智能可燃气体探测控制器设计.doc

常州信息职业技术学院学生毕业设计（毕业论文）系 别： 机电工程系 专 业： 机电一体化 班 级： 机电051 学 生 姓 名： 吴兴海 学 生 学 号： 0504053148 设计（论文）题目： 智能可燃气体探测控制器设计 指 导 教 师： 朱江 设 计 地 点： 常州信息职业技术学院 起 迄 日 期： 8月 1 日 8月22 日 目录1毕业设计（论文）任务书-32毕业设计（论文）开题报告-43摘要关键字-64前言-65智能可燃气体探测控制器的发展-66. 智能可燃气体探测控制器的工作原理-117.硬件结构-13 8.元气件选择-139.软件设计 -188软件仿真-249.结 束 语-2410答谢词-2411毕业设计（论文）成绩评定表-25 毕业设计（论文）任务书专业：机电一体化 班级：机电051 姓名： 吴兴海 一、课题名称：智能可燃气体（天然气、煤气、液化气、氢气）探测控制器设计二、主要技术指标：1.MCS-51系列单片机 2. 三菱PLC交流电源、24V直流输入类型 3. FX2N-32MR-001 32 16 漏型 16 继电器 150*87*904、探测器参数指标：（1）能设定可燃气体（天然气、煤气、液化气、氢气）浓度报警值，范围在（125LEL）查阅国家推荐标准GT/T12474-90空气中可燃气体爆炸极限测定方法爆炸极限大于4%LEL （2）探测器的报警动作值与可燃气体浓度报警设定值之差不应超过3%LEL（3）在报警范围内，实行声、光（红色指示灯）报警；从报警区移到干净空气区，30秒内应正常显示。三、工作内容和要求：1选题，审题，整理材料2了解PLC系统的应急情况，复习可编程控制的相关内容3分析气体传感器的工作原理，画出控制电路4硬件电路设计 5设计程序6软件仿真：用单步、自动单步或连续执行程序，观察效果7定稿，写总结四、主要参考文献：吴雪峰 PLC智能控制刘 洋 可燃气体探测器工作原理 杨 波 空气中可燃气体爆炸极限测定方法 学 生（签名） 06年8 月 日 指 导 教师（签名） 06年 8 月 日 教研室主任（签名） 06年 月 日 系 主 任（签名） 06年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文题目）工 业 污 水 处 理 的PLC控制 一、选题的背景和意义：随着城市煤气、天然气事业的迅速发展和民用石油液化气用户的增多。可燃气体泄漏报警问题已提到城市消防与建筑电气设计的议日程。(建筑设计防火规范) (GBJ1687)第1032条明确规定： “散发可燃气体可燃气的甲类厂房和场所， 应设置可燃气体浓度检测报警装置”。可燃气体通常是指城市煤气、石油液化气、汽油蒸气、酒精蒸气、天然气以及煤矿瓦斯等。这些气体主要含有烷类、烃类、烯类、醇类、苯类以及一氧化碳和氢等成分。是易燃、易爆、有毒、有害的气体。因此。在生产、输送、贮存和使用这些气体的过程中， 如违反操作规程或设备密封质量不好，都有可能发生可燃气体泄漏现象， 进而酿成火灾或爆炸事故， 给国家和人民的生命财产造成损失。近年来， 这类事故实例不胜枚举。为了防止这类事故的发生，装设可燃气体浓度检测报警装置是非常必要的， 可以及时发现事故隐患，尽早采取补救措麓。二、课题研究的主要内容：1选题，审题，整理材料2了解PLC系统的应急情况，复习可编程控制的相关内容3分析气体传感器的工作原理，画出控制电路4硬件电路设计 5设计程序6软件仿真：用单步、自动单步或连续执行程序，观察效果7定稿，写总结三、主要研究（设计）方法论述：通过查找资料了解智能可燃气体探测控制器系统工作原理，画出采样电路、交流电源开关电路、控制电路和报警电路。在传统的可燃气体报警器基础上进行技术革新，选择合适的元器件。然后设计软件部分，并在PC环境下用单步、自动单步或连续执行程序，观察仿真效果。最后进行修改写出定稿。