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室内煤气和天然气泄漏报警器设计【1张图纸】【电气】

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室内 煤气 以及 天然气 泄漏 泄露 透露 报警器 设计 图纸 电气
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室内煤气和天然气泄漏报警器设计

56页 23000字数+说明书+任务书+1张CAD图纸

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室内煤气和天然气泄漏报警器设计论文.doc

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目  录

摘  要I

AbstractII

第1章  绪论1

  1.1  课题研究的背景1

  1.2  课题研究的意义1

  1.3  国内外研究情况及其发展2

    1.3.1  可燃性气体泄漏报警器种类与结构2

 1.4  本章小结2

第2章 天然气泄漏报警系统的方案设计3

  2.1  方案的选择3

  2.2  对于该警报器设计的要求3

  2.3  气体传感器的选型3

    2.3.1  气体传感器介绍3

    2.3.2  气体传感器的选定6

  2.4  天燃气泄露报警系统的整体设计方案7

    2.4.1  天然气泄露报警器工作原理7

    2.4.2  天然气泄露报警器的结构8

 2.5  本章小结9

第3章 天然气泄漏报警系统的硬件部分设计10

  3.1  主控电路的设计10

    3.1.1  半导体气敏传感器10

    3.1.2  单片机的选择14

    3.1.3  AT89C51单片机的介绍14

    3.1.4  AT89C51单片机的时钟电路18

    3.1.5  AT89C51单片机的复位电路20

  3.2  外围接口电路的设计21

    3.2.1  驱动模块的选择21

    3.2.2  DS18B20温度传感器的介绍22

    3.2.3  声音报警电路25

    3.2.4  气体检测模块和光报警电路27

  3.3  本章小结29

第4章  燃气泄漏报警系统的软件部分设计31

  4.1  主程序设计流程31

  4.2  程序调试32

    4.2.1  程序调试的步骤33

  4.3  本章小结34

结论35

致谢36

参考文献37

附录1 译文38

附录2 英文参考资料41

附录3 主要程序分析45

附录4 整机原理图51



摘  要

   随着天然气的大量使用,每一座居民大楼都被天然气所“笼罩”。天然气的普及给公共生活带来了方便,减少了城市的污染,提高了生活质量和效率,但是同时,天然气也是潜在的“危险品”,一旦发生大面积泄漏,处置不及时就可能引发大爆炸,给居民的生命财产安全带来巨大的威胁。面对燃气泄漏而造成的种种事故威胁,我们需要一个解决办法。使用天然气报警器是对付燃气无形杀手的重要手段之一。

   本论文以半导体气敏传感器和单片机技术为核心设计的气体报警器可实现声光报警功能,是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的气体报警器,具有一定的实用价值。

   其中选用MQ-2传感器实现对气体的检测,具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点,而且价格低廉,使用寿命长。经AT89C51单片机处理,并对处理后的数据进行分析,是否大于或等于某个预设值(也就是报警限),如果大于则会自动启动报警电路发出报警声音,反之则为正常状态,而且在此设计中我们通过DS18B20温度传感器和AT89C51单片机进行连接,将温度信号转换成单片机可识别的数字信号,经过单片机处理并对其进行分析,最终将温度还有气体的浓度显示在LED的显示管中。


