毕业论文-基于单片机的室内一氧化碳监测及报警系统

不明白的细节可以到我的群里讨论问我 4429 35501 内容摘要内容摘要 煤气已成为人们生活中必不可少的能源了 煤气泄漏事件时有发生 给人们的 人身安全和财产安全带来了很多隐患 所以怎样防止煤气中毒与爆炸已成为人们的 迫切需要 为此我们开发研制了智能煤气报警系统 计算机的普及和信息技术的迅猛发展 不明白的细节可以到我的群里讨论问我 4429 3550 人们己不满足于传统的居住环境 对家庭及住宅小区提出了更高的要求 智能化被引入家庭 并迅速在世界各地发展起来 人们对居住环境要求的日见增高 体现在希望住宅不仅更便利 舒适而且更安全 家庭及住宅小区智能化的定义 在国际上至今尚无一致的般认为 在现代化的 城乡住宅小区内综合采用微型计算机 自动控制 通信与网络及智能卡等技术 建 立一个由住宅小区综合物业管理中心与安防系统 信息通信服务与管理系统和家庭 智能化系统组成的 三合一 住宅小区服务与管理集成系统 最终目的是使每一住 户得到满足其要求的最佳方案 国家建设部规定 目前住宅小区应实现六项智能化 要求 其中包括实行安全防范系统自动化监控管理 防盗报警系统应安装红外或微波 与煤气泄漏报警器等各种类型报警探测器 基于此项规定 煤气泄漏自动报警实现 智能化势在必行 本系统主要针对传统煤气检测系统进行技术改进以满足要求 至此本系统具有 如下特点 用单片机实现定时控制 电路简单 价格便宜 可靠性好 采用气敏传 感器及防爆型电磁阀 安全可靠 能有效的保证随时接通和断开煤气控制电磁阀 有煤气泄漏时有语音报警 并通过总线通知管理室 双重保障 因此本系统也可作 为智能家居系统的一个子系统 关键词关键词 51 单片机 气体传感器 RS485 总线 不明白的细节可以到我的群里讨论问我 4429 35502 目录目录 前前言言 3 第第一一章章 需需求求分分析析 4 1 1 煤煤气气泄泄漏漏检检测测报报警警器器现现状状 4 1 2 煤煤气气泄泄漏漏的的危危害害 5 第第二二章章 相相关关技技术术及及器器件件的的基基本本知知识识 6 2 1 气气体体传传感感器器的的基基本本知知识识 6 2 2 8951 系系列列单单片片机机介介绍绍 6 2 3 RS485 总总线线介介绍绍 8 2 4 看看门门狗狗电电路路和和复复位位电电路路介介绍绍 8 第第三三章章 煤煤气气泄泄漏漏检检测测报报警警系系统统方方案案设设计计 9 3 1 系系统统功功能能 9 3 2 系系统统电电路路组组成成 9 3 3 软软件件系系统统设设计计 10 第第四四章章 结结论论 11 参参考考文文献献 12 不明白的细节可以到我的群里讨论问我 4429 35503 前前 言言 毕业设计实习调研的目的在于明确毕业设计课题的具体要求 通过查阅资料 了解各种方案的优缺点 同时 结合自己所学的知识 取长补短 提出相应的的实 现方案 因此 实习调研时一项非常重要的工作 在实习调研过程中 学生需要完 成两项工作 第一 文献资料检索与查询 了解国内外与毕业设计课题相关的先进 技术和发展趋势 了解现有常用技术 方案的优缺点 了解与毕业设计课题有关的 硬件 软件开发的思路 第二 方案的提出 学生需要认真分析各种技术 方案的 优缺点 并通过独立思考 提出自己的实现方案 我的毕业设计题目是 基于 MCS 51 系列单片机的煤气防漏安全系统设计 在市面上有很多煤气检测仪 但都是要有人在场的情况下使用 在无人在家时发生 煤气泄漏怎么办 我们就需要一个智能煤气泄漏检测报警系统 这个系统不仅能自 动关闭电磁阀更能通知值班室的人员进行检测 可以作为智能小区的一个组成部分 在实习调研过程中 我按照调研任务的基本要求 完成了以下工作 首先 分 析了现有的防盗产品的设计方法 相关电路 各自的优缺点 其次 分析了煤气泄 漏检测系统的基本需求 最后 结合智能小区的发展 增加的小区总体监控的功能 提出了 基于 51 系列单片机煤气泄漏检测及报警 的设计方案 这些工作对于按 时 高质量地完成毕业设计课题具有重要的指导意义 不明白的细节可以到我的群里讨论问我 4429 35504 第一章第一章 煤气报警器和煤气泄漏报警需求分析煤气报警器和煤气泄漏报警需求分析 1 1 煤气报警器现状煤气报警器现状 