四、设计（论文）进度安排： 7月31日8月22日时间（第 周）工 作 内 容2006.73183选题、审题、收集资料、整理资料8.48.5了解PLC控制系统的应用情况，复习可编程控制器的相关理论8.58.7分析控制器的PLC控制系统8.88.9分析气体传感器的工作原理，画出系统框图8.108.11硬件电路设计8.128.13设计程序8.148.15软件仿真：用单步、自动单步或连续执行程序，观察效果8.178.18整理所有材料，完成设计报告8.198.20写总结，修改初稿8.218.21定稿五、指导教师意见： 指导教师签名： 06 年 08月22日六、系部意见： 系主任签名： 06 年 08月22日课程总结随着毕业日子的到来，课程设计也接近了尾声。时间过的真快 ,转眼间，毕业设计的写作终于划上了句号，大学最后的时光就在这样的忙碌和充实中度过了。从拿到毕业设计任务书到完成本次设计，这一个多月的时间里我感觉自己经历了很多，也学到了很多。 经过几周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前觉得自己对课本上的知识掌握的已经可以了，现在觉得有点有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，尤其是对这种操作类的课程在社会中的积累占据很大的比重，所以在以后的工作、生活中我都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质以适应这个瞬息万变的社会需求。 这次课程设计中在朱老师的帮助下进行的还算顺利，遇到不懂的地方老师总是能够悉心的教导，耐心的讲解。这次课程设计也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法让我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。首先，我要感谢很多在我完成论文的过程中给予过我关怀帮助的人。然后要谢谢与我一起并肩作战的好朋友好同学们，在我做毕业设计期间他们一直在我身边陪伴我,帮我查资料,找资料. 总之，谢谢所有关心、爱护过我的人。毕业设计的结束，意味着我将开始属于我的新的人生旅程,我会很努力的走完它。 这次课程设计让我觉得自己需要掌握的东西还很多，以往学过的东西真的被应用时才觉得它的重量，也许是万事开头难，但我想如果真的懂得了那么这种难定会降低程度。做完了这项设计有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 感谢老师们给我们的帮助。设计过程中，在老师的悉心引导下我们的进展还算顺利，我通过在图书馆和网络上查阅大量有关资料，以及与同学交流经验和自学，使自己学到了不少知识，当然在此过程中遇到了一些困难但在老师和同学的帮助下都一一克服了。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力和信心，我相信这次做设计的感受会对今后的学习、工作及其生活有非常重要的引导。它不仅大大提高了动手的能力，而且使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的质量如何还有待老师们的评定，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。前言在工业生产和日常生活中，经常使用H2、CO等多种可燃气体。为确保生命和财产安全，在使用可燃气体的场合，必须安装可燃气体探测报警器，以防止发生意外。本设计是在传统的可燃气体报警器基础上进行技术改造的，因此，吸收了原产品的技术优点，增添了新的功能。传统的可燃气体报警器采用分立式元件构成，使用中刚通电时，气敏元件处于不稳定状态，无论有无可燃气源都会发出报警声，输出控制频繁操作，造成现场安装调试比较麻烦。同时，因缺少对气敏元件传感器预热时间的控制，缺少气敏元件传感器本身短路或断路故障的检测，缺少有明显区别的声、光报警，不能符合可燃气体产品的新标准，必须研制新产品。智能可燃气体探测控制器就是在此基础上进行研制的。本设计以MCS-51系列的单片机AT89C2051为核心，本着设计简单、调试方便、安装灵活、安全可靠、节约成本的原则，完成该设计。