关键词  气敏传感器;报警器;单片机;温度传感器


内容简介:
哈工大华德学院毕业设计(论文)评语姓名: 兰骏鑫 学号: 1099512229 专业:机械设计制造及其自动化毕业设计(论文)题目: 室内煤气和天然气泄漏报警器设计 工作起止日期:_ 年_ 月_ 日起 _ 年_ 月_ 日止指导教师对毕业设计(论文)进行情况,完成质量及评分意见:_指导教师签字: 指导教师职称: 评阅人评阅意见:_ _评阅教师签字:_ 评阅教师职称:_答辩委员会评语:_根据毕业设计(论文)的材料和学生的答辩情况,答辩委员会作出如下评定:学生 毕业设计(论文)答辩成绩评定为: 对毕业设计(论文)的特殊评语:_答辩委员会主任(签字): 职称:_答辩委员会副主任(签字): 答辩委员会委员(签字):_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _年 月 日哈工大华德学院毕业设计(论文)任务书 姓 名: 兰骏鑫 院 (系):机电工程系 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 号:0995122 任务起至日期: 年 月 日至 年 月 日 毕业设计(论文)题目: 室内煤气和天然气泄漏报警器设计 立题的目的和意义:设计整体要求包含,1.通过气体信号处理模块将的有无相应燃气气泄漏状态处理成高低电平信号,将该信号输入到单片机,通过单片机编程控制报警电路的工作状态。2.室内温度显示部分通过DS18B20温度传感器,将室内温度转换为16位二进制数,通过单片机I/O接口传入单片机,并通过编程在数码管上显示出当前温度值。 该系统的硬件模块设计合理,性能可靠。软件编采用C语言,整个程序的思路清晰,考虑全面 技术要求与主要内容:1. 对可燃气体进行检测,可燃气体达到设定值时,应能报警。2. 正常工作:绿灯闪烁,蜂鸣器不报警。3. 能显示此时的温度4. 故障报警:传感器短路,短路时应发出与可燃气体浓度超范围警报有明显区别的光和报警 进度安排:1 9月26日10月12日 课题调研与撰写毕业设计课题开题报告2. 10月13日 开题答辩310月14日 11月10日 硬件电路设计4.11月11日 中期检查5.11月 12日12月10日 软件设计,完成系统功能调试6.12月11日12月20日 改进结构设计,完善结构,编写设计论文;7.12月21日 上交论文,及毕业设计材料。8.12月22日12月24日 导师交叉批阅论文 9.12月25日12月28日 毕业设计答辩。 同组设计者及分工:指导教师签字_ 年 月 日 系(教研室)主任意见: 系(教研室)主任签字_ 年 月 日哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕毕业业设设计计(论论文文) 哈工大华德学院哈工大华德学院哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-I-摘摘 要要随着天然气的大量使用,每一座居民大楼都被天然气所“笼罩” 。天然气的普及给公共生活带来了方便,减少了城市的污染,提高了生活质量和效率,但是同时,天然气也是潜在的“危险品”,一旦发生大面积泄漏,处置不及时就可能引发大爆炸,给居民的生命财产安全带来巨大的威胁。面对燃气泄漏而造成的种种事故威胁,我们需要一个解决办法。使用天然气报警器是对付燃气无形杀手的重要手段之一。 本论文以半导体气敏传感器和单片机技术为核心设计的气体报警器可实现声光报警功能,是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的气体报警器,具有一定的实用价值。其中选用 MQ-2 传感器实现对气体的检测,具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点,而且价格低廉,使用寿命长。经 AT89C51 单片机处理,并对处理后的数据进行分析,是否大于或等于某个预设值(也就是报警限),如果大于则会自动启动报警电路发出报警声音,反之则为正常状态,而且在此设计中我们通过 DS18B20 温度传感器和 AT89C51 单片机进行连接,将温度信号转换成单片机可识别的数字信号,经过单片机处理并对其进行分析,最终将温度还有气体的浓度显示在 LED 的显示管中。关键词 气敏传感器;报警器;单片机;温度传感器哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-II-AbstractAbstractWith the wide use of natural gas, each residential towers were enveloped by the gas. The popularity of natural gas to public life brought convenient, reduce the citys pollution and improve the life quality and efficiency, but at the same time, natural gas is also potential dangerous, once produce large leak, disposal not timely could trigger, the big bang to peoples life and property safety brought great threat. Facing the gas leak all kinds of accidents caused by threats, we need a solution. Use of natural gas alarm is deal with gas invisible killer one of the important means. This papers to the semiconductor gas sensors and single chip microcomputer as the core design can realize the gas alarm sound-light alarm functions, is a kind of simple structure, stable performance, easy to use, inexpensive and intelligent gas alarm, has certain practical value. Among them we choose MQ-2 of gas detection sensor, it has a high sensitivity, fast response, strong anti-jamming capability etc, and the price is low, service life long. by AT89C51 for processing the data and analysis, whether is equal to or greater than the a default value (that is, the alarm limit), if beyond the limit than it will automatically start alarm circuit warning voice, otherwise conversely for normal state. In this design, we connected DS18B20 temperature sensor and the AT89C51 micr- ocontroller ,it turns the temperature signals into the digital signal which the microcontroller can identify. Finally the temperature of gas will be displayed on the LED display tube.KeywordsKeywords gas sensor;alarm;single chip microcomputer;temperature sensor哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-III-目目 录录摘 要 .IABSTRACT .II第 1 章 绪论 .11.1 课题研究的背景 .11.2 课题研究的意义 .11.3 国内外研究情况及其发展 .21.3.1 可燃性气体泄漏报警器种类与结构 .21.4 本章小结 .2第 2 章 天然气泄漏报警系统的方案设计 .32.1 方案的选择 .32.2 对于该警报器设计的要求 .32.3 气体传感器的选型 .32.3.1 气体传感器介绍 .32.3.2 气体传感器的选定 .62.4 天燃气泄露报警系统的整体设计方案 .72.4.1 天然气泄露报警器工作原理 .72.4.2 天然气泄露报警器的结构 .82.5 本章小结 .9第 3 章 天然气泄漏报警系统的硬件部分设计 .103.1 主控电路的设计 .103.1.1 半导体气敏传感器 .103.1.2 单片机的选择 .143.1.3 AT89C51 单片机的介绍 .143.1.4 AT89C51 单片机的时钟电路 .183.1.5 AT89C51 单片机的复位电路 .203.2 外围接口电路的设计 .213.2.1 驱动模块的选择 .213.2.2 DS18B20 温度传感器的介绍 .223.2.3 声音报警电路 .253.2.4 气体检测模块和光报警电路 .273.3 本章小结 .29第 4 章 燃气泄漏报警系统的软件部分设计 .314.1 主程序设计流程 .314.2 程序调试 .324.2.1 程序调试的步骤 .334.3 本章小结 .34哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-IV-结论 .35致谢 .36参考文献 .37附录 1 译文 .38附录 2 英文参考资料 .41附录 3 主要程序分析 .45附录 4 整机原理图 .51哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-1-第 1 章 绪论1.1 课题研究的背景 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。1.2 课题研究的意义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哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-2-一。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、煤气泄漏的装置,从于减少不必要的事故,进于保证人民的生命健康,减少不必要的损失。1.3 国内外研究情况及其发展1.3.1 可燃性气体泄漏报警器种类与结构可燃性气体泄漏报警器,多用于大型公寓、饮食餐店、医院、学校、工厂的各种气体报警器和系统,有单体分离型报警器、外部报警系统、集中监视系统、遮断连动系统、防止中毒报警防护系统等。可燃性气体泄漏报警器可发出声光报警,或伴有数字显示,或联动外部设备。有的可燃性气体泄漏报警器可自动开启排风扇,把燃气排出室外;有的可燃性气体泄漏报警器在报警时可自动关闭燃气阀门,以防燃气继续泄漏。1.4 本章小结 当前应用最广泛的可燃性气体泄漏报警器与气敏元件传感器,已普及应用于气体泄漏检测和监控,仅用于安全保护家用燃气泄漏报警器为例,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。国外可燃性气体泄漏报警器发展很快,是由于人们安全意识增强,对环境安全性和生活舒适性要求提高;另一方面是由于燃气泄漏报警器市场增长受到政府安全法规的推动。因此,国外燃气报警器技术得到了较快发展,据有关统计猜测,美国在 1996年2002 年就煤气报警器的年均增长率为 2730。在这些方面,国内应该增强安全意识增强。可燃性气体泄漏报警器的发展趋势集中表现为,一是提高灵敏度和工作性能,降低功耗和成本,缩小尺寸,简化电路,与应用整机相结合,这也是燃气泄漏报警器一直追求的目标;二是增强可靠性,实现元件和应用电路集成化,多功能化,发展 MEMS 技术,发展现场适用的变送器和智能型可燃性气体泄漏气报警器。