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毕业设计--单片机--煤气报警器.doc

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毕业设计--单片机--煤气报警器.doc

目录摘要..............................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................................II前言...........................................................................................................................................III第1章绪论...............................................................................................................................11.1课题背景...........................................................................................................................11.2燃气报警器的概述...........................................................................................................21.3课题研究的目的及意义...................................................................................................21.4系统设计任务...................................................................................................................2第2章系统方案设计.................................................................................................................42.1设计要求...........................................................................................................................42.2设计思路...........................................................................................................................42.3设计方案...........................................................................................................................52.3.1方案一.........................................................................................................................52.3.2方案二........................................................................................................................62.3.3方案三.........................................................................................................................62.3.4方案的确定................................................................................................................72.4系统方案组成...............................................................................................................72.4.1系统三大部分.............................................................................................................82.4.2系统框图.....................................................................................................................9第3章系统模块设计...............................................................................................................103.1气体浓度检测模块.........................................................................................................103.2主控模块..........................................................................................................................103.3设置报警模块..................................................................................................................14第4章硬件电路设计与分析...................................................................................................154.1系统电源的设计.............................................................................................................154.1.1三端固定式集成稳压器..........................................................................................154.1.25V电源电路的设计............................................................................................164.2信号采集放大电路的设计.............................................................................................174.2.1气敏传感元件特性...................................................................................................174.2.2信号采集放大电路的设计......................................................................................184.3A/D转换电路的设计......................................................................................................194.3.1ADC08096的介绍..................................................................................................194.3.2电路具体设计方法..................................................................................................214.4存储器电路的设计.........................................................................................................224.5显示器电路的设计.........................................................................................................234.5.1显示模块LCD1602..................................................................................................234.5.2电路设计方法..........................................................................................................234.6报警器电路的设计.........................................................................................................244.7键盘电路的设计.............................................................................................................254.7.1键盘的工作原理......................................................................................................254.7.2键盘的识别方法......................................................................................................254.7.3键盘的工作方式......................................................................................................264.8串口通信电路的设计.....................................................................................................274.8.1RS232标准..............................................................................................................274.8.2接口信号2...............................................................................................................29第5章软件设计.......................................................................................................................315.1单片机编程3..................................................................................................................315.2程序框图和主要程序.....................................................................................................32第6章实验调试.......................................................................................................................356.1硬件调试.........................................................................................................................356.2软件调试.........................................................................................................................356.3调试结果.........................................................................................................................35结论...........................................................................................................................................36致谢...........................................................................................................................................37参考文献.......................................................................................................