智能可燃气体探测控制器主要功能以及技术要求：1、对可燃气体进行测量和检测可燃气体浓度达到报警设定值时，应能报警。2、能设定可燃气体浓度报警值，范围在（125LEL）查阅国家推荐标准GT/T12474-90空气中可燃气体爆炸极限测定方法爆炸极限大于4%LEL。3、探测器的报警动作值与可燃气体浓度报警设定值之差不应超过3%LEL。4、常工作：绿灯闪烁，蜂鸣器不报警。5、可燃气体浓度超范围报警：（1）、在报警范围内，实行声、光（红色指示灯）报警。（2）、从报警区移到干净空气区，30秒内应正常显示。6、故障报警：传感器断路、短路时应发出与可燃气体浓度超范围报警明显区别的声、光（黄色指示灯）报警。7、声、光设置手动自检功能。8、浓度超限报警时，应能启动输出控制功能。一、智能可燃气体探测控制器系统工作原理1、可燃性气体传感器工作原理目前，使用最广泛的是烧结型SnO2和Fe2O3气敏传感器。烧结时埋下加热丝和测定电极制成管芯。工作时，加热丝通电加热，测量丝用于测量器件的阻值。使用该气敏元件测量气体成分含量的原理是：当被测可燃气体通过气敏元件的表面时，会发生热化学反应（无焰燃烧），燃烧后的SnO2等金属氧化物中的氧与还原性气体结合，使金属氧化物的阻值发生变化，而且其大小与被测气体浓度成一定比例。通过测量这一变化，就可知空气中可燃性气体浓度的大小。本设计是基于可燃性气体传感器的单片机检测和控制。根据设计要求，选择可燃气体气敏元件MQ-412作为本设计用气体传感器，可检测天然气、煤气、液化气、氢气等多种可燃性气体。该传感器具有长期的稳定性，对可燃性气体有较高的灵敏度、良好的抗温性、良好的重复性；测量范围宽，为10010000PPM；对可燃性气体响应时间10秒，从可燃性气体区移到洁净区域恢复时间30秒；加热电压为5V，测量电压范围为510V；在洁净空气中的测量电阻大于50K；测量可燃性气体浓度和测量端电阻成线形变化。传感器结构和测量电路如图1所示，Vb为加热电压，Va为测量电压。图1 传感器结构和测量电路图2、智能可燃气体探测控制器系统工作原理根据可燃性气体传感器工作原理，按照传感器测量电路图，将可燃性气体浓度转换为电压信号，供浓度采样电路和报警电路使用。根据本设计检测要求，考虑经济因素，不采用模/数转换器，而采用可燃气体浓度测量值与可燃气体浓度超范围的电压设定值进行比较的方法。洁净空气中可燃性气体传感器测量电阻大于50K，在可燃性气体浓度中可燃性气体传感器测量电阻变化较大，其值可变至几K。因而，在测量电压为+5V时，可燃性气体传感器测量输出电压也可从0.3V变化到4.5V以上。根据本设计的要求，实际测量的可燃性气体浓度电压范围在0.3V3.5V之间，考虑余量，设计可燃性气体的浓度电压范围限制在0.3V4.0V之间。设计中，采用运算放大器作为可燃性气体浓度测量值和设定可燃性气体超限浓度电压基准的比较器，比较器输出连到单片机的输入端。可燃性气体传感器测量电压为+5V时，设定可燃性气体浓度超限电压基准范围在0.3V4.0V之间。若可燃性气体浓度大于电压设定值时，则单片机检测到气敏元件有浓度超限发生，单片机发出声、光报警，关闭气源阀门。在进行气敏元件断路故障检测时，可燃性气体传感器输出端电压接近0V，为低电平；气敏元件短路的故障检测时，可燃性气体传感器输出端电压接近+5V，为高电平。因此，采用运算放大器作为可燃性气体输出和故障设定电压值的电压比较器。短路比较器的电压基准值设定为+0.3V，断路比较器的电压基准值设定为+4.9V，比较器输出连到单片机的输入端。当单片机检测到气敏元件有故障发生时，发出故障声、光报警。此处声、光报警与可燃性气体浓度超范围报警有明显区别。手动自检功能通过不互锁按钮实现，常开按钮输出连到单片机的输入端，通过检测常开按钮的电平变化来检测按钮的闭合和松开。因为输出控制不频繁操作，所以选择继电器输出控制电磁阀来实现气源阀门的关闭，从而达到确保生命和财产安全的目的。系统硬件连接框图如图2所示。二、硬件结构：硬件结构主要有交流电源开关电路、电源整流电源稳压等组成。1、开关电源：由于本设计要求体积小，功率不大，考虑重量及抗干扰因素，电源设计采用普通自激式开关电源，单电源+5V供电。