如美国在燃气泄漏报警器中嵌入微处理器,使燃气泄漏报警器具有控制校准和监视故障状况功能,实现了智能化、涉多功能化。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-3-第 2 章 天然气泄漏报警系统的方案设计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,可以通过传感器感知信号多级放大电路,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,并且读取和显示出来。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,所以本设计采用方案三。2.2 对于该警报器设计的要求1.对可燃气体进行检测,可燃气体浓度达到报警设定值时,应能报警。2.正常工作:绿灯闪烁,蜂鸣器不报警。3.能够显示此时的温度4 故障报警:传感器短路,短路时应发出与可燃气体浓度超范围报警有明显区别的声,光报警。5.浓度超限报警时,应能启动输出控制功能。2.3 气体传感器的选型气体传感器属于气敏传感器,是气-电变换器,它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压或者电流信号,通过 A/D 转换电路,将模拟量转换成数字量后送到单片机,进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。气体传感器作为燃气泄漏报警器的信号采集部分,是仪表的核心组成部分之一。由此可见,气体传感器的选型是非常重要的。2.3.1 气体传感器介绍1.气体传感器的分类 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-4-(1)半导气体传感器这种类型的传感器在气体传感器中约占 60%,根据其机理分为电导型和非电导型,电导型中又分为表面型和容积控制型.(2)固体电解质气体传感器 固体电解质气体传感器固体电解质气体传感器使用固体电解质气敏材料做气敏元件。其原理是气敏材料在通过气体时产生离子,从而形成电动势,测量电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高,灵敏度和选择性好,得到了广泛的应用,几乎打入了石化、环保、矿业等各个领域,仅次于金属氧化物半导体气体传感器。如测量 H2S 的 YST-Au-WO3、测量 NH3 的 NH+4CaCO3 等。 开发新的气体传感器,特别是开发和完善智能气体传感系统,使之可以在气体泄漏事故中起到报警、检测、识别、智能决策等方面的作用。大大提高气体泄漏事故处置的工作效率和安全性,对于控制事故损失具有重要的作用。(3)接触烧式气体传感器接触燃烧式气体传感器 可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式两种。其工作原理是:气敏材料在通电状态下,可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧,产生的热量使电热丝升温,从而使其电阻值发生变化,测量电阻变化从而测量气体浓度。这种传感器只能测量可燃气体,对不燃性气体不敏感。例如,在 Pt 丝上涂敷活性催化剂 Rh 和 Pd 等制成的传感器,具有广谱特性,即可以检测各种可燃气体。接触燃烧式气体传感器在环境温度下非常稳定,并能对爆炸下限的绝大多数可燃性气体进行检测,普遍应用于石油化工厂、造船厂、矿井隧道、浴室、厨房等处的可燃性气体的监测和报警。(4)高分子气体传感器 国外在高分子气敏材料的研究和开发上有了很大的进展,高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合等特点,在毒性气体和食品鲜度等方面的检测具有重要作用。高分子气体传感器根据气敏特性主要可分为下列几种:高分子电阻式气体传感器该类传感器是通过测量高分子气敏材料的电阻来测量气体的体积分数,目前的材料主要有欧菁聚合物、LB 膜、聚毗咯等。其主要优点是制作工艺简单、成本低廉。但这种气体传感器要通过电聚合过程来激活,这既耗费时间,又会引起各批次产品之间的性能差异。浓差电池式气体传感器哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-5- 浓差电池式气体传感器的工作原理是:气敏材料吸收气体时形成浓差电池,测量输出的电动势就可测量气体体积分数,目前主要有聚乙烯醇-磷酸等材料。声表面波(SAW)式气体传感器SAW 气体传感器制作在压电材料的衬底上,一端的表面为输入传感器,另一端为输出传感器。两者之间的区域淀积了能吸附 VOC 的聚合物膜。被吸附的分子增加了传感器的质量,使得声波在材料表面上的传播速度或频率发生变化,通过测量声波的速度或频率来测量气体体积分数。主要气敏材料有聚异丁烯、氟聚多元醇等,用来测量苯乙烯和甲苯等有机蒸汽。其优势在于选择性高、灵敏度高、在很宽的温度范围内稳定、对湿度响应低和良好的可重复性。SAW 传感器输出为准数字信号,因此可简便地与微处理器接口。此外,SAW 传感器采用半导体平面工艺,易于将敏感器与相配的电子器件结合在一起,实现微型化、集成化,从而降低测量成本。(5)电化学传感器 电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极(或工作电极)和反电极组成,并由一个薄电解层隔开。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应,然后是憎水屏障,最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应,以形成充分的电信号,同时防止电解质漏出传感器。穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应,传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。通过电极间连接的电阻器,与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流,电化学传感器又常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。(6).热传导传感器 热传导传感器与接触燃烧式传感器具有类似的结构形式,但是测量原理不同。它的测量原理是:将加热后的铂电阻线圈置于目标烟雾中,由于向目标气体传送热量造成温度降低,引起电阻值变化,传感器即测量电阻值的变化情况。温度的变化情况是目标气体热传导率的函数,而对于一种给定的气体,热传导率是它固有的物理特性。 (6)红外传感器 利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。红外线又称红外光,它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质,只要它本身具有一定的温哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-6-度(高于绝对零度),都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触,因而不存在摩擦,并且有灵敏度高,响应快等优点。 红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。光学系统按结构不同可分为透射式和反射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件。热敏元件应用最多的是热敏电阻。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高,电阻发生变化,通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件,通常由硫化铅、硒化铅、砷化铟、砷化锑、碲镉汞三元合金、锗及硅掺杂等材料制成。 红外线传感器常用于无接触温度测量,气体成分分析和无损探伤,在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热像图,可以发现温度异常的部位,及时对疾病进行诊断治疗(见热像仪);利用人造卫星上的红外线传感器对地球云层进行监视,可实现大范围的天气预报;采用红外线传感器可检测飞机上正在运行的发动机 的过热情况等。2.3.2 气体传感器的选定天燃气泄漏报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆作业等易发生可燃气体泄漏的场所,根据报警器检测气体种类的要求,一般选用接触燃烧式气敏传感器和半导体气敏传感器。天燃气泄漏报警器主要应用在石油、化工、冶金、油库、液化气站、喷漆作业等易发生可燃气体泄漏的场所,根据报警器检测气体种类的要求,一般选用接触燃烧式气敏传感器和半导体气敏传感器。使用接触燃烧式气敏传感器,其探头的阻缓及中毒,是不可避免的问题。阻缓是当在气体与空气的混合物中含有硫化氢等含硫物质的情况下,则有可能在无焰燃烧的同时,有些固态物质附着在催化元件表面,阻塞载体的微孔,从而引起响应缓慢反应滞缓,灵敏度降低。虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有得到某种程度的恢复的可能,但是如果长期暴露在这样的环境中,其灵敏度会不断下降,导致该传感器最终丧失检测烟雾的能力。中毒是如果环境空气中含有硅烷之类的物质时,则传感器将使催化元件产生不可逆转的中毒,以致灵敏度很快就丧失。当怀疑检测环境中存在这些物质时,经常对探头进行标定,是必须且有效的办法。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-7- 因此,经常对传感器进行标定,是保证其准确性的必要的途径。一般连续使用两个月后应对传感器进行量程校准,这种经常性对传感器的维护,无形中加大了工作人员的工作量,同时增加了报警器的维护成本。 半导体气敏传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的气体传感器以及用单晶半导体器件制作的气体传感器,它具有灵敏度高,响应快、体积小、结构简单,使用方便、价格便宜等优点,因而得到广泛应用。半导体气敏传感器的性能主要看其灵敏度、选择性(抗干扰性)和稳定性(使用寿命)。 经过对比上述两种气敏传感器的应用特性,发现半导体气敏传感器的优点更加突出:灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜,且不会发生探头阻缓及中毒现象,维护成本较低等。因此,本设计采用半导体气敏传感器作为报警器气体信息采集部分的核心。而在众多半导体气敏传感器中,本设计选用 MQ-2 型气敏传感器,这种型号的传感器具备一般半导体气敏传感器灵敏度高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。2.4 天燃气泄露报警系统的整体设计方案2.4.1 天然气泄露报警器工作原理 本论文中的燃气泄漏报警器以 AT89C51 单片机为控制核心,采用 MQ-2 型电阻式半导体传感器采集气体信息,而且利用 DS18B20 温度传感器进行温度采集,在 LED 的显示管中显示温度。 首先,气体传感器送来的气体浓度对应的电压信号送入 AT89C51 单片机;然后,在 AT89C51 单片机内 A/D 转换、气体浓度比较,对数据进行线性化处理,将数字化电压信号转化成为对应的十进制浓度值;最后,判断气体浓度值是否超出报警限,当气体浓度处于正常状态红灯不会闪亮,当气体浓度超出设定的限定值时,发出声音报警并伴随红灯闪亮。而且利用 DS18B20 温度传感器将温度信号采集到 AT89C51 单片机中进行输出,最后在 LED 显示管中进行显示。另外由于气体传感器需要在加热状态下工作,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,保证气体传感器准确地、稳定地工作,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。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-8-2.4.2 天然气泄露报警器的结构 为适应家庭对可燃性易爆气体安全性要求,设计的可燃性气体报警仪应不仅能在较宽的温度范围工作,而且应具有显示可燃气体浓度、可接计算机进行现场远测和实时控制等功能。