基于单片机的天然气泄漏报警系统设计论文.docx

《基于单片机的天然气泄漏报警系统设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的天然气泄漏报警系统设计论文.docx（47页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、摘要IAbstractII1引言12天然气泄露检测报警系统的方案设计42.1 方案选择42.2 天然气泄露报警系统的整体设计方案52.2.1 天然气泄漏报警器工作原理52.2.2 天然气泄漏报警器的结构53天然气泄露报警的硬件部分设计73.1 STC89C52单片机73.2 传感器的选择103.3 LCD1602液晶显示电路113.4 键盘电路123.5 A/D转换电路133.6 报警电路143.6.1 灯光提示电路143.6.2 声音报警电路153.7 电源电路设计173.8 继电器电路174天燃气泄漏检测报警系统的软件部分194.1 软件介绍194.2 主程序框图204.3 A/D转换程序

2、流程图214.5 系统调试22结论24附录1源程序清单25参考文献32致谢34摘要由于经济和科技的飞速发展，人们开始更加重视生活质量的提高和生活环境的改善。作为清洁能源的天然气进入万千民众家中得到广泛使用，给民众的生活带来诸多便利，减少了城市的空气污染，还提高了人们的生活质量和效率。但是随着城市密集型住宅区的增加，更需要重视住户的安全问题，天然气作为隐形的危险品潜伏在我们身边，如果管道和阀门的密封性能不合格，一旦发生泄漏特别容易发生事故，威胁民众的生命及财产的安全。对此，针对家庭用户，在厨房等有易燃气体的场所安装报警器，能够帮助用户时刻监测这些危险气体的变化，避免发生爆炸和中毒事故，会成为未来

3、的发展方向。因此，本文对以上问题，设计出了天然气泄漏报警器。此设计主要利用了MQ-5传感器采集气体的浓度信号，由系统设置浓度和电压之间的关系，令浓度与电压发生转换、能够显示出当下天然气浓度与声光提示报警构成的报警装置。该检测系统能够检测出当下天然气的浓度，检测出的天然气浓度不超过设定报警设定值的时候，数码管显示器仅显示测出的可燃气体浓度；如果传感器检测出天然气浓度高于系统设定的报警阈值时，系统会给出声光报警，并且还附带语音提醒。结果表明整套系统表现出良好的检测性能和安全性能。关键词：天然气；气体泄漏报警；MQ-5传感器；安全AbstractWiththerapiddevelopmentofec

4、onomyandtechnology,peoplebegintopaymoreattentiontotheimprovementoflifequalityandlivingenvironment.Asacleanenergysource,naturalgashasbeenwidelyusedinthehomesofmillionsofpeople,bringingconveniencetopeople,slives,reducingairpollutionincities,andimprovingpeople,squalityoflifeandefficiency.However,withth

5、eincreaseofurbanintensiveresidentialareas,moreattentionshouldbepaidtothesafetyofresidents.Naturalgas,asahidden,dangerousgoods,islurkingaroundus.Ifthesealingperformanceofpipelinesandvalvesisnotuptostandard,accidentsareparticularlylikelytooccuronceleakageoccurs,threateningthesafetyofpeopleslivesandpro

6、perty.Tothis,aimatdomesticuser,theplacethathasflammablegasinthekitchentoinstallalarm,canhelpusertomonitorthechangeofthesedangerousgasatanytime,avoidoccurrenceexplosionandtoxicaccident,canbecomefuturedevelopmentdirection.Therefore,thispaperdesignedagasleakalarmfortheaboveproblems.Inordertoreducethepo

7、tentialthreatinpeopleslife,thisdesignmainlyUSESMQ-5sensorstocollecttheconcentrationsignalofgas.Thesystemsetstherelationshipbetweenconcentrationandvoltage,sothattheconcentrationandvoltagecanbeconverted,andthealarmdevicecandisplaythecurrentconcentrationofnaturalgasandthesoundandlightalarm.Thedetection

8、systemcandetectthecurrentconcentrationofnaturalgas.Whenthedetectedconcentrationofnaturalgasdoesnotexceedthealarmsettingvalue,thedigitaltubedisplayonlyshowsthemeasuredconcentrationofcombustiblegas.Ifthesensordetectsthattheconcentrationofnaturalgasishigherthanthealarmthresholdsetbythesystem,thesystemw

9、illgiveasoundandlightalarmandalsoprovideavoicewarning.Theresultsshowthatthewholesystemhasgooddetectionperformanceandsafetyperformance.Keywords:Naturalgas;Gasleakagealarm;MQ-5sensor;security1引言随着人民生活水平和环保意识的提高，全世界人民都更加愿意使用清洁能源。许多国家通过立法来解决能源危机，作为长期被认定为最清洁能源之一的天然气，加上1990年中东的波斯湾危机，使原油需求量高的国家想要更加合适的能源，在还

10、没有发现替代能源这个阶段以前天然气的需求量将会不断的加大。与此同时.，我们国家大力向前发展，提出并建设西气东输工程，使我国人民提高了对天然气使用的频率。由于天然气本身所存在的物理特性，如果人们在使用过程中运用的方式不正确，并且因为一些管道不合格或设备年限太长导致管道或设备老化，经常造成天然气泄漏事故，因为室内可燃气体太浓导致的中毒死亡事件也频频发生在眼前。因此，为了降低天然气泄漏爆炸和中毒事件的发生率，天然气泄漏报警器已成为人们生活的迫切需要。家用的燃气泄漏报警装置更是有着大量的市场需求，我们应更加重视。天然气报警器的设计对减少工业中的瓦斯泄漏同样重要，根据国家统计局的数据统计，仅去年一年之间

