煤气泄漏报警装置设计

燕山大学课 程 设 计 说 明 书 题目 家用煤气泄漏报警系统设计 学院（系） 理学院 年级专业： 09级电子信科学与技术2班 学 号： 090108040040 学生姓名： 任鹏茹 指导教师： 郝锐 朱键卓 教师职称： 讲师 燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）： 理学院 基层教学单位： 09级电子信息科学与技术 学 号090108040040学生姓名任鹏茹专业（班级）09级电子信息科学与技术2班设计题目家用煤气泄漏报警器的设计设计技术参数设计参数：设计单片机电路、检测电路、报警电路和应急处理电路。用AT89C51编程。设计要求1.准确可靠地判断泄漏的发生，并能够在较短的时间内判断出泄漏点具体的位置。2.准确可靠地判断泄漏程度，能对较小量的泄漏做出判断。3.检测原理简单，易于操作和维护工作量十二个工作日左右工作计划2012/6/02-2012/6/03 设计选题2012/6/04-2012/6/08 电路设计2012/6/09-2012/6/11 整理论文2012/6/122012/6/13 论文检查和修饰参考资料1 传感器原理及工程应用 郁有文、常健、程继红 西安电子科技大学出版社2 传感器与检测技术 陈杰、黄鸿 高等教育出版社3 传感器敏感元件大全 张福学 电子工业出版社 4 单片机基础 李广弟、朱月秀、王秀山 北京航空航天大学出版社5 单片机微机测控系统设计大全 王福瑞 北京航空航天大学出版社等指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。年 月 日 燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日答辩小组评语：成绩： 组长： 年 月 日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年 月 日 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书家用煤气泄漏报警系统的设计任鹏茹理学院09级电子信息科学与技术2班摘 要：当今社会上，出现了许多煤气报警器，而这些产品大都是针对煤气 泄漏所做出的相应的报警，即为家庭式。但是随着社会的发展，煤气报警器也在发展。微控制技术、传感器在工业控制、机电一体化、智能仪表、通信、家用电器等方面得到了广泛应用，显著提高了各种设备的技术水平和自动化程度。因此对这些原理和结构我们就需要很好的了解并掌握。 煤气报警系统采用了AT89C51为系统的CPU，通过单片机系统设计实现对家用煤气的控制功能，该系统不仅能及时准确地检测出燃气的泄漏，发出声、光报警，还能实施应急处理，同时具有阀门开闭装置安装简便，传感器损坏能自查报警与方便更换等特点。因此特别适合于无条件建立或加入集群监控系统的广大燃气用户使用。整个系统的硬件电路设计合理，性能安全可靠。关键词：传感器 燃气 报警器Abstract: In the current society, a lot of coal gas alarms have appeared, and these products are mostly to letting out corresponding alarms made of coal gas , it is family. But with the development of society, coal gas alarm develop too.Microcomputer control technology, sensors in the industrial control, mechatronics, smart instrumentation, communications, household appliances, etc. has been widely applied, significantly improved the technological level of equipment and degree of automation. Thus the structure of these principles and we need to understand and grasp the good.Gas alarm system using the AT89C51system CPU, through the SCM system design and implementation of a household gas control functions, the system not only can accurately detect the fuel gas leakage, emits sound, light alarm, but also the implementation of emergency processing, at the same time having a valve opening and closing device has the advantages of convenient installation, sensor damage can self-examination alarm and convenient replacement features such as. Thus it is especially suitable for the unconditional or join cluster monitoring system the majority of gas users The hardware circuit of the whole system is reasonable in design, safe and reliable performance.Keywords: Sensor gas alarm一、实验目的：1.了解报警器的组成和原理。2了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。3进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与软件处理系统的原理与使用方法。4熟悉报警器的设计与制作.二、实验任务：1采用了AT89C51为系统的CPU, 设计实现对家用煤气的控制功能2用户接到报警信号后可以控制电路,保证燃气的泄漏安全。