................................38附录A...........................................................................................................................................39附录B...........................................................................................................................................45附录C...........................................................................................................................................49附录D...........................................................................................................................................50哈尔滨理工大学远东学院学士学位论文I煤气报警器摘要全国燃气行业发展迅猛,液化气、天然气、煤制气等城市燃气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用,特别是随着西气东输工程的快速进展,燃气行业发展潜力巨大。但是随着燃气的广泛应用,由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾事故也时有发生,这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了使燃气更好地造福于民,造福于社会,减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故,各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的室内煤气泄露报警器实为必要之举。燃气报警器的核心是气体传感器。当气体传感器遇到燃气时,传感器电阻随燃气浓度而变化,随之产生电信号,供燃气报警器后级线路处理。经过电子线路处理变成浓度成比例变化的电压信号,由线性电路加以补偿,使信号线性化,经微机处理、逻辑分析,输出各种控制信号,即当燃气浓度达到报警设定值时,燃气报警器发出声光报警信号并可显示燃气浓度或启动外部联运设备。本文正是通过分析目前燃气报警器的现状,设计制作室内故障监测报警系统,保障人们的生命财产安全。关键词煤气泄漏煤气报警哈尔滨理工大学远东学院学士学位论文IIGasAlarmAbstractTherapiddevelopmentofthenationalgasindustry,liquefiedgas,naturalgas,coalgasandothercitygasasacleanenergybusinessandurbanresidentsinusershasbeenwidelyused,andgasindustryhasgreatpotential.Butwiththeextensiveuseofgas,duetogasleakcausedanexplosion,poisoningandfireaccidentshavealsooccurredtosomeextent,increasedthecitysinsecurityandinstability.Inorderforgastobetterbenefitthepeople,thebenefitofthecommunity,toreduceandeliminateallduetogasleakcausedtheexplosionandfire,thegasunitandresidentialcustomersusetoselectasuitableindoorgasleakalarmisactuallynecessarymove.Gassensoristhecoreofcombustiblegas.Whenthegasfacegassensor,thesensorresistancechangewithgasconcentration,theresultingelectricalsignalforprocessingofcombustiblegaslineaftertheclass.Afterdealingwithelectroniccircuitintoavoltageproportionaltotheconcentrationchangesignaltobecompensatedbythelinearcircuit,thesignallinearization,bycomputerprocessing,logicalanalysis,theoutputofvariouscontrolsignals,thatis,whenthegasconcentrationalarmsetvalue,combustiblegasaudiblealarmsignalcandisplaygasconcentrationorstartanexternaltransportequipment.Itisthroughthisanalysisofthecurrentstatusofcombustiblegas,indoordesignfaultmonitoringalarmsystemtoprotectpeopleslivesandproperty.KeywordsGasLeakGasAlarm哈尔滨理工大学远东学院学士学位论文III前言当今,单片微型计算机技术迅猛发展,由单片机技术开发的智能化测控设备和产品广泛应用到各个领域,单片机技术产品和设备促进了生产技术水平的提高。而室内故障监测报警系统正是单片机应用系统中的一种。单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件是指单片机扩展的存储器、输入输出设备以及各种实现单片机系统控制要求的接口电路和有关的外围电路芯片或部件软件是指单片机应用系统实现其特定控制功能的各种工作程序和管理程序。只有系统硬件和软件紧密配合、协调一致,才可能组成高性能的单片机应用系统。在单片机应用系统开发的过程中,应不断调整软、硬件,协调地进行软、硬件设计,以提高工作效率。单片机应用系统的开发过程一般包括系统的总体设计、硬件设计、软件设计和系统调试几个阶段。这几个系统开发阶段并不是相互独立、各自进行的,而应根据开发的实际需要,相互协调,交叉、有机的进行。实现气体浓度检测离不开高性能的气体传感器。从广义上讲,传感器就是能感受外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置狭义上讲,传感器就是能将外界信息转换成电信号的装置。随着新技术和自动化的发展,传感器的使用数量越来越大,一切现代化仪器、设备几乎都离不开传感器18。在工业生产中,尤其是自动化生产过程中,用各种传感器来检测和控制生产过程中的各个参数,如温度、压力、流量、PH值等,以便使设备工作在最佳状态,产品达到最好的质量。此次设计中所利用到的气体传感器就是要测量烟雾和煤气浓度的动态信号,并且利用数模转换芯片将浓度值转换为数字值,实现整个系统的检测与报警功能,实现智能控制。本文的室内故障监测报警系统就是单片机应用系统的一种典型应用,要求能够检测烟雾和煤气浓度,并且在气体浓度超过给定值时能实时报警。由于煤气中毒和火灾是家庭小区以及矿工企业常见事故,给人们生命财产安全带来了极大的危害。