11、全国煤矿因瓦斯泄漏的死亡人数就高达2451人，产生了相当大的财力和物力的损失。在我国，发生的特大煤矿事故触目惊心，在04年10月20日，河南省郑州煤炭工业集团有限责任公司大平煤矿发生一起特大型煤与瓦斯引发的重大瓦斯爆炸事故，造成148人死亡，32人受伤（重伤5人），直接经济损失3935.7万元，造成了多少幸福家庭的破灭。同年11月28日陈家山矿四采区发生爆炸事故，共计死亡166人，受伤45人，使多少个孩子失去了父亲。05年2月14日孙家湾煤矿海州立井发生特别重大瓦斯爆炸事故，死亡214人，受伤30人，此事故是近40年来最大的煤矿事故。这些令人哀痛的数字足以说明天然气气体泄漏报警己成为工业生产中

12、和日常生活中不可或缺的关键装置，至今在各行各业都有产生着重要的保障作用，因此保持24小时不间断检测周围空气红可燃性气体的含量，以及测量有害气体的泄漏，保障人们的生命安全和财产安全刻不容缓。因此，如何设计出性能可靠、价格合理，工作稳定的仪器，这已经成为我们最直接面对的问题。现阶段，许多的天然气报警器的功能长期没有更新，不能完成保障民众安全的任务。我们可以从分析中得出：我们需要的是具有轻巧方便、检测准确、能够长时间胜任工作的东西。而不能用传统的方法，需要大量的操作时间，需要按顺序将每一个步骤都完成，尽管这种测法的精度非常高，但它又无法对有毒、有害气体进行实时、连续、瞬时检测，因此我们不能选择这种传

13、统的办法。综合校内的学习所得，应该以单片机作为本次设计的核心。单片机在人们的日常生活和工业生产中起着非常重要的角色。单片机的抗干扰能力强、体积小、易于产品化、成本低，在各种恶劣的环境中都能稳定工作，可靠性高，是项目设计的不二之选。与国外相比，国内的可燃性气体报警器的研制起步略晚，但通过多年的发展，形成了一定的规模和自己的特色，产品多样以及种类齐全。但国内企业及研究主要采用引进和吸收国外的先进技术的方式来发展。虽然经过吸收消化，国内的传感器技术和可燃性气体报警技术取得了不小的进步，性能有所提升。但国内生产的可燃性气体报警器在性能方面扔有很大的空间。集成电路技术的发展让系统集成化的程度提高了许多，

14、令微控制器的成本大幅降低，这让微控制器可能用于低成本要求的可燃气体报警器，通过采用微处理器后是功能进一步优化。另外，微控制器具有灵活可编程的特性，这种特性使得我们仅需通过程序设计就可达成传感器信号调理功能，它还具有强大的数据处理能力和逻辑判断能力，同样也提高了系统长期工作的性能。而发展的下一步，就是利用微处理器拥有强大的通信接口与计算机和通信网连接，就实现了报警系统的组网，这就令报警器更加实用，跟随计算机技术、网络技术和传感器技术的发展，理论能实现物联网，这令报警器拥有了广阔的前景。本次设计针对天然气泄漏报警器设计方案，做出原型报警器，为产业化提供技术。从电路的设计，传感器的选择。气体浓度数据

15、的处理和天然气报警器的逻辑等方面为设计中心，提高天然气泄漏报警器的稳定性、可靠性与性价比。2天然气泄露检测报警系统的方案设计1. 1方案选择众所周知，一个良好的报警器应该具有检测精度高，长期稳定工作，功耗低，成本低等优点。在整个报警系统中最为重要的就是气体的检测元件。而此类检测元件都是通过运用气体自身特性，利用光电技术转化为能够被放大和处理的电子信号，基于单片机的天然气泄漏报警系统设计可以有如下两种方案：方案一：选用电化学气体传感器。这种传感器依靠氧化还原反应在传感电极上发生，不同的气体发生不一样的氧化还原反应，这些氧化还原反应使测量电极的电位差发生了变化。此仪器是通过参考电极与测量电极之间的

16、电位变化来得到测量结果，参考电极上没有化学反应，电位时时刻刻都不会发生变化，参考电极与测量电极之间的电位差的变化，两者之间的电位变化就由气体的浓度决定，两者产生的电流与被测气体的浓度成正比，还具有很大的测量范围。但是从实际出发，两个电极之上还是会发生由于氧化还原反应产生的极化现象，同时使检测气体的浓度被缩小在一个范围以内。优点是检测快速准确，体积小，但寿命一般在两年左右，制造成本比较高。方案二：选择半导体气体传感器。半导体传感器是通过测量半导体内部的电阻值，通过其内部化学反应产生的电阻值的变化来表示被测气体浓度的高低。半导体气体传感器有许多优点，相比电化学传感器具有非常低的售价、反应时间快、测试电路简单灵敏、使用寿命长，可以完成对很多种可燃气体的检测。通过如上两种方案的应用特性对比，可以得出半导体气体传感器更加适合本次的设计，