感器电路、显示电路以及执行电路等；设计软件，根据功能需求，设计软件，并软硬件调试；

研究步骤：

1）调研新的需求以及市场上存在的报警设备，以便参考改进创新；

2）根据需求设计功能，进行系统功能设计，设计系统框图；

3）根据系统框图，设计硬件电路模块；

4）根据功能需求以及硬件电路，设计软件驱动程序，实现功能；

5）编写使用说明文档，进行试用，并根据试用数据进行系统优化；

研究方法、措施：

1．调查具有家用燃气使用经验的人群，分析所得数据；

2. 图书馆以及上网搜索燃气报警的相关书籍，解决技术性问题。

3．询问指导老师，解决问题。

第一章前言 3

1.1设计背景以及意义 3

1.2 国内外发展情况 4

第二章系统方案设计 6

2.1 设计的主要内容 6

2.2 系统设计 6

2.3方案论证 6

第三章硬件电路设计 7

3.1 单片机最小系统电路设计 7

3.2 电源电路设计 10

3.3 信号采集传感器电路设计 11

3.4 按键电路设计 14

3.5 显示电路设计 15

3.6 报警电路设计 17

3.7 阀门与排气扇控制电路 17

第四章软件电路设计 20

4.1系统软件设计流程图 20

4.2 信号采集程序设计 21

4.3 LCD12864显示程序设计 25

4.4 按键程序设计： 30

4.5 阀门、报警和排气扇程序设计 33

第五章系统调试 34

5.1 硬件调试 34

5.2 软件调试 34

第六章总结 35

致谢 35

参考文献 36

第一章前言

1.1 设计背景以及意义

燃气就是可燃气体，常见的燃气包括液化石油气、人工煤气、天然气。如今，极大多数的居家燃气都是天然气以及液化石油气，而上个世纪九十年代的水煤气已经逐渐被市场淘汰，而液化石油气大都是罐装，大多是被村镇一级家用，城市家用燃气百分之七十都是管道天然气。天然气无色无味，无毒无腐蚀，它的主要成分是甲烷，之所我们在燃气泄漏的时候会嗅到臭味，是因为人们在制造这些燃气的时候加入了一些臭味剂，就是为了是用户在遇到燃气泄漏的情况下能尽早知道，避免大的事故的发生。

这里简单的介绍一下人类使用天然气的历史。早在公元前六千年到两千年之间，在今伊朗地区就有天然气的描述，当然，当时的人们并不知道这是天然气，这些渗透出地表的天然气在某个特定的情况下被点燃，这也导致了古代的波斯人崇拜永不熄灭的火。总共利用天然气大概在公元前九百年，当时还是利用渗出地表的天然气，到了公元前两百年开钻了第一口天然气气井，据记载大概有一百五十米左右，这时的天然气主要是点燃后干燥岩盐。到十七世纪六十年代，英国发现天然气，小规模的应用，直到十九世纪初天然气因远距离传输的问题只能在局部地区使用，二十世纪初远距离天然气输送才得以实现，

从全球范围来看，清洁燃气依然是比较重要的家庭生活能源，但是比较糟糕的是，因为燃气事故频频的发生才让厨房安全成了极大的生活隐患安全问题。据不完全统计，自2013以来，今年以来，由于煤气泄漏造成的重大爆炸事故造成220多人死亡，约1000人，直接造成的经济损失高达8.5亿元，这不是之前主要存在的问题，现在也是经常的发生。在这些爆炸的事故中，由于室内燃气泄漏造成的爆炸事件远占比高达百分之51.6，其次就是一氧化碳中毒的事故占比百分之24.7，平常在我们日常的生活中出现煤气管道泄漏、燃气胶管的老化、老鼠的啃咬等引发的重大燃气事故的重要隐患一直被大家忽视，虽然部分家庭虽然已经安装了传统的气体报警器，但由于设备质量或者灵敏度的问题经常会出现故障甚至误报等，虽然部分家庭虽然已经安装了传统的气体报警器，但是功能单一，仍然不能给用户很多的方便。