其目标是在传统的烟雾报警仪的基础上,尽量提高准确性,降低成本,缩小体积。 天然气泄露报警器系统结构框图如图 1 所示,该系统以 51 单片机为核心,配合外围电路共同完成信号采集、声音及闪烁报警等功能。系统采用高性能的单片机,要求工作稳定、测量精度高、通用性强、功耗低,保证报警器的精确性及可靠性,而且最好体积小,成本低,有利于减少报警器的体积,降低报警器的成本。 使用 AT89C51 单片机,选用气敏传感器作为敏感元件,DS18B20 元器件作为温度传感器,并且在 LED 中显示温度还有气体的浓度。利用 A/D 转换器和声光报警电路,开发了可用于家庭或小型单位天然气泄漏报警器。整个设计由 4大部分构成:气敏传感器、A/D 转换电路、AT89C51 单片机、声光报警电路。气敏传感器是将现场气体浓度非电信号转化为电信号;转换电路是将完成将气体传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成,由单片机控制实现不同的声光报警功能。天然气泄漏报警系统结构框图如下图 2-1:哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-9-气敏传感器A/D转换器AT89C51单片机灯光报警声音报警气体 浓度图 2-1 系统结构框图2.5 本章小结声光报警功能 当气体浓度取值处在报警限值之上,蜂鸣器开始报警,且声音越来越急促,并且伴随红灯闪烁。因为人对变化的信号更为敏感,所以变化的声音及灯光更容易引起用户的注意。时钟温度传感器复位哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-10-第 3 章 天然气泄漏报警系统的硬件部分设计3.1 主控电路的设计3.1.1 半导体气敏传感器(1)半导体的基本介绍半导体传感器是一种采用半导体气敏为主要使用材料的传感装置,它利用与其气体接触时使半导体的导电率等物理性质发生变化来检测待测气体的成分和浓度。并且,它具有灵敏度高、响应时间和恢复时间快、使用寿命长及价格低等优点,成为世界上产量最大、使用最广的传感器之一。(2)半导体的分类半导体气敏传感器有多种分类方法,主要一种是将其分为两类电导控制型气敏传感器和电压控制气敏传感器。其中电导控制型一般以金属氧化物半导体材料如 SnO、ZnO、FeO 系为基体,加入合适的催化金属和添加剂,采用烧结、厚膜或薄膜工艺制成。半导体气敏传感器包括硫化氢气敏传感器和一氧化碳气敏传感器两个敏感器件。硫化氢气敏传感器是采用 MOS 场效应晶体管结构,利用过渡金属作栅极的气敏元件,当空气中存在硫化氢时,场效应晶体管的开启电压发生变化,变化的幅度与硫化氢的浓度成比例。一氧化碳气敏传感器是利用以二氧化锡为基体的铂锑二氧化锡敏感材料制成的表面电阻控制型敏感器件,当空气中有微量的一氧化碳存在时,器件的电阻急剧下降。该两种敏感器件灵敏度均10ppm;响应时间均0 秒;感应时间均1 秒。(3)半导体气敏传感器的原理当半导体器件被加热到稳定状态时,气体接触半导体表面而被吸附,吸附的分子首先在表面自由扩散,失去运动能量,一部分分子被蒸发掉,另一部分残留分子产生热分解而固定在吸附处。当半导体的功函数小于吸附分子的电子亲和力时,则吸附分子将从器件夺得电子而变成负离子吸附,半导体表面呈现电荷层。具有负离子吸附倾向的气体,如 O2和 NON,等被称为氧化型气体或电子接收型气体。如果半导体的功函数大于吸附分子的离解能,则吸附分子将向器件释放出电子,而形成正离子吸附。具有正离子吸附倾向的气体有 H2、CO,碳氢化合物和醇类等,被称为还原型气体或电子供给型气体半导体气敏传感器的参数哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-11-工作电压:5VDC静态功耗:15mW工作温度:1050相对湿度:95%初期稳定时间:3min.检测浓度范围:02000ppm(一氧化碳)(4)MQ-2 的相关参数本次的设计采用的 MQ-2 气体传感器,MQ-2 气敏传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃性气体时,传感器的电导率随空气中可燃性气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。灵敏度特性:图 3-1 传感器典型的灵敏度特性曲线注:图中纵坐标为传感器的电阻比(Rs/Ro) ,横坐标为气体浓度。Rs 表示传感器在不同浓度气体中的电阻值Ro 表示传感器在1000ppm不同气体中的电阻值温/湿度的影响:图 3-2 传感器典型的温度、湿度特性曲线0.50.70.91.11.31.51.71.9-20-1001020304050Rs/R060%RH30%RH85%RH哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-12-图中纵坐标是传感器的电阻比(Rs/Ro) 。Rs表示在含1000ppm 甲烷、不同温/湿度下传感器的电阻值Ro表示在含1000ppm 甲烷、20/65%RH环境条件下传感器的电阻值表3-3-A 传感器的相关的参数表3-3-B 环境条件表3-3-C 灵敏度特性敏感体功耗(Ps)值:Ps=Vc2Rs/(Rs+RL)2 传感器电阻(Rs)值:Rs=(Vc/VRL-1)RL(4)结构,外形MQ-2 气敏元件的结构和外形如图 4 所示(结构 A 或 B), 由微型 Al2O3 陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内,加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚,其中个用于信号取出,个用于提供加热电流。符号参数名称技术条件备注Vc回路电压24VDCVH加热电压5.0V0.2VACorDCRL负载电阻可调RH加热电阻313室温PH加热功耗900mW符号参数名称技术条件备注Tao使用温度-1050Tas储存温度-2070R相对湿度小于95% RO2氧气浓度21%(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度特性最小值大于符号参数名称 技术参数 备注Rs敏感体表面电阻2K-20K(2000ppm C3H8 )(R3000ppm/R1000ppm C3H8)浓度斜率0.6标准工作条件温度: 202 Vc:5.0V0.1V相对湿度: 65%5% VH: 5.0V0.1V适用范围: 5000-20000ppm天然气预热时间不少于48小时哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-13-MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高,对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体,是一款适合多种应用的低成本传感器。此次的 MQ-2传感器因为在 protues 的元器件库中无法找到,然后只能利用protel 进行设计。元器件选择电源采用输入 AC:220V 50Hz,输出 DC:稳压 5V 的电源变压器;烟雾传感器 MQ2;一个 50K 的电位器;一个 1 K 的电阻;一个三脚的开关;晶体管采用 9013 型号;继电器采用 JRC4100F 5V 的型号;通电指示灯采用 3.5V 的淡绿发光二极管;风扇 FAN 为 5V 的单转向小型风扇。其原理图如下图 3-5:图 3-5 MQ-2 原理图电路如图 3.5 所示, MQ2 为烟雾传感器,FAN 为 5V 电机。电路采用交流供电,220V 交流市电从插头引入电路,经电源变压器降压后变为直流,直流电压直接供传感器 MQ2 的加热丝 H-H 工作,加热丝给传感器 MQ2 预热一定时间后,才能正常检测烟雾。稳压电压同时供控制电路工作,接在继电器、通电指示灯和风扇上。当MQ2 所处的环境烟雾在允许范围内时,其两端输出电极 H-H 间导电率很低,则加在电极间两端 HH 电压很低,则输出电压升高,晶体管 9013 导通,此时加在继电器 JRC4100F 两端的电压达到它的启动电压(V) ,继电器跳转,哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-14-通电指示灯熄灭;风扇 FAN 电路接通,风扇工作,开始吸收烟雾。风扇产生吸力将烟雾吸入装有活性炭过滤筛的壳体,先经过一层活性炭过滤后,再经过负离子发生器,从而除掉有害物质。过滤筛可以拆下来清理或更换,活性炭也可以更换。当烟雾逐渐减少,传感器 MQ2 导电率升高,加在电极间两端 HH的电压升高,输出电压变小,晶体管 9013 截止,则继电器 JRC4100F 两端电压为零,继电器跳转为常态,风扇 FAN 停止转动,通电指示灯变亮。注:为了使到在烟敏器件电路发生故障的时候烟灰缸还能工作,我们另外接了一个手动的开关(如电路图中的开关 K) ,这样,当电路发生故障的时候,我们可以手动的开启电机,一样能达到抽烟过滤的功能。调试电路主要通过调试可变电阻 ,可以调节烟雾传感器的灵敏度,以获得满意的烟雾浓度风扇启动点。 3.1.2 单片机的选择单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了 I/O 设备。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词“智能型” ,如智能型洗衣机,各种警报器中的应用等。一方面它要接收来自传感器的气体浓度的模拟信号和故障检测信号,另一方面要对两种信号分别进行处理,控制后续电路的相应工作;同时,查询是否有键按下的命令。在单片机实现的功能中,将模数转换后的信号做数字滤波,再进行线性化处理,这一过程的软件实现,需要单片机有较快的运算速度,使仪表监测人员能够观测到并进行相应处理。根据此次的实验要求设计我们采用的是 51 系列的单片机,根据多方面的比较我此次采用的是 AT89C51 的单片机。3.1.3 AT89C51 单片机的介绍描述AT89C51 是一个低电压,高性能 CMOS 8 位单片机带有 4K 字节的可反复擦写的程序存储器(PENROM) 。和 128 字节的存取数据存储器(RAM) ,这种器件哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-15-采用 ATMEL 公司的高密度、不容易丢失存储技术生产,并且能够与 MCS-51 系列的单片机兼容。片内含有 8 位中央处理器和闪烁存储单元,有较强的功能的AT89C51 单片机能够被应用到控制领域中。功能特性AT89C51 提供以下的功能标准:4K 字节闪烁存储器,128 字节随机存取数据存储器,32 个 I/O 口,2 个 16 位定时/计数器,1 个 5 向量两级中断结构,1 个串行通信口,片内震荡器和时钟电路。另外,AT89C51 还可以进行 0HZ 的静态逻辑操作,并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作,能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容,但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。引脚描述AT89C51 单片机的引脚图如下图 3-6:图 3-6 AT89C51 引脚图VCC:电源电压 GND:地哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-16-P0 口:P0 口是一组 8 位漏极开路双向 I/O 口,即地址/数据总线复用口。作为输出口时,每一个管脚都能够驱动 8 个 TTL 电路。当“1”被写入 P0 口时,每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0 口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时,转换地址和数据总线复用,并在这时激活内部的上拉电阻。P0 口在闪烁编程时,P0 口接收指令,在程序校验时,输出指令,需要接电阻。P1 口:P1 口一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 的输出缓冲级可驱动 4个 TTL 电路。对端口写“1” ,通过内部的电阻把端口拉到高电平,此时可作为输入口。