由L1、R1R7、V1V2、C1C5、T等组成开关电路， 并由二极管D1、C6、C18构成整流滤波电路，最后经过LM7805稳压和电容滤波，输出+5V电压。如图3所示。2 、采样电路：采用太原电子厂生产的MQ-412型半导体气敏元件，作为可燃气体浓度测量的传感器。从经济角度出发，加热电压、传感器回路电压均有+5V电压供给。测量电路由二极管D2、半导体气敏元件M1、电位器RW、R14、R15、R19、C14、C15等元件组成。二极管D2起一个降压和测量隔离作用。可燃气体浓度的电压比较值，利用的是电压叠加的原理。+5V电压经R14、R15、R19、RW分压后，叠加可燃气体传感器输出的电压一起提供给比较器3脚。调节电位器RW可以调节电压的初始值，从而达到改变可燃气体浓度的设定值。在洁净空气中保证比较器3脚的电压值为0.3V左右。交流电源开关电路电源整流电源稳压交流电源电磁阀声、光报警输出控制采样电路浓度比较故障比较自检电路单片机图2系统硬件连接框图图3 开关电路比较器2脚为比较电压的基准。由R16、RT、R17、R18分压提供，C13起稳定工作点电压的作用。该标准基准电压为2.2V。当可燃气体浓度增大时，气敏元件的阻值变小，运放U3A输入端3脚的电压升高，与2脚电压进行比较，其结果由U3A 1脚输出。R14、R15对小信号进行整形、放大。U3B、R16R18、RT、C13对放大信号进行比较。大于比较电压，输出+5V电压，为高电平；小于比较电压，输出低电平。输出连接到单片机的输入脚，供单片机判断。单片机输入脚等于高电平，可燃气体浓度不超范围；等于低电平，可燃气体浓度超范围，发出浓度超限声、光报警，关闭气源阀门。图4 浓度采样电路3、手动按钮控制如图5所示：由不互锁按钮K、R9、C17构成。在可燃气体浓度测量正常范围内，按一下，自检可燃气体浓度超范围故障，发出声、光报警，关闭气源阀门。再按一下，自检恢复正常绿灯闪烁。长时间按住3秒钟，自检发光二极管和蜂鸣器工作状态，不关闭气源阀门： (1)、正常显示，绿灯闪烁，计时5秒。（2）、可燃气体浓度超范围发出声光报警计时5秒。（3）、气敏元件断路和短路故障发出声、光报警，计时5秒 4、控制电路继电器输出电路由V3、V4、D6、R11、R13和继电器组成。当检测可燃气体浓度大于浓度设定值时，单片机对应引脚输出低电平，三极管V3、V4导通，继电器吸合，1、3脚连通，+8V电压加到电磁阀两端，电磁阀动作，关闭气源。二极管D6起续流作用，保护三极管不被继电器反电势击穿。二极管D11起续流作用。 图5按钮电路 图6 继电器控制电路5、报警电路报警电路由R12、V5、S2组成。三极管V5工作在饱和状态，起功率放大作用。当可燃气体浓度小于浓度设定值（正常工作）时，单片机对应引脚输出高电平，不报警；当检测可燃气体浓度大于浓度设定值时，单片机对应引脚输出低电平，三极管V5导通，执行报警。当气敏元件发生短路或断路故障时，单片机对应引脚输出低电平，三极管V5导通，发出故障报警。浓度超限报警和故障报警两种报警声有明显区别，分别由单片机程序设定。 图7 报警电路和LED光报警电路6、LED光报警电路由于对发光颜色有不同要求，所以选择LED双色（红、绿）共阳极发光二极管作为光源。绿色指示灯闪烁点亮，表明智能可燃气体探测控制器正常工作。检测可燃气体浓度大于浓度设定值时，单片机对应引脚输出低电平，红灯常亮，发出声、光报警。当气敏元件发生短路或断路故障时，单片机对应引脚全部输出低电平，黄灯（红灯和绿灯合成）常亮，发出有明显区别的声、光报警。7、故障检测：气敏元件发生短路时，气敏元件输出直接连到+5v,为高电平。气敏元件发生断路时，气敏元件输出接近0V，为低电平。而正常工作及可燃气体浓度超过浓度设定值的气敏元件输出范围为(0.3V4.0V)。所以设定气敏元件短路的基准。电压值为4.9V，设定气敏元件断路的基准电压值为0.3V。气敏元件输出小于0.3V，为气敏元件断路故障。气敏元件输出大于4.9V，为气敏元件短路故障。由电阻R20R21 、R23R24、双运放U4构成故障检测电路。