平常的家庭用到的燃气报警器只会遇到高浓度的燃气泄漏时才会发出提示音，这时候的可燃性气体浓度已经极大的超出了安全指标，极有可能导致重大的爆炸事故的发生，对我们的日常生活造成了巨大的安全隐患，不利于我们的生命财产安全。伴随着我国清洁燃气的变革发展和西气东输工程的快速进行，液化石油气或者其他的清洁能源已成为大多数家庭的生活燃料。这也导致了一些没有燃气使用常识的用户每天无知无觉的生活在危险当中。

基于以上问题的出现，本课题设计一种居家燃气检测报警与关闭系统。由于计算机走进了千家万户并伴随着物联网技术的飞速发展，广大的生活居民己不满足以往对生活环境的要求，对住宅小区的要求更提出了较高的要求，所谓居家燃气报警与检测系统就是当燃气在空气中的浓度超过设定值探测器就会被触发报警，并对外发出声光报警信号，并且启动排风扇以及关闭阀门开关。保障生命和财产的安全。

1.2 国内外发展情况

虽然随着二十一世纪都在提倡新能源，最多的太阳能和沼气能，但是目前来看在整个世界居家能源上还是以天然气和液化石油气为主，因此燃气报警设备也是层出不穷，这也是因为近几十年来，传感器研究领域发展迅猛。传感器不仅仅延长了我们的五官的感知范围，更比我们五官都感知更加灵敏，如今应用在科研生产以及养植生活等各个领域，当然对气体传感器的科学探索和发展也越来越重视。由于科学技术的飞速发展和应用，气体传感器也要朝着智能化和小型化方面发展。随着气敏传感器深入科学研究，正确的选择使用传感器的各种敏感材料，灵活的运用到微型机械开发、敏感薄膜技术的成熟、微电子技术的使用、光纤技术的开发等等，极大的优化了气敏传感器。

国内，中国的燃气检测类传感器起源于上个世纪九十年代，再往前在军事上我国应用较为早，但是主要依靠进口，因为国外的技术封锁以及国内生产能力的低下，在较长的时间内国内传感器行业处于冬天的状态，而且大多是国营，不论是种类还是性能都不能与国外同期产品相比较，这也导致直到进入二十一世纪我国的精密传感器还是依靠进口。进入二十一世纪初，中国科技技术飞跃发展，市场广阔，再加上在传感器领域技术封锁的失效导致中国在传感器行业极为迅速的发展，特别是温总理在政府报告中提出来物联网的概念，直接导致我国在传感行业飞速发展，逐渐成熟。借助这股东风，燃气类传感器的种类性能都有大幅的提升。基本可以满足国内市场的需要，但是就燃气报警设备的上，市场上的设备还是价格较高，或者功能单一。这也是我国燃气爆炸事件以及燃气伤人事件多发的原因。

国外，国外的气敏传感器的发展比较迅猛，一方面是其发展时间较早，社会市场觉醒比较早，人们自己的安全意识比较高，对居住的环境安全性和舒适的生活有着较高的要求因此需求量较大；另一方面在国外传感器的发展比较受政府部门的重视。在这两个主要推动力的作用下，国外的气体传感器的发展普遍高于国内。

参考文献

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【2】陈必群. 电子产品印刷电路板设计与制作[M].大连：大连理工大学出版社, 2014

【3】周润景. 基于PROTEUS的电路及单片机系统设计[M]. 北京：航空航天大学出版社, 2006

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【6】王福瑞. 单片微机测控系统设计大全 .北京：北京航空航天大学出社,1999

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【8】阎石．数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006

【9】周巍黄雄华．数字逻辑电路实验·设计·仿真[M]. 电子科技出版社，2007

【10】康华光．电子技术基础（模拟部分第五版）[M].北京：高等教育出版社，2008