因为内部有电阻,某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时,P1 口接收低 8 位地址。P2 口:P2 口是一个内部带有上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 的输出缓冲级可驱动 4 个 TTL 电路。对端口写“1” ,通过内部的电阻把端口拉到高电平,此时,可作为输入口。因为内部有电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器时,P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器时,P2 口线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时,P2 口接收高位地址和其它控制信号。P3 口:P3 口是一组带有内部电阻的 8 位双向 I/O 口,P3 口输出缓冲故可驱动 4个 TTL 电路。对 P3 口写如“1”时,它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时,被外部拉低的 P3 口将用电阻输出电流。P3 口除了作为一般的 I/O 口外,更重要的用途是它的第二功能,如下表 3.7所示: 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-17-表 3-7 AT89C51 各部分引脚的作用端口引脚第二功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RDP3 口还接收一些用于闪烁存储器编程和程序校验的控制信号。RST:复位输入。当震荡器工作时,RET 引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。ALE;当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE 输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。即使不访问外部存储器,ALE 以时钟震荡频率的 1/16 输出固定的正脉冲信号,因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲时,闪烁存储器编程时,这个引脚还用于输入编程脉冲。如果必要,可对特殊寄存器区中的 8EH 单元的 D0 位置禁止 ALE操作。这个位置后只有一条 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才会被应用。此外,这个引脚会微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置 ALE 无效。PSEN:程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号,当 AT89C51 由外部程序存储器读取指令时,每个机器周期两次 PSEN 有效,即输出两个脉冲。在此期间,当访问外部数据存储器时,这两次有效的 PSEN 信号不出现。EA/VPP:外部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器,EA 端必须保持低电平。需要注意的是:如果加密位 LBI 被编程,复位时内部会锁存 EA 端状态。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-18-如 EA 端为高电平,CPU 则执行内部程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时,该引脚加上+12V 的编程允许电压 VPP,当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 VPP。XTAL1:震荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2:震荡器反相放大器的输出端。振荡器特性: XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.1.4 AT89C51 单片机的时钟电路T89C51 中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器,引脚 XTAL1和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自然震荡器。 外接石英晶体及电容 C1,C2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。对外接电容 C1,C2 虽然没有十分严格的要求,但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体,我们推荐电容使用 30PF10PF,而如果使用陶瓷振荡器建议选择 40PF10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。这种情况下,外部时钟脉冲接到XTAL1 端,即内部时钟发生器的输入端,XTAL2 则悬空。由于外部时钟信号是通过一个 2 分频触发器后作为内部时钟信号的,所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求,但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。图 3-8 内部振荡电路哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-19-图 3-9 外部振荡电路时钟电路图如下图 3.10:图 3-10 时钟电路图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-20-3.1.5 AT89C51 单片机的复位电路在整个燃气报警系统中,要进行实验,必须对整个系统先复位。复位是单片机的初始化操作。单片机系统在上电启动运行时,都需要先复位。其作用是使 CPU 和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作,因而,复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的,必须配合相应的外部复位电路才能实现。单片机的外部复位电路有上电复位和上电和按键均有效的复位两种。我们在设计单片机复位时,选用上电复位。上电要求接通电源后,单片机实现自动复位操作。上电瞬间 RST 引脚获得高电平,随着电容的充电,RST 引脚的高电平将逐渐下降。RST 引脚的高电平只要能保持足够的时间(2 个机器周期),单片机就可以进行复位操作。该电路典型的电容参数为:晶振为 12MHZ,电容值为 1uF。51 单片机复位电路如下图 3-11:图 3-11 单片机复位电路图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-21-3.2 外围接口电路的设计3.2.1 驱动模块的选择对于驱动模块的选择,实验中测得 74LS245 输出高电平为 3.8V,而74HC245 输出高电平为 5V。由于 74HC245 与 74LS245 相比较价格较贵,而74LS245 输出的 3.8V 高电平足以驱动七段显示数码管,因此设计中采用74LS245。由于七段显示数码管的工作电压为 2V,而 74LS245 输出高电平 3.8V,因此限流电阻两端的电压为 1.8V。而七段显示数码管每位正常工作的电流为2mA,而四位七段数码管的每一个相同的位段又是并联的形式连接的,为了保证每一位的亮度相同,因此每位段位电流应该为 8mA,即流过限流电阻的电流为 8mA。因此限流电阻的阻值=1.8V/8mA=225 欧,故本次设计中采用 220 欧的电阻作为限流电阻。74LS245 的引脚图如下图 3-12:图 3-12 74LS245 引脚图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-22-74LS245 是我们常用的芯片,用来驱动 led 或者其他的设备,它是 8 路同相三态双向总线收发器,可双向传输数据。74LS245 还具有双向三态功能,既可以输出,也可以输入数据。当 8051 单片机的 P0 口总线负载达到或超过 P0 最大负载能力时,必须接入 74LS245 等总线驱动器。当片选端/CE 低电平有效时,DIR=“0” ,信号由 B 向 A 传输;(接收)DIR=“1” ,信号由 A 向 B 传输;(发送)当 CE 为高电平时,A、B 均为高阻态。3.2.2 DS18B20 温度传感器的介绍DS18B20 数字温度传感器接线方便,封装成后可应用于多种场合,如管道式,螺纹式,磁铁吸附式,不锈钢封装式,型号多种多样,有LTM8877,LTM8874 等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20 可用于电缆沟测温,高炉水循环测温,锅炉测温,机房测温,农业大棚测温,洁净室测温,弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。1.技术性能描述独特的单线接口方式,DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。测温范围 55+125,固有测温分辨率 0.5。、支持多点组网功能,多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上,最多只能并联 8 个,实现多点测温,如果数量过多,会使供电电源电压过低,从而造成信号传输的不稳定。工作电源: 35V/DC在使用中不需要任何外围元件测量结果以 912 位数字量方式串行传送不锈钢保护管直径 6适用于 DN1525, DN40DN250 各种介质工业管道和狭小空间设备测温标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选PVC 电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。DS18B20 温度传感器引脚图如下图 3-13:哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-23-图 3-13 DS18B20 引脚图DS18B20 内部结构图如下图 3-14:图 3-14 DS18B20 内部结构图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-24-主要由 4 部分组成:64 位 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和 TL、配置寄存器。ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的,它可以看作 是该 DS18B20 的地址序列码,每个 DS18B20 的 64 位序列号均不相同。64位 ROM 的排的循环冗余校验码(CRC=X8X5X41) 。 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。DS18B20 温度传感器采集温度传入单片机进行分析,最后的结果在 LED 中进行显示。对温度部分进行仿真,可以在 DS18B20 的硬件里设计不同的温度值最后再经过调试在 LED 中进行显示。首先在图 1 中设计温度值为 22.5,在 protues 中的仿真结果如下图 3-15:图 3-15 温度值设为 22.5 时的仿真图在图 2 中设置温度值为 31.5,其结果仿真如下图 3-16:哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-25-图 3-16 温度值设为 31.5 时的仿真结果图由上两图可以知道此次的温度传感器与单片机相连的结果是正确的。3.2.3 声音报警电路声音报警电路图如图所示。报警装置采用蜂鸣器较一般的蜂鸣器体积大,声音响亮,适用于家用燃气报警器的报警声音源。当单片机 AT89C51 的 8 脚(P3.7)置 1 时,三极管导通,蜂鸣器报警。