近年来随着人民生活水平的提高 管道煤气和罐装煤气已深入到寻常百姓家 但由于使用不当或设备老化等原因导致的煤气泄漏极大地威胁着人们的生命财产安 全 目前 一般的煤气报警器功能单一 或是必须手动复位阀门系统 性能稳定性 低 而大型的监控系统又价格不菲 需专门的技术人员来管理 不适用于中小企业 和家庭 家用煤气泄漏报警器是非常重要的燃气安全设备 它是安全使用城市燃气的最 后一道保护 燃气泄漏报警器通过气体传感器探测周围环境中的低浓度可燃气体 通过采样电路 将探测信号用模拟量或数字量传递给控制器或控制电路 当可燃气 体浓度超过控制器或控制电路中设定的值时 控制器通过执行器或执行电路发出报 警信号或执行关闭燃气阀门等动作 可燃气体报警器的探测可燃气体的传感器主要 有氧化物半导体型 催化燃烧型 热线型气体传感器 还有少量的其他类型 如化 学电池类传感器 这些传感器都是通过对周围环境中的可燃气体的吸附 在传感器 表面产生化学反应或电化学反应 造成传感器的电物理特性的改变 燃气泄漏报警 器广泛应用在城市安防 小区 工厂 公司 学校 家庭 别墅 仓库 资源 石 油 化工 燃气输配等众多领域 按检测气体可分为 可燃气体报警器 有毒气体报警器和复合式气体报警器 气体报警器使用不同传感器检测不同气体 复合式气体报警器可同时检测可燃和有 毒气体 按使用环境可分为 工业用气体报警器和家用燃气报警器 按自身形态可 分为固定式气体报警器和便携式气体检测仪 燃气泄漏报警器从功能上可分为仅有泄漏报警功能的泄漏报警器和可以指示所 探测到的燃气浓度并具有报警功能的检测报警器 从使用场所上可分为民用燃气泄 漏报警器和商用报警器 民用报警器通常是独立的在住宅中使用的燃气报警器 功 能较简单 商用报警器主要使用燃气的运输 储存场所 使用燃气和可能有燃气泄 漏的的工厂和公共场所 城市燃气规范中规定地下室 半地下室 地上密闭空间的 用气房间 建筑的管道井 封闭计量表房等都要安装燃气报警器 建筑和燃气的相 关规范和法规也推荐使用民用燃气泄漏报警器 工业用固定式气体报警器由报警控制器和探测器组成 控制器可放置于值班室 内 主要对各监测点进行控制 探测器安装于气体最易泄露的地点 其核心部件为 内置的气体传感器 传感器检测空气中气体的浓度 探测器将传感器检测到的气体 浓度转换成电信号 通过线缆传输到控制器 气体浓度越高 电信号越强 当气体 浓度达到或超过报警控制器设置的报警点时 报警器发出报警信号 并可启动电磁 不明白的细节可以到我的群里讨论问我 4429 35505 阀 排气扇等外联设备 自动排除隐患 便携式气体检测仪为手持式 工作人员可随身携带 检测不同地点的气体浓度 便携式气体检测仪集控制器 探测器于一体 小巧灵活 与固定式气体报警器 相比主要区别是便携式气体检测仪不能外联其他设备 燃气报警器的核心是气体传感器 俗称 电子鼻 这是一个独特的电阻 当 闻 到燃气时 传感器电阻随燃气浓度而变化 燃气达到一定浓度 电阻达到一 定水平时 传感器就可以发出声光报警 什么叫声光报警 燃气泄漏使室内浓度达 到报警器浓度后 报警器的红色指示灯亮 蜂鸣器发出 辟 辟 的报警声 所以 叫做声光报警 1 2 煤气泄漏的危害煤气泄漏的危害 一氧化碳的浓度与健康成年人中毒的可能症状 50ppm 健康成年人在八小时内可以承受的最大浓度 200ppm 2 3 小时后 轻微头痛 乏力 400ppm 1 2 小时内前额痛 3 小时后威胁生命 800ppm 45 分钟内 眼花 恶心 痉挛 2 小时内失去知觉 2 3 小时内 死亡 1600ppm 20 分钟内头痛 眼花 恶心 1 小时内死亡 3200ppm 5 10 分钟内头痛 眼花 恶心 25 30 分钟内死亡 6400ppm 1 2 分钟内头痛 眼花 恶心 10 15 分钟死亡 12800ppm 1 3 分钟内死亡 不明白的细节可以到我的群里讨论问我 4429 35506 第二章第二章 相关技术和器件的基本知识相关技术和器件的基本知识 2 1 气体传感器介绍气体传感器介绍 燃气报警器的核心是气体传感器 俗称 电子鼻 这是一个独特的电阻 当 闻 到燃气时 传感器电阻随燃气浓度而变化 燃气达到一定浓度 电阻达到一 定水平时 传感器就可以发出声光报警 什么叫声光报警 燃气泄漏使室内浓度达 