图8 故障检测电路类型指示灯继电器蜂鸣器正常工作绿灯秒闪烁不动作不报警短路与断路故障黄灯常亮不动作急促报警浓度超限红灯常亮动作缓慢报警按自检按钮单数红灯常亮动作缓慢报警按自检按钮双数绿灯秒闪烁不动作不报警长按3秒钟自检：绿灯秒闪烁5秒红灯常亮5秒黄灯常亮5秒不动作不报警缓慢报警急促报警表1、 声、光工作状态表图9、智能可燃气体检测控制器原理图三、元器件的选择1、电源部分本设计是在传统的可燃气体报警器基础上进行技术革新的，因此采用原有的开关电源。本设计单片机部分负载电流约100毫安，气敏元件负载电流约150毫安，LM7805输入电压为+8V，考虑余量，设总的工作电流为300毫安，则总的功率约3W，LM7805的功耗为（300毫安3V）1W。因此，LM7805必须加散热器。开关电源以效率高、电压适应范围宽而得到广泛应用。开关电源的稳压原理均采用脉冲调宽式的稳压方式，即通过自动改变开关功率管的关闭和导通时间的比例，或通过改变振荡器输出脉冲的占空比来达到稳压的目的。本设计采用原设计中成熟的开关电源电路。电路中加入了吸收电路（由电容和二极管并联组成）、电感、压敏电阻等以提高电源的抗干扰和耐冲击性能。电路中，整流二极管流过的电流约300毫安，直流电压约300V，整个开关电路工作频率只有几十KHz，本着经济的原则，选用市场上通用的IN4007整流二极管、开关功率管E13003等元器件。触发二极管选用DB3。考虑功耗，R3、R4、R6、R7选用0.5W的电阻，其余电阻选用0.25W。主要器件的选择：整流二极管：1N4007（1A/1000V）； 开关功率管：E13003（3A/1000V）触发二极管：DB3 ； C1、C2电容：CBB-400-100N-I2、单片机该单片机为双列直插式DIP20封装，内带2K闪存ROM，有P1口、P3口，使用方便，指令与MCS-51系列兼容。片内程序存储器为电擦写型ROM，整体擦除时间仅为10毫秒，可写入/擦除1000次以上，数据保存10年。图10、单片机引脚示意图该产品一般应用于室内可燃气体场合，外界干扰较少，从经济角度出发，单片机采用上电复位方式，复位时间由R8、C12决定，通常选200毫秒左右。考虑单片机的运行速度，选用常用的12M晶振频率。在此频率下，单片机一个机器周期为1微秒，运行速度较快. AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。表2、主要功能特性：兼容MCS51指令系统2k可反复擦写(1000次)Flash ROM15个双向I/O口6个中断源两个16位可编程定时/计数器2.7-6.V的宽工作电压范围时钟频率0-24MHz128x8bit内部RAM两个外部中断源两个串行中断可直接驱动LED两级加密位低功耗睡眠功能内置一个模拟比较放大器可编程UARL通道软件设置睡眠和唤醒功能3、声光报警单片机AT89C2051的P1口、P3口低电平时的吸收电流可达20mA，不需要外接驱动电路，可直接驱动发光二极管。所以选用LED双色（红、绿）共阳极发光二极管BT311057，经限流电阻直接连到单片机引脚。单片机高电平时，发光二极管不亮；低电平时点亮发光二极管。发光二极管的发光亮度强弱由流过它的电流决定，通常2mA以上就能保证发光二极管可靠发光，它的正常工作电流为810mA，发光二极管的压降为1.5V。所以，选择发光二极管的正常工作电流为10mA，则它的限流电阻可由以下公式计算：RL=（5-1.5）V/10mA=350，取限流电阻为360。蜂鸣器用来作为报警指示，选用直流型FM12-5V型号。蜂鸣器工作电压为+5V，工作电流在20mA以上。单片机的驱动电流不够，不能直接驱动，必须外接功率驱动。因此，选用PNP型三极管9012作为蜂鸣器的功率驱动，与基极相连的电阻取2K阻值，保证三极管工作在饱和状态。4、自检电路自检电路通过按钮触点的闭合和松开来实现，按钮选用不互锁的KA8型号。按钮常开触点一端接电源+5V；另一端连到单片机输入端并通过电阻接地。电阻值取100，电阻两端并联电容是保证开关信号输入的稳定。