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-26-图 3-17 声音报警电路图灯光报警由于在 protues 中无法进行声音的仿真,所以此次的设计我们采用 LED 二极管进行显示,其在 protues 中的硬件连接图如下 3-18。图 3-18 灯光报警的电路连接图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-27-当无煤气,天然气泄漏的时候此时的 LED 即 P1.3 为高电平 5V,此时的LED 管不发光。当有煤气,天然气泄漏的时候此时的 LED 为低电平 0V,通过模拟示波器我们可以得到的是 LED 管脚输出为方波波形,此时的 LED 每 2S 亮灭一次。波形图如下图 3-19:图 3-19 LED 接口出口地方的波形图3.2.4 气体检测模块和光报警电路灯光报警电路图如图所示。单片机 AT89C51 的 1 脚(P1.0)控制输出的状态指示灯。红灯不亮表示正常状态,环境中可燃气体浓度极低。红灯闪亮表示环境中可燃烟雾浓度超过报警限值,提醒用户尽快采取相应安全措施。当烟雾浓度超过报警限,报警器发出鸣叫,用户到达现场,可进行操作停止报警器鸣叫。若过一点时间浓度仍超出报警限,报警器会再次鸣叫提醒用户。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-28-图 3-20 报警电路图由前面的我们提到在 protues 中没有气敏传感器的元器件,故在此次的实验设计中我们采用的是阻值范围在 220k 欧的电阻进行替代,当没有煤气,天然气泄漏时,此时的电阻值应该在 20k 欧,此时检测出模块的输出端为高电平,此时的 LED 发光,其仿真的结果如下图 3-21:x11%20KR10133%RV210K32184U4:ALM358R11100KR1210kD21N4001D31N4001Q2BC338R1310kC41000uR142KR153KR11(1)R13(2)R14(2)Q2(B)D4LED-YELLOW图 3-21 无煤气泄漏的仿真结果图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-29-当有煤气,天然气泄漏时,此时的阻值应该在 2k 欧,此时应该检测出模块的输出端为低电平,此时的 LED 灯熄灭。3.3 本章小结根据要求,设计中我们选用 AT89C51 单片机。AT89C51 单片机的主控电路包括时钟电路、复位电路。两电路的接法在前面分别做了介绍,这里不再赘述。而传感器是将非电量需要转换成与非电量有一定关系的电量。当今信息时代,随着电子计算机技术的非速发展,自动检测,自动控制技术显露非凡的能力,而大多数设备只能处理电信号,也就需要把被测,被控非电量的信息通过传感器转换成电信号。可见,传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。没有传感器对原始信息进行精确可靠的捕捉和转换,就没有现代自动检测和自动控制系统。没有传感器就没有现代科学技术的迅速发展。设计中,传感器我们选择的是 MQ-2型气体传感器连接在 A/D 转换器的输入接口。我们将主控电路和外围接口电路(AT89C51 与 A/D 转换器的接口电路、AT89C51 与声光报警电路)连接起来,就得到了基于 AT89C51 的气体报警总电路图。当外部环境(气体浓度)达到一定值时,气体传感器就会产生模拟电压,将它作为输出的模拟信号经 ADC0808 转换器转换为 AT89C51 单片机所能识别的数字电压量。通过检测信号。当有信号输入时,经程序设定就会驱动 AT89C51 单片机的P1.7 和 P1.0。而 P1.7 和 P1.0 是与声光报警电路相连接的。综上所述,得出总电路图如图 3-22 所示:哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-30-图 3-22 燃气报警系统总电路图哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-31-第 4 章 燃气泄漏报警系统的软件部分设计4.1 主程序设计流程C 语言是一种编译型程序设计语言,它兼顾了多种高级语言的特点,并具备汇编语言的功能。C 语言有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良好的可移植性,而且可以直接实现对系统硬件的控制。C 语言是一种结构化程序设计语言,它支持当前程序设计中广泛采用的由顶向下结构化程序设计技术。此外,C 语言程序具有完善的模块程序结构,从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。因此,使用 C 语言进行程序设计已成为软件开发的一个主流。用 C 语言来编写目标系统软件,会大大缩短开发周期,且明显地增加软件的可读性,便于改进和扩充,从而研制出规模更大、性能更完备的系统,用 C 语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。所以作为一个技术全面并涉足较大规模的软件系统开发的单片机开发人员最好能够掌握基本的 C 语言编程。使用 C 语言肯定要使用到 C 编译器,以便把写好的 C 程序编译为机器码,这样单片机才能执行编写好的程序。主程序流程图如图所示。首先要给传感器预热三分钟,因为 MQ-2 型半导体电阻式气体传感器在不通电存放一段时间后,再次通电时,传感器不能立即正常采集烟雾信息,需要一段时间预热。程序初始化结束后,系统进入监控状态。本论文的主程序设计先对传感器预热三分钟,预热同时,对传感器加热丝故障检测,采用软件方式检测传感器加热丝或电缆线是否断线或者接触不良。 AT89C51 单片机对传感器检测的气体浓度信号进行 A/D 转换,将浓度值与报警限设定值相比较,判断是否报警。主程序还包括状态指示灯及声音报警功能设置,使报警器功能更加完善,给用户带来便利。主设计流程如图 4-1-1哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-32-系统初始化程序开始采集传感器电压处理传感器电压判断天然气浓度是否超标发出声报警图 4-1 主程序流程4.2 程序调试Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统,与汇编相比,C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。用过汇编语言后再使用 C 来开发,体会更加深刻。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows 界面。另外重要的一点,只要看一下编译后生成的汇编代码,就能体会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。KEILC51 标准 C编译器为 80C51 微控制器的软件开发提供了 C 语言环境,同时保留了汇编代码哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-33-高效,快速的特点。C51 编译器的功能不断增强,更加贴近 CPU 本身,及其它的衍生产品。C51 已被完全集成到 uVision2 的集成开发环境中,这个集成开发环境包含:编译器,汇编 器,实时操作系统,项目管理器,调试器。uVision2 IDE 可为它们提供单一而灵活的开发环境。 4.2.1 程序调试的步骤(1) 源文件的建立:使用菜单 “新建文件”或者点击工具栏的新建文件按钮,即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗口,在该窗口中输入C 语言源程序。保存该文件,加上扩展名(.c) ,这里将文件保存为 gas.c。(2)建立工程文件:点击“工程-新建工程”菜单,出现一个对话框,要求给工程起一个名字,我们输入天燃气,不需要扩展名,点击保存按钮,出现第二个对话框。这个对话框要求选择目标 CPU(即我们所使用的芯片型号AT89C51)点击 ATMEL 前面的“+”号,展开该层,点击其中的 AT89C51,然后点击确定按钮。回到主界面,此时,在工程窗口的文件页中,出现了“目标 1” ,前面有 “+”号,点击“+”展开,可以看到下一层的“源代码组 1”,这时的工程还是一个空工程,里面什么文件也没有,需要手动把刚才编写好的源程序加入,点击“源代码组”使其反白显示,然后,点击鼠标右键,出现一个下拉菜单。选中其中的“添加文件到原目标 1 的对话框,要求寻找源文件,注意该对话框下面的“文件类型“默认为 C Souce file (*.c),也就是以 C 为扩展名的文件。双击燃气.c 文件,将文件加入项目,注意,在文件加入项目后,该对话框并不消失,等待继续加入其他文件,但初学时常会认为操作没有成功而再次双击同一文件,这时会出现对话框,提示你所选的文件以在列表中,此时点击确定,返回前一对话框,然后,点击”关闭”即可返回主界面,返回后,点击“源程序 1”前的加号,会发现 gas.c 文件以在其中。双击文件名,即打开源程序。(3)工程的详细设置:首先点击左边工程窗口的目标 1,然后使用菜单“工程-为所有目标建立文件 ”即出现对工程设置的对话框,对这个对话框可谓非常复杂,共有 8 个页面,要全部高清可不容易,好在绝大部分设置项取默认值就行了。设置完成以后安确认返回主界面,工程建立、设置完毕。(4)编译、连接:在设置好工程后,既可以进行编译、连接。选择菜单工程编译程序,对当前工程进行连接,如果当前文件已修改软件会先对该文件进行比阿尼,然后在连接以产生目标代码。编译过程中的信息将出现在输出窗口中的编译页中,如果源程序有语法错误,会有错误报告出现,双击该行,可哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-34-以定到出错的位置,对源程序反复修改后,最终会得到如图 5-1 所示的结果,提示获得了名为 gas.hex 的文件,该文件即可被编程器读入并写到芯片中,同时还产生了一些其他相关文件可被用于 KEIL 的仿真与调试。最后编译建立所有目标的结果如图 4-2-1 所示。图 4-2 在 keilc 编译出结果4.3 本章小结在进入环境以后,有时会遇到了些问题,总结如下:(1)在进入 Keil 的调试环境以后,发现程序有错解决方法:将光标定位于需要修改的程序上,用菜单,DebugInline Assambly即可出现对话框,Enter New 后面的编辑框内直接输入需要修改的程序语句,输入完之后键入回车将自动指向下一条语句,可以继续修改,如果不在需要修改,可以点击右上角的关闭按钮关闭窗口。(2)汇编出现数字、字母混淆解决方法:字母“O” 和 数字 “0”的混淆(3)程序调试时,一些程序必须满足一定的条件才能被执行到解决方法:这些条件往往是异步发生或难以预先设定的,这类问题使用的单步实行方法是很难调试的,这时就要使用程序调试中的另一种非常重要是方法-断点设置。断点设置的方法有多种,常用的是在某一程序行设置断点,设置好断点后可以全速运行程序,一旦执行到该程序行即停止,可在此观察有关变量值,以确定问题所在。在程序行设置/移除断点的方法是将光标定位于需要设置断点的程序行,使用菜单 Debug/Insert/Remove Breakpoint 设置或移除断点;Debug/Enable/Disable Breakpoint 是开启或暂停光标所在懂行的断点功能;Debug/Kill All Breakpoint 清除所有的断点设置。这些功能也可以用工具条上的快捷键进行设置。(4)输入程序时,有中文标点,用 keil 编译时出现错误解决方法:程序里有带中文标点,用英文重输入一遍。哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-35-结论气体检测报警器可保障生产与生活的安全,避免火灾和爆炸事故以及煤气中毒的发生,它是防火、防爆和安全生产所必备的仪器,具有广阔的市场空间与发展前景。 本论文在对气体传感器和报警技术进行深入研究的基础上,全面比较国内外同类产品的技术特点,合理地确定系统的设计方案。并对仪器的整体设计和各个组成部分进行了详细的分析和设计。 本论文设计的气体报警器由气体信号采集电路与单片机控制电路两大部分构成。 根据设计要求、使用环境、成本等因素,选用 MQ-2 型半导体电阻式气体传感器。该传感器是对以烷类气体为主的多种气体有良好敏感特性的广谱型半导体敏感器件。它的灵敏度适中,具有响应与恢复特性好,长期工作稳定性、重现性、不易受环境影响及抗温湿度影响等优点。 