到报警器浓度后 报警器的红色指示灯亮 蜂鸣器发出 辟 辟 的报警声 所以 叫做声光报警 气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器 探测头通过气 体传感器对气体样品进行调理 通常包括滤除杂质和干扰气体 干燥或制冷处理仪 表显示部分 气体传感器是一种将气体的成份 浓度等信息转换成可以被人员 仪器仪表 计算机等利用的信息的装置 气体传感器一般被归为化学传感器的一类 尽管这种 归类不一定科学 气体传感器 包括 半导体气体传感器 电化学气体传感器 催化燃烧式气体传 感器 热导式气体传感器 红外线气体传感器等 2 2 89C51 系列单片机介绍系列单片机介绍 1 主要特性 与 MCS 51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命 1000 写 擦循环 不明白的细节可以到我的群里讨论问我 4429 35507 数据保留时间 10 年 全静态工作 0Hz 24Hz 三级程序存储器锁定 128 8 位内部 RAM 32 可编程 I O 线 两个 16 位定时器 计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 89S51 相对于 89C51 增加的新功能包括 新增加很多功能 性能有了较大提升 价格基本不变 甚至比 89C51 更低 ISP 在线编程功能 这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要 把芯片从工作环境中剥离 是一个强大易用的功能 最高工作频率为 33MHz 大家都知道 89C51 的极限工作频率是 24M 就是 说 S51 具有更高工作频率 从而具有了更快的计算速度 具有双工 UART 串行通道 内部集成看门狗计时器 不再需要像 89C51 那样外接看门狗计时器单元电路 双数据指示器 电源关闭标识 全新的加密算法 这使得对于 89S51 的解密变为不可能 程序的保密性大大 加强 这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯 兼容性方面 向下完全兼容 51 全部字系列产品 比如 8051 89C51 等等早 期 MCS 51 兼容产品 也就是说所有教科书 网络教程上的程序 不论教科书上采 用的单片机是 8051 还是 89C51 还是 MCS 51 等等 在 89S51 上一样可以照常运行 这就是所谓的向下兼容 2 3 Rs485 总线介绍总线介绍 RS 485 总线 在要求通信距离为几十米到上千米时 广泛采用 RS 485 串行总线 RS 485 采用平衡发送和差分接收 因此具有抑制共模干扰的能力 加上总线收 发器具有高灵敏度 能检测低至 200mV 的电压 故传输信号能在千米以外得到恢 复 RS 485 采用半双工工作方式 任何时候只能有一点处于发送状态 因此 发送 电路须由使能信号加以控制 RS 485 用于多点互连时非常方便 可以省掉许多信号线 应用 RS 485 可以联 不明白的细节可以到我的群里讨论问我 4429 35508 网构成分布式系统 其允许最多并联 32 台驱动器和 32 台接收器 2 4 总线驱动芯片总线驱动芯片 MAX485 MAX485 接口芯片是 Maxim 公司的一种 RS 485 芯片 采用单一电源 5 V 工作 额定电流为 300 A 采用半双工通讯方式 它完成将 TTL 电平转换为 RS 485 电平 的功能 MAX485 芯片的结构和引脚都非常简单 内部含有一个驱动器和接收器 RO 和 DI 端分别为接收器的输出和驱动器的输入端 与单片机连接时只需分别与单 片机的 RXD 和 TXD 相连即可 RE 和 DE 端分别为接收和发送的使能端 当 RE 为 逻辑 0 时 器件处于接收状态 当 DE 为逻辑 1 时 器件处于发送状态 因为 MAX485 工作在半双工状态 所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可 A 端和 B 端分别为接收和发送的差分信号端 当 A 引脚的电平高于 B 时 代表发送 的数据为 1 