因此，按钮按下时接+5V，松开时接低电平。单片机通过对应端的电平变化可检测自检电路的按键变化，通过程序完成自检功能的实现。5、继电器输出控制电路继电器是感性元件，驱动电流较大，单片机不能直接驱动，必须经过电路的转换。继电器选用SRS-05DC-SL型号，用直流+5V供电。三极管选用常用的PNP型9012、NPN型9013作为继电器的功率开关。继电器的常开触电一端接7805稳压电源的输入端+8V，另一端接电磁阀。单片机对应引脚输出低电平，三极管V3、V4导通，继电器常开触点吸合，供给外界电磁阀直流+8V电压。接着，电磁阀动作，电磁阀常开触点闭合，关闭气源。二极管D6选用IN4007型号，在电路中起续流作用，保护三极管不被继电器反电势击穿。电磁阀是感性元件，驱动电流较大，电磁阀选用ExiBIIBT3型号，采用直流+8V电压供电；D11选用IN4007型号，在电路中起续流作用。6、气敏元件选择目前，使用最广泛的是烧结型SnO2和Fe2O3气敏传感器。烧结时埋下加热丝和测定电极，制成管芯。工作时，加热丝通电加热，测量丝用于测量器件的阻值。加热电压为+5V，测量电压范围为（510V）本设计是基于可燃性气体传感器的单片机检测和控制。根据设计要求，选择太原电子厂生产的可燃气体气敏元件MQ-412作为本设计用气体传感器，可检测天然气、煤气、液化气、氢气等多种可燃性气体。加热电压为+5V，通电电流为150mA，由7805输出直接提供；测量电压选+5V。该传感器具有长期的稳定性，对可燃性气体有较高的灵敏度、良好的抗温性、良好的重复性；测量范围宽，为10010000PPM；对可燃性气体响应时间10秒，从可燃性气体区移到洁净区域恢复时间30秒；加热电压为5V，测量电压范围为510V；在洁净空气中的测量电阻大于50K；测量可燃性气体浓度和测量端电阻成线形变化。7、浓度采样电路元件选择本设计对运放精度要求不高，可选用双运放TL062作为浓度电压比较器。测量电路由二极管D2、半导体气敏元件M1、电位器RW、R14、R15、R19、C14、C15等元件组成。二极管D2起一个降压和测量隔离作用。比较器2脚的电压基准，由+5V电压经R16、RT、R17、R18分压提供，C13起稳定工作点电压的作用，RT为热敏电阻。选择合适的参数，使该标准基准电压为2.2V。可燃气体浓度的电压比较值，利用的是电压叠加的原理。+5V电压经R14、R15、R19、RW分压后，叠加可燃气体传感器输出的电压一起提供给比较器3脚。调节电位器RW可以调节电压的初始值，从而达到改变可燃气体浓度的设定值。在洁净空气中比较器3脚的电压值为0.3V左右，在测量浓度范围内，比较器3脚的电压值小于4.0V。主要器件的选择：热敏电阻RT：RM-12K ；电阻R16、R18：RJ-0.25-10K； 双运放：TL062；电阻R17：RJ-0.25-6.8K ； 电阻R19：RJ-0.25-1K； 电阻R14：RJ-0.25-2K；电容C14：16V-220uf ； 电阻R15：RJ-0.25-330K； 电位器RW：W-203 ；二极管D2：IN4007 ； 电容C13：16V-10uf8、检测故障元件选择气敏元件发生短路时，气敏元件检测点直接连到+5V，为高电平。气敏元件发生断路时，气敏元件输出接近0V，为低电平。而正常工作及可燃气体浓度超过浓度设定值的气敏元件输出范围为(0.3V4.0V)。根据这一设计要求，选择双运放TL062作为短路和断路的电压比较器。断路比较器基准电压为0.5V，短路比较器基准电压为4.9V。TL062 （A）作断路比较器。2脚为基准电压输入。基准电压由+5V经电阻分压提供，取R20为10K，R21为1K，则断路电压基准为5/（10+1）0.5V。3脚为断路检测输入点。TL062 （B）作短路比较器。6脚为基准电压输入。基准电压由+5V经电阻分压提供，取R23为1K，R24为47K，则短路电压基准为5/（47+1）474.9V。5脚为短路检测输入点。