在系统单片机控制电路的设计上,采用了 AT89C51 单片机作为核心芯片,充分利用了其高速数据处理能力和丰富的片内外设,实现了仪器的小型化和智能化。使仪器具有结构简单、性能稳定、体积小、成本低等优点。由于气体传感器需要在加热状态下工作,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,需要向气体传感器持续供给 5V 的加热电压。 气体报警器能实时范围检测工作,当烟雾的浓度达到设定的浓度时,发出声光报警。报警器还可以与上位机(PC)进行通信,实时传输烟雾浓度检测数据,由上位机记录保存,也可以利用上位机完成实现远程实时检测和控制等功能。 在本论文研制的报警器的基础上,可以再做适当的功能扩展,使可燃性气体报警器的功能更加完善,安全性更高,使用更加方便等。 致谢首先感谢曾凡菊老师给我的指导,在毕业设计过程中我始终得到曾老师的哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-36-悉心指导和认真指点,使我的理论知识和动手操作能力都有了较大的提高,在宋老师身上,我看到了科研工作者所特有的严谨求实的教学风范,勇于探索的工作态度和求同思变、不断创新的治学理念。不知疲倦的敬业精神和精益求精的治学要求,端正了我的学习态度,使我受益匪浅。这次毕业设计刚开始的时候我什么都不懂,对于这篇论文完全不知道该怎么着手,可是曾老师每次都耐心的给我讲解,鼓励我要勇于探索让我对于论文有了一个初步构思,从而知道该怎么去一步步的完成它。在完成初稿时也遇到了很多问题对于仿真软件的运用我不清楚,还有就是对于计算器的硬件连接我连接了好多次都还是不正确。最后都是在曾老师的帮助下我克服了这些问题。最后成功的把毕业设计做完了并完成了仿真。写到这里我很激动,我要正式的向曾老师致谢。如果没有曾老师的帮助我是不可能完成这次毕业设计的,这次毕业设计我所学到的不仅仅是书本上的知识,还有坚持一路向前坚持的精神。这将为我以后的人生道路做好指引,我将受益一生。参考文献1李建忠. 单片机原理及应用(第二版)M. 西安电子科技大学出版社, 2008 2周立功. 单片机实验与实践教程(三)M. 北京: 北京航空航天大学出版哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-37-社, 20063江世明. 基于 Proteus 的单片机应用技术M. 北京:电子工业出版社, 20094何立民. 单片机高级教程(应用与设计)M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 20005周明德. 单片机原理与技术M. 北京:人民邮电出版社, 20086张友德. 单片微型计算机原理应用与实验M. 上海:复旦大学出版社, 20037邹久朋. 80C51 单片机实用技术M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 20088张靖武. 单片机系统的 Proteus 设计与仿真M. 北京:电子工业出版社, 20079周澜景. 基于 Proteus 的电路及单片机系统设计与仿真M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 200710潘永雄. 新编单片机原理与应用M. 西安:西安电子科技大学出版社, 200311赵星寒. 从零开始教你用单片机M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 200912周澜景. 基于 Proteus 的 ARM 虚拟开发技术M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 200613林志琦. 基于 Proteus 的单片机可视化软硬件仿真M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 200614陈富安. 单片机与可编程控制器应用技术M. 电子工业出版社,200615孙中辉. 室内煤气、天然气泄漏报警器的设计D. 呼和浩特:内蒙古大学,2009附录 1 译文1、PLC 即可编程控制器(Programmable logic Controller,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会(International Electrical Committee)颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-38-如下定义:PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC 是可编程逻辑电路,也是一种和硬件结合很紧密的语言,在半导体方面有很重要的应用,可以说有半导体的地方就有 PLC,PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。 ”2 PLC 的特点2.1 可靠性高,抗干扰能力强2.2 配套齐全,功能完善,适用性强2.3 易学易用,深受工程技术人员欢迎2.4 系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造2.5 体积小,重量轻,能耗低3 PLC 基础知识PLC 的发展历程 在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。4 PLC 的应用领域目前,PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类。(1)开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。(2)模拟量控制在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-39-和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。(3)运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(4)过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,PLC 能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块,目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。(5)数据处理现代 PLC 具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算) 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5. PLC 的国内外状况在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC的应用。目前,我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外,无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期,随着我国现代化哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-40-进程的深入,PLC 在我国将有更广阔的应用天地。6. PLC 未来展望将来,PLC 会有更大的发展。从技术上看,计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展;从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更齐全,完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看,各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看,可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统 DCS(Distributed Control System)中已有大量的可编程控制器应用。可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。附录 2 英文参考资料1 PLC controller can be programmed (Programmable logic Controller, refers to computer technology-based new industrial control devices. In 1987, the International Electrotechnical Commission (International Electrical Committee) issued a draft standard for PLC made the following definition of PLC : 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-41- PLC name in English Programmable Logic Controller, the Chinese called the programmable logic controller, the definition is: a digital computing operation of electronic systems, in industrial environments for applications. It uses a class of programmable memory, for its internal storage procedures, the implementation of logic operations, sequence control, timing, counting and arithmetic operations, such as user-oriented instruction, and digital or analog input / output control of all types the machinery or the production process. PLC is programmable logic circuits, and hardware is also a very strong combination of language, in the semiconductor has a very important application, is a place where there semiconductor PLC ,PLC is a specialized in industrial environments for applications designed to operate electronic digital computing device. It uses the memory can be programmed to store in its internal implementation logic operations, the order of operations, timing, counting and arithmetic operations, such as operating instructions, and can be digital or analog input and output, control of various types of machinery or production processes. PLC and its associated peripheral equipment should be in accordance with the industrial control system is easy to form a whole, easy to extend its functionality the principle of design. 