3传感器能准确接受信号,及时起到报警的作用。 4. 设计处理电路与阀门开闭装置。三、实验原理31方案设计方案1， 采用QM气敏传感器、单片机控制系统、蜂鸣器报警、继电器控制排气扇强制通风，用继电器保持故障信号。方案2， 采用QM气敏传感器、模拟集成电路控制系统、蜂鸣器报警、继电器控制排气扇强制通风，用继电器保持故障信号。方案3， 采用QM气敏传感器、单片机控制系统、蜂鸣器报警、由触发器控制可控硅控制排气扇强制通风，用触发器保持故障信号。经比较采用方案1完成设计，实现所需的功能。32总体设计系统框图系统主要由单片机电路、检测电路、报警电路和应急处理电路组成，其结构如图1所示。当有燃气泄漏时，检测电路产生“气电”信号送单片机，单片机控制蜂鸣器发出预报警信号，经延时、判断，确认为事故泄漏后，发出红光报警，同时启动应急处理程序，关闭阀门，切断气源，并开启排风扇排除室内被污染的空气；若检测到气敏元件损坏，系统关闭阀门并点亮黄色报警灯，提示用户更换气敏传感器。 33 单片机电路单片机电路是系统控制的核心。单片机选用Atmel公司的AT89C51，其引脚分配如图2所示。基本外设有晶振电路（18、19脚）和上电复位电路（9脚），气敏元件损坏信号和燃气泄漏信号分别从P3.2（INT0）、P3.3（INT1）输入，作为AT89C51的两个中断触发信号，下降沿触发方式。P1.0、P1.1分别接开关SD1和SD2，用于手动控制排气扇和燃气阀门，报警与应急处理驱动信号分别从P2.0P2.4输出。34 检测电路检测电路包括燃气泄漏检测和气敏元件损坏检测两部分，原理电路如图3所示。气敏传感器选用QM型，这是由金属氧化物半导体材料制成的“气电”转换器件。当有燃气泄漏时，其表面会发生化学吸附，使本身电阻（图中AA间的电阻）下降，且燃气浓度越高，电阻下降越多，利用该特性并通过VT1等元件组成的开关电路即可获得“气电”信号，完成燃气泄漏的检测，调节RP 1可设置不同燃气的报警限，C2为延时电容，用于减小传感器初始稳态的影响。气敏传感器在使用中，其热丝可能烧断，但难以发现，致使用户在毫不知情的情况下继续使用已失效的燃气报警器。为能及时发现传感器的损坏，本系统特别设计了气敏元件自检电路（由R3R7、VT2、VT3等组成），元件正常时，R3上有电压信号，如热丝烧断，该信号为0，VT3集电极输出低电平至单片机，点亮黄灯报警，能使用户及时发现。同时，气敏传感器不直接焊入电路，而是通过七脚电子管座与电路连接，若损坏可方便地从管座中拨出换新，从而解决了更换难的问题。35声光报警电路声光报警分别由蜂鸣器和红、黄发光二极管完成。燃气浓度大于预报警限时蜂鸣器由单片机输出低电平，经三极管驱动报警，发光二极管则由单片机直接驱动，当确认为事故泄漏时，红色LED点亮，当气敏元件损坏时，黄色LED工作。36应急处理电路与阀门开闭装置应急处理包括驱动阀门开闭装置关闭阀门切断气源和打开排气扇排风。阀门开闭装置由小型交流电动机（与减速器成一体）、托盘、支架、拨块等组成。电动机通过托盘及支架取与燃气管道垂直位安装于表前阀上，并使机、阀两轴相对，电动机轴端上固定的拨块套在阀门轴上，如电动机转动则阀门轴也随拨块转动，故可模仿人手控制阀门开闭。阀门从开位到闭位或从闭位到开位，阀门轴和电动机轴必须旋转1/4圈即90度，采用软件编程或通过电路均可实现转轴的这一定位。为提高适应性，本装置选用后者，其方法是：利用单稳态触发器的暂稳态输出去控制电动机的通电时间，电路如图4所示。当单片机P2.4发出一负脉冲，单稳态触发器74LS121的3、4脚就会受到一负脉冲触发，6脚便输出一正单脉冲，其脉宽t0.7R13C7，而电动机转动1/4圈所需的时间为T1/（4n）15/n秒。n为电动机减速后的转速（单位：圈/分），调节R13使t=T，则可确保阀门开或闭准确到位。阀门开闭装置是为本系统开发的专用件，除具有结构简单，造价低(远低于燃气管道专用电磁阀)，开闭动作平稳，易控，准确等特点外，由于在拨块和支架等部件上采用了一些特殊的设计，使其具有很强的适应性：不论阀轴长短，管道粗细均能适应；不论灶前阀、表前阀、耳型旋钮阀、手柄式阀都能安装；不论阀门或管道横摆、竖放概能固定，尤为重要的是开闭阀门的控制就在原管道和阀门上进行，无需改动或重新安装管道和阀门，而且固定、使用、维修、更换都很方便，这就克服了使用专用电磁阀时的缺点，因而容易被广大新老燃气用户所接受。排风扇也是由三极管与继电器构成的电路驱动，其原理与图4类似，不同的是，后者三极管由单稳态触发器的输出信号驱动，前者则直接由单片机输出信号驱动。3.7程序设计AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案程序主要由主程序、外部中断0和外部中断1服务程序组成。主程序对系统状态初始化时将两个外部中断都设置为下降沿触发方式，开外部中断后再进入对手动按键的检测，SD1闭合时开排气扇，断开时关排气扇；与之类似，SD2用来控制阀门的开闭。主程序设计成一死循环结构，处于随时可以响应中断的状态，如图5所示。当传感器损坏时，外部中断0有中断请求信号，其服务程序完成黄光报警和关阀门功能，如图6所示。当传感器检测到燃气泄漏时，外部中断1有中断请求信号，其服务程序发出声报警控制信号，调用延时程序后，再检测P3.3的电平，如变为高电平，说明刚有的信号是某些干扰或短时可控泄漏（如燃气灶点火时可能产生的瞬时泄漏）引起的，则关声报警后返回；如仍为低电平，则判为事故泄漏，须进行应急处理，即刻发出红光报警、关闭阀门切断气源和打开排气扇排污。此时若房主不在，系统则进入省电等待状态，即：再次检测P3.3，若为高电平，说明泄漏燃气已排尽，系统关闭声报警和排气扇，但表前阀仍关闭，报警红灯仍点亮，等待房主回后及时检查处理，程序流程如图7所示。 四结束语本系统采用单片机技术，实现了控制功能的多样化和智能化，简化了电路，降低了成本，提高了稳定性；传感器损坏报警及方便更换的特点，提高了系统的可靠性，延长了整机的使用寿命；阀门开闭装置的人性化设计，使系统更具有通用性和灵活性；另外，如果利用保留的单片机串口，增设通讯模块和相关程序，此系统还可作为集群监控系统中的下位机和现场执行机。在应用中，系统运行稳定、可靠、灵敏。与同类报警系统相比，本系统性价比更高，使用更为方便，因此具有广阔的应用前景。五心得体会 通过这次课程设计，我体会到了很多学习生活中道理。（1）培养兴趣，乐观自信 刚刚开始时我对传感器技术课程设计信心不是很足。可是当我想到老师