主要器件的选择：电阻R20、R23：RJ-0.25-1K；电阻R21：RJ-0.25-10K；电阻R24：RJ-0.25-47K；双运放：TL062四、软件设计1、软件设计流程图（如图11所示）2、软件设计要求（1）、气敏元件开始工作时，在没有遇到可燃性气体时，其电阻值也会增加，经过5min左右，其电阻值下降到一个稳定值，这时才可以使用。所以，程序有一个预热过程，预热时间为5min。（2）、按钮检测中采用软件延时方法执行按键的去抖动。（3）、电磁阀的驱动电压取之于开关变压器二次侧整流的输出。采用脉冲驱动方式。脉冲时间为20ms。（4）、正常工作绿灯闪烁时间定义如下：秒循环显示。1秒钟内，绿灯点亮600ms，熄灭400ms。（5）、可燃气体浓度超限：红灯常亮。秒循环显示。1秒钟内，蜂鸣器报警750ms，不报警250ms。（6）、故障报警： 黄灯常亮。200毫秒循环。200毫秒钟内蜂鸣器报警100ms，不报警100ms。3、软件程序设计（1）、整个程序延时地方较多，因此设立10ms、200ms延时子程序DELAY10MS：MOV R7，#10 ；延时10msDELAY10_1：MOV R6，#10DELAY10_2：NOPNOPNOPDJNZ R6，DELAY10_2DJNZ R7，DELAY10_1RETDELAY200MS：MOV R7，#200 ；延时200msDELAY4_1：MOV R6，#200DELAY4_2：NOPNOPNOPDJNZ R6，DELAY4_2DJNZ R7，DELAY4_1RET长按3秒？主程序入口 Y按键单数？执 行自检程序程序初始化 N关电磁阀有键按下？预热结束？ Y Y有故障？正常工作绿灯闪烁 Y浓度超限？ Y按键调试？ 是单数？ 亮红灯报警（1）关电磁阀 Y亮红灯报警（1）绿灯闪烁关报警1亮黄灯报警(2)图11、软件设计流程图（2）、程序选用了一个T0定时中断。中断一次定时时间为5毫秒。设计中断是为了保证计时的精确。定时中断中对计时的误差进行了修正，修正程序如下：CLR TR0MOV A，TL0ADD A，#80HMOV TL0，AMOV A，TH0ADDC A，#0ECHMOV TH0，ASETB TR0(3)、程序中设计了短暂断电（电网干扰）恢复程序，保证短暂断电后程序能正常运行。掉电判断利用了单片机内部的RAM单元。在程序开始运行时，预置一些数据，只要单片机不断电，该数据不会改变；短时间断电（单片机电压仍存在），该数据也不会改变。只有真正断电后再重新运行程序时，断电保护单元数据处于不确定状态，与设定值不符，程序才从头运行。流程图如图124、软件清单：数据相等？BAOJIN EQU P1.2SHUCHU EQU P1.5 LEDLU EQU P3.0不等从头运行，置初值LEDRED EQU P3.1 . KAIGUAN EQU P3.4 重新开始KAILU EQU P1.6DUANLU EQU P1.7CHAOXIAN EQU P3.7初始化ORG 00H LJMP MAINORG 0BHLJMP TIME0 ORG 30H MAIN：MOV SP，#60H LCALL DELAY200MS CLR PSW.3 CLR PSW.4 MOV A，10H ；掉电判断CJNE A，#55H，STARTMOV A，11HCJNE A，#0AAH，STARTMOV A，12HCJNE A，#55H，STARTMOV A，13HCJNE A，#0AAH,STARTLJMP START1 ；首次开机START:：MOV R0，#10HMOV R1，#30HCLR AMAIN1：MOV R0,AINC R0DJNZ R1，MAIN1MOV R0，#10MAIN1_1：LCALL DELAY200MSDJNZ R0，MAIN1_1MOV 10H，#55HMOV 11H，#0AAHMOV 12H，#55HMOV 13H，#0AAHSTART1：MOV TMOD，#01HMOV TL0，#78H ；晶振=12M T0=5MSMOV TH0，#0ECHSETB ET0 ；T0SETB TR0SETB EASTART2： MOV A，30HCJNE A，#180，START2_1START2_1：JC START2_2MOV 