当 A 的电平低于 B 端时 代表发送的数据为 0 在与单片机连接时接 线非常简单 只需要一个信号控制 MAX485 的接收和发送即可 同时将 A 和 B 端 之间加匹配电阻 一般可选 100 的电阻 其管脚如图 2 5 复位及看门狗电路介绍复位及看门狗电路介绍 受电网谐波及各种外界环境引起的电磁干扰的影 自 单片机的正常运行有 时会受到严重的影响 出现程序跑飞 死机等现象 此时就需要唤醒单片机 使其 正常运行 这样的电路称为看门狗电路 本电路采用的是一片 74123 和 555 时基电 路构成的一个带看门狗的复位电路 不明白的细节可以到我的群里讨论问我 4429 35509 第三章第三章 煤气泄漏检测报警系统方案设计煤气泄漏检测报警系统方案设计 3 1 系统功能系统功能 本系统也可作为智能家居系统的一个子系统 系统的主要功能如下 1 实现对煤气泄漏的实时监测 2 实时跟踪显示现场煤气浓度并根据传感器老化曲线进行误差修正 3 具有超限声光报警功能 4 根据报警状况自动关闭煤气管道电磁阀并开启排气装置 5 故障排除后 可控制煤气管道电磁阀的自动开启 3 2 系统电路组成系统电路组成 系统以多机方式与前端机通信 本机采用主从工作模式 单片机系统作为从机 与本地通信主机 上位机 联系 第1级 中央控制操作站 上位PC机 PC机完成现场煤气浓度数据显示 现 场位置确定 数据库建立 数据查询 数据分析 统计 打印等操作 第2级 单片机控制系统由于系统对实时性 精确性和可靠性要求非常高 系 统采用单片机作为现场控制器 完成对煤气浓度信号采集 运算 控制和向 机 传送浓度数据 1 硬件电路组成框图 硬件电路组成框图如图 1 所示 图 1 单片机控制系统组成 2 系统原理 监控系统的工作原理是利用半导体气敏传感器将煤气浓度变换为模拟电压信号 AT89C51 传感器 滤波器A D 声光报警 通信口 EPROM 电源 D A 显示 变送器 排风机 继电器 驱动器 变送器 电磁阀驱动单元 程序运行监控 不明白的细节可以到我的群里讨论问我 4429 355010 此 mV 级电信号经低通滤波 滤掉干扰信号 放大器把信号放大为 0 5 后 送到 A D 转换器 变换成数 字量送 CPU 进行数据分析 当空气中的煤气浓度达到设定值时 将输出数字量 经变送器驱动电磁阀 将煤气管道关闭并打开排气装置 并输出数字信号驱动光电 报警和向上位 PC 机输出所处位置及报警值 以让监控人员进行处理 故障排除后 可操纵控制面板按键 打开阀门使其恢复供气 3 网络设计 PC 机 显示电 路 下位 主机 1 下位 主机 2 下为 主机 3 语音提示 电 路 RS485 总线总线 复 位 电 路 RS485 总 线 3 2 软件系统设计软件系统设计 系统软件采用 MCS51 汇编语言编制 包括系统主程序和中断服务子程序 误 差自动校准子程序等 主程序的功能是完成系统的初始化 信号采集及处理 时钟和信息显示 浓度 超限报警 阀门关闭 启动排气装置及与上位机通信 根据系统工作特点 程序采 用结构化的软件设计方法 主程序流程图如图 2 所示 不明白的细节可以到我的群里讨论问我 4429 355011 N Y 开始 数据初始化 采样子程序 采样数据 设定值 系统自检 报警 控制子程序 通信子程序 显示 等待中断 关中断 响应 返回 图 2 主程序流程图 第四章第四章 结论结论 新型单片机智能煤气监控系统的设计 是结合了计算机 工控 机械 检测等 相关学科的技术而实现 在智能控制方面 采用了单片机 AT89C51 作为系统控制 核心 最大限度的将其具备的资源应用到设计中 既体现了单片机小系统的应用的 灵活性 又实现功能多样的智能控制 由于采用了单片机技术为主导的智能化管理 通过和执行机构组成的二级监控体系 可实现对煤气浓度的动态监控 通过误差自 动校正功能提高了系统的测量精度 运行稳定可靠 灵敏度高 具有非常重要的市 场应用价值 在实际使用中 不同的应用场合有着不同的报警浓度下限 因此 为 了提高系统的灵敏度和准确度 考虑到温度 环境和电源电压的影响 开始报警浓 度也应有一定的变化范围 出厂前按标准条件调整好 以确保环境条件变化时 也 不致发生误报和漏报 此外 也可根据实际应用的情况对本系统进行