2 Characteristics of the PLC 2.1 high reliability, strong anti-interference ability 2.2 supporting complete, fully functional applicability 2.3 easy to learn and use by engineering staff welcomes the 2.4 System design, construction work in small, easy maintenance, easy to transform 2.5 small size, light weight, low energy consumption 3 PLC Basics PLC course of development in the industrial production process, a large number of switches to control the volume of the order, which in accordance with the terms of the order of the logic of action, and in accordance with the logic of the relationship between the chain to protect the control action, and a large number of discrete volume data collection. Traditionally, these functions through pneumatic or electrical control system to achieve. 4 PLC applications At present, PLC at home and abroad, has been widely used in iron and steel, petroleum, chemical, electric power, building materials, machinery manufacturing, automobile, textile, transportation, environmental protection and cultural entertainment and other industries, the use can be broadly divided into the following categories. 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-42-(1) The logic control switch PLC which is the most fundamental and wide-ranging applications, which relay to replace the traditional circuits, the realization of the logic of control, order control, equipment can be used for a single control group can also be used for multi-line control and automation. Such as injection molding machines, printing presses, Protocol machinery, modular machine tools, grinding machines, packaging production line, assembly line, such as electroplating. (2) Analog control In the industrial production process, there are many changes in the amount of continuous, such as temperature, pressure, flow, level and speed are all analog. In order to deal with analog programmable controller, the need for analog (Analog) and Digital (Digital) between the A / D conversion and D / A conversion. PLC manufacturers are supporting the production of the A / D and D / A converter module, so that the programmable controller used to simulate the volume control. (3) Motion Control PLC can be used in a circular motion or linear motion control. From the control configuration, the early switch directly to I / O modules to connect the location of sensors and the executing agency, is now generally use a dedicated motion control module. Such as stepper motor or servo-driven single-axis or multi-axis motor control module location. PLC worlds major manufacturers of products that almost every motion control functions, a wide variety of machinery, machine tools, robots, elevators and so on. (4) Process Control Process control refers to the temperature, pressure, flow volume of the closed-loop control simulation. For industrial control computer, PLC to the preparation of a wide range of process control algorithm to complete the closed-loop control. PID regulation of a general closed-loop control system with a lot of adjustment methods. PLC have a large and medium-sized PID modules, many small PLC module also has this feature. PID operation processing is PID-specific subroutines. Process control in metallurgy, chemical industry, heat treatment, boilers, control and so on have a very wide range of applications. (5) Data Processing PLC with modern mathematics (including matrix operations, function operations, logic operations), data transfer, data conversion, sorting, look-up table, bit operation functions, you can complete the data collection, 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计(论文)-43-analysis and processing. These data can be stored in the memory of the reference value of comparison, the complete control of certain operations, can also be used to send communication to other intelligent devices, or to print them tabulation. Generally used in large-scale data processing control systems, no control, such as flexible manufacturing systems; also can be used for process control systems, such as paper making, metallurgy, food industry in a number of large-scale control system. 5. PLC situation at home and abroad In the course of industrial production, a large number of switches to control the volume of the order, which in accordance with the terms of the order of the logic of action, and in accordance with the logic of the relationship between the chain to protect the control action, and a large number of discrete volume data collection. Traditionally, these functions through pneumatic or electrical control system to achieve. Chinas introduction of programmable controllers, application, development, production is accompanied by the beginning of reform and opening up. The first device in the introduction of large-scale use of the programmable controller. Then in a variety of production equipment and products, expanding the application of the PLC. At present, our country has its own small and medium-sized programmable controller can be produced. Electric Co., Ltd. Shanghai East house CF production line, Hangzhou Machine Tool & Electric Appliance Factory production DKK and D series, the production of Dalian Modular Machine Tool Research Institute of the S series, the Suzhou factory computer YZ series produced a wide range of products has a certain scale and in industrial produ
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