为了能减少事故的发生,提醒人们注意,迫切地需要室内故障监测报警系统。随着电子技术与计算机技术的发展,面对各种检测对象和大量的测试点,需要利用数据采集系统将多路被测量值转换成数字量,再经过单片机或微型计算机进行数据处理,实现实时检测。而此时采用单片机来实现室内故障监测报警系统不仅具有采集控制方便、简单、灵活等优点,而且可以大幅度提高采集点的技术指标,从而大大提高系统的可利用性。此次四路巡回检测系统正是把ADC0809与AT89S51单片机有机的结合起来,也符合了本设计的要求。本人在此次设计中主要担任了系统的硬件电路图的设计、硬件的焊接和调试、软件的设计、以及各个芯片资料查找与整理等工作。设计中超出了任务书所给的任务,提出了本室内故障监测报警系统在网络中的应用方案。哈尔滨理工大学远东学院学士学位论文1第1章绪论1.1课题背景随着国家经济的提高,现代化、智能化的多功能建筑越来越多,对建筑的防火安全设计要求也愈来愈高。近年来,全国燃气行业发展迅猛,液化气、天然气、煤制气等城市燃气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用,特别是随着西气东输工程的快速进展,燃气行业发展潜力巨大。以西气东输工程为开端的大规模天然气利用工程的实施,意味我国城市燃气将大踏步地进入天然气时代。我国天然气市场将迎来一个千载难逢的机会,城市燃气需求的主要增长点将体现在天然气上。2000年党中央国务院提出西部大开发的重大战略部署,特别是2002年西气东输第一期工程正式开工,这无疑为发展西部地区的燃气产业带来历史性的机遇。西气东输工程,在西部优势资源和东部广阔市场之间架起了一座金桥,西气东输工程投入使用后,每年供应长江三角洲地区100亿立方米天然气。城市燃气的普及与应用无疑对改善城市的环境质量和提高居民的生活质量发挥了巨大的作用。但是随着燃气的广泛应用,由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾事故也时有发生,这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了使燃气更好地造福于民,造福于社会,减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故,各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的室内煤气泄露报警器实为必要之举。报警早,损失少进一步说明了及时报警的重要性,在家庭里面也是如此,一旦发生火灾,提早报警,可以及时将火扑灭,以免小火酿成大灾。目前常用的有感烟、感温和可燃气体火灾报警器。像家庭中在使用煤气、液化石油气和天然气等燃料时,安装一个可燃气体报警器,当出现漏气或着火时,报警器能够立即鸣笛报警,告之主人及时采取措施。日本早在1980年1月开始实行安装城市煤气、液化石油气报警器的法规,1986年5月日本通产省又实施了安全器具普及促进基本方针。美国目前已有7个州11个城市通过立法,规定家庭、公寓等都要安装一氧化碳报警器。随着城市燃气化的扩大,我国已有北京市、辽宁省、黑龙江省、山西省、哈尔滨市、青岛市、大连等省市相继发布燃气安全管理文件,做到政府立法和百姓自身提高安全保护意识有机结合。煤气的主要成分是CO、氢和烷烃、烯烃、芳烃等。煤气有毒是因为其中的CO、芳烃等能与人体中的血红蛋白结合,造成缺氧,使人昏迷不醒甚至死亡,在低浓度下也能使人头晕、恶心及虚脱。一氧化碳(CO)为无色、无味、无臭、无刺激气体,比重0.967,几乎不溶于水,不易被活性炭吸附。当碳物质燃烧不完全时,可产生CO,如人体短时间内吸入较高浓度的CO,或浓度虽低,但吸时间较长,均可造成急性中毒。CO主要来自取暖燃料,CO对人体的损害主要表现在损害血液输送氧气的能力,CO与血红蛋白结合能力超过氧和血红蛋白的结合能力的200300倍,当CO与血红蛋白结合形成的碳氧血红蛋白含量达到5时,就会对人体产生慢性损害,达到60时就会昏迷,达到90就会死亡。由于发生一氧化碳中毒事件的普遍性和隐蔽性,迫切需要一种能够很好的监控室内一氧化碳浓度的仪器,并且在一氧化碳浓度过高时能够采取相关措施防止火灾的发生,保护人们的生命财产安全。哈尔滨理工大学远东学院学士学位论文2本文正是通过分析目前燃气报警器的现状,设计制作室内故障监测报警系统,保障人们的生命财产安全。1.2燃气报警器的概述首先我们应对国家标准规定的燃气报警器的种类有所了解。燃气报警器可分为可燃气体检漏仪(简称检漏仪),可燃气体报警控制器(简称控制器)、可燃气体探测器(简称探测器)、家用可燃气体报警器(简称报警器)四大系列产品。报警器为居民家庭用的燃气报警器,一般安装在厨房,遇燃气泄漏时,报警器可发出声光报警,或同时伴有数字显示,同时联动外部设备。有的报警器可自动开启排风扇,把燃气排出室外。有的报警器在报警时可自动关闭燃气阀门,以防燃气继续泄漏。燃气报警器的核心是气体传感器,俗称电子鼻。当气体传感器遇到燃气时,传感器电阻随燃气浓度而变化,随之产生电信号,供燃气报警器后级线路处理。经过电子线路处理变成浓度成比例变化的电压信号,由线性电路加以补偿,使信号线性化,经微机处理、逻辑分析,输出各种控制信号,即当燃气浓度达到报警设定值时,燃气报警器发出声光报警信号并可显示燃气浓度或启动外部联运设备(如排风扇、电磁阀)。选择一款优质的燃气报警器,首先要选择质量过关的传感器。质量不过关的传感器,一般16个月性能就下降,因而失去报警器的安全性,出现不报警或误报警现象,而一种好的传感器可连续使用十几年,特性也不会有什么变化。但是,报警器中的其它电子元件的寿命都是有限,先进国家也规定燃气报警器的有效期最多为五年。报警器都存在着检测误差,只有误差降低在5以内这个报警器才符合使用要求。这就要求了煤气传感器性能必须符合这个条件,高精度的传感器是系统的灵魂。气体传感器受湿度、温度的影响较大,在条件需要的时候应该采用温度、湿度补偿来提高测量精度。1.3课题研究的目的及意义因此设计出性能更加可靠,经济实惠的室内故障监测报警系统已成为市场的需要。目前,现有煤气检测仪器主要是面对工矿企业或公共场所的检测,价格高昂,对家庭也是不适应的。因此,本次设计所面对的是广大居民,其优点在于(1)成本低廉并能对烟雾和煤气准确报警。(2)该产品无需专业人员操作,只要放在合适位置,通电即可,连续使用、方便简捷。(3)能起到预防煤气中毒的效果,使人们高枕无忧。该产品必须能够有效预防广大农村居民的冬季燃煤取暖一氧化碳中毒事件的发生,同时也能够给城镇居民安全使用煤气提供有力的保障。1.4系统设计任务本文利用单片机电路制作室内故障监测报警系统。设计过程中关键的两个部分系统硬件的设计和控制软件的编写。这也是在设计过程中需要解决的关键的问题。(1)硬件任务哈尔滨理工大学远东学院学士学位论文3单片机室内故障监测报警系统的硬件主要有3大部分,即浓度检测和显示模块、主控模块和设置报警模块。浓度检测模块主要由半导体气体传感器QMN5组成,它是整个系统中关键的元件显示部分由LCD1602组成。主控模块由单片机及其相关软件组成,由程序对单片机进行控制。设置报警模块主要由键盘和报警器等组成,这个模块是对报警煤气浓度进行设置和浓度过高的时候进行报警处理。硬件的设计需要单片机、模电及其数电的相关知识。在解决这一问题的过程中,需要查阅大量资料,结合所学知识,向老师获取帮助。(2)软件任务它的软件设计主要包括主程序和中断处理两大部分主程序要完成I/O口,定时器的初始化及对中断输入的设定,然后延时使传感器进入稳定工作状态,等待定时器的中断中断处理程序根据具体情况需要有相应的子程序。要对程序进行多次调试,分块编程。对各个子程序块所解决的问题要相当明确。最后在制作完成硬件电路板后要调试出设计要求的功能。

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