30H，#0LJMP START3 ；预热阶段5分钟START2_2：SETB BAOJIN ；关报警和继电器输出SETB SHUCHUMOV A，32HCJNE A，#120，START2_3START2_3：JNC START2_4CLR LEDLU ；测量正常,(0-600MS)亮绿灯SETB LEDREDLJMP START2START2_4： CJNE A，#200，START2_5START2_5： JC START2_6MOV 32H，#0START2_6：SETB LEDLU ；(600MS-1000MS)灭绿灯SETB LEDREDLJMP START2START3：SETB DUANLUJB DUANLU，MAIN1_1A ；短路MAIN1_A：SETB KAILUJNB KAILU，MAIN1_2 ；开路LJMP MAIN2MAIN1_1A：LCALL DELAY200MSSETB DUANLULCALL DELAY200MSJNB DUANLU，MAIN1_ALJMP MAIN9MAIN1_2：LCALL DELAY200MSSETB KAILULCALL DELAY200MSJB KAILU，MAIN2LJMP MAIN9MAIN2：SETB KAIGUANLCALL DELAY10MSLCALL DELAY10MSJNB KAIGUAN，MAIN2_0SETB KAIGUANLCALL DELAY10MSLCALL DELAY10MSJNB KAIGUAN，MAIN2_0LJMP MAIN5 ；=0，有键按下MAIN2_0：SETB DUANLUJB DUANLU，MAIN11_1 ；短路MAIN11_A： SETB KAILUJNB KAILU，MAIN11_2 ；开路LJMP MAIN12MAIN11_1：LCALL DELAY200MSSETB DUANLULCALL DELAY200MSJNB DUANLU，MAIN11_ALJMP MAIN9MAIN11_2：LCALL DELAY200MSSETB KAILULCALL DELAY200MSJB KAILU，MAIN12LJMP MAIN9MAIN12：SETB CHAOXIANJNB CHAOXIAN，MAIN4 ；超限 ；测量正常CLR 20H.1JB 20H.0，MAIN2_3 ；偶次按下,消音状态,绿灯闪烁SETB BAOJIN ；关报警和继电器输出SETB SHUCHUMOV A，32HCJNE A，#120，MAIN2_1MAIN2_1：JNC MAIN2_2CLR LEDLU ；测量正常,(0-600MS)亮绿灯SETB LEDREDLJMP MAIN2MAIN2_2：CJNE A，#200，MAIN2_2AMAIN2_2A：JC MAIN2_2BMOV 32H，#0MAIN2_2B：SETB LEDLU ；(600MS-1000MS)灭绿灯SETB LEDREDLJMP MAIN2 ；处于报警状态,报警停顿,亮红灯MAIN2_3：SETB LEDLU ；亮红灯CLR LEDREDMOV A，32HCJNE A，#150，MAIN2_4MAIN2_4：JNC MAIN2_5CLR BAOJIN ；(0-750MS)报警LJMP MAIN2MAIN2_5：CJNE A，#200，MAIN2_5AMAIN2_5A： JC MAIN2_5BMOV 32H，#0MAIN2_5B：SETB BAOJIN ；(750-1000MS)消音LJMP MAIN2 ；超限故障MAIN4：JB 20H.1，MAIN4_1LCALL DELAY200MSLCALL DELAY200MSLJMP MAIN4_2MAIN4_1：LCALL DELAY10MSLCALL DELAY10MSMAIN4_2：SETB CHAOXIANMOV 30H， #0JNB CHAOXIAN，MAIN4_3 ；退出超限LJMP MAIN2 ；继续超限MAIN4_3：SETB LEDLU ；亮红灯CLR LEDREDJB 20H.0，MAIN4_6 ；=偶次，