【正文】 危險氣體自動報警系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 隨著城市煤氣、天然氣事業(yè)及化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，易燃、易爆的氣體種類和應(yīng)用范圍在不斷增加，這些易燃易爆氣體在生產(chǎn)和使用過程中，一旦發(fā)生泄漏將會引起中毒、火災(zāi)、爆炸等重大事故 ，所以 研制一種新型 、 性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測 針對這些危險氣體自動報警系統(tǒng)勢在必行。 。 本次設(shè)計采用以 STC12C5A60S2 芯片為核心， 用 半導(dǎo)體陶瓷式氣體傳感器MQ5 來檢測外部氣體濃度 ，采集的數(shù)據(jù)通過 LCD1602 顯示，當(dāng)濃度超過一定的量時，通過蜂鳴器和 LED 來進(jìn)行聲光報警。 關(guān)鍵字：單片機(jī) MQ5 LCD1602 Dangerous gas automatic alarm system ABSTRACT With the rapid development of city gas, natural gas utilities and the chemical industry, flammable, explosive gas type and range of applications are increasing, these explosive gases in the production and use of the process, once the leak will cause poisoning, major accidents fires, explosions, etc., so the development of a new, stable, accurate monitoring is imperative for these dangerous gases alarm system. . The design uses to STC12C5A60S2 chip as the core, with the semiconductor ceramic gas sensor MQ5 to detect the external gas concentration data collected by LCD1602 display, when the concentration exceeds a certain amount, by the sound of the buzzer and the LED to light Call the police. Key words: single chip MQ5 LCD1602 1 1 緒論 我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的 液化石油氣和 煤氣等 ， 這些氣體 主要含有烷類 以及一氧化碳、氫等成分。隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這些氣體的應(yīng)用范圍都有所增加。在生產(chǎn)、輸送、貯存和使用這些氣體的過程中， 很容易發(fā)生泄漏甚至于爆炸因?yàn)樵O(shè)備密封質(zhì)量不好 或者操作不當(dāng)?shù)鹊绕渌?。易燃易爆的氣體與空氣混合后生成 一種爆炸性混合物， 它們 遇 到 火就會發(fā)生劇烈的化合反應(yīng)， 從而 產(chǎn)生大量的熱量 ， 進(jìn)而會燃起大火，給 人民的生命 和財產(chǎn)造成危險。 所以 只有采用先進(jìn)、可靠的安全監(jiān)測儀表， 在生活中時時檢測有毒氣體，才可以保障人民的生命和財產(chǎn)安全。 國家法 律 明確規(guī)定 :“散發(fā)可燃?xì)怏w的 場所，應(yīng)設(shè)置可燃性氣體濃度檢測裝置”。但 根據(jù)目前國內(nèi)的情況，許多檢測儀使用時間過長，性能也不穩(wěn)定，而且老化嚴(yán)重和技術(shù)指標(biāo)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn) 。 20xx 年 12月，國家執(zhí)行新的可燃性氣體探測器標(biāo)準(zhǔn) (GB 1532220xx)《可燃?xì)怏w 檢測儀 》。 一部分不合規(guī)定的可燃性氣體檢測儀將停止使用。因此， 現(xiàn)如今 研制一種性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測 的危險氣體檢測儀非常重要。 隨著今年來電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)， 研制一種性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測，并且合乎國家相關(guān)規(guī)定的檢測儀的難度已經(jīng)大大降低，目前也有許多企業(yè)已經(jīng)有產(chǎn)品面向市場， 越來越多更先進(jìn)的測量儀也在研發(fā)之中。 作為測量儀器的處理器，單片機(jī) 由運(yùn)算器，控制器 和 存儲器 等 構(gòu)成。它是近年來發(fā)展成熟和應(yīng)用廣泛的一種芯片，許許多多簡單的控制都可以用到它，它不但使用簡單，而且成本也低，市面上的單片機(jī)型號更是繁多，可以讓設(shè)計人員根據(jù)自己的需求去選擇。單片機(jī) 和計算機(jī)相比，單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。 由于單片機(jī)的需求大，現(xiàn)在已經(jīng)有 8 位、 16位、 32位的單片機(jī)， 其中作為 8 位單片機(jī)的 51 單片機(jī)最為成功 ， 因?yàn)?其 簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。 近年來傳感器技術(shù) 突飛猛進(jìn)，為我們的生活帶來了生活的便捷。傳感器技術(shù)也應(yīng)用在各個行業(yè)，例如汽車上的雷達(dá)報警，以及手機(jī)的重力傳感器?？扇夹詺怏w傳感器是各種類型儀表的核心之一。 2 2 設(shè)計要求與方案論證 設(shè)計要求 （ 1）報 警 裝置的 總體設(shè)計方案 ； （ 2） 完成控制電路、感知電路設(shè)計 ； （ 3） 電路優(yōu)化設(shè)計 。 方案論證 控制部分的方案選擇 方案一： 采用傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)，例如 STC12C5A60S2 作為控制核心。 該 單片機(jī)是目前最流行以及開發(fā)平臺最低的一種嵌入式控制芯片，目前已經(jīng)廣泛運(yùn)用于市場上，高校的 教學(xué)也有講這方面的知識。 方案二： 采用 FTC10F04 單片機(jī)，還帶有非易失性 Flash 程序存儲器。它是一種高性能、低功耗的 8 位 CMOS 微處理芯片，市場應(yīng)用最多。 方案一成本比較低 ， 適合做設(shè)計，方案二運(yùn)算速度高，性能好，所以兩種方案都有可取之處。 但是方案一做設(shè)計容易上手，方案比較通用，而且貨源充足，有利于生產(chǎn)。 綜合比較 選用方案一 顯示模塊的選擇方案和論證 方案一： LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描。相對于液晶顯示比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但液晶顯示比數(shù)碼管顯示美觀， LED 數(shù)碼管在操作上比較繁瑣。 方案二： 點(diǎn)陣顯示 。用點(diǎn)陣顯示美觀，但是分辨率不高，而且需要的功率比較大，單個 LED 出現(xiàn)問題后會對整個點(diǎn)陣的顯示產(chǎn)生影響。 方案三： LCD1602 液晶是一種具有 8 位并行接口方式的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 16x2。 1602 液晶 操作簡單，容易上手和使用，而且 可構(gòu)成簡單的 人3 機(jī)交互圖形界面。 經(jīng)過綜合比較最終選擇方案三，即選擇 LCD1602 液晶顯示屏。 危險氣體檢測傳感器 的選擇方案和論證 近年來傳感器技術(shù)突飛猛進(jìn)，為我們的生活帶來了生活的便捷。傳感器技術(shù)也應(yīng)用在各個行業(yè)，例如汽車上的雷達(dá)報警，以及手機(jī)的重力 傳感器。 可燃性氣體傳感器是各種類型儀表的核心之一。 危險氣體檢測傳感器 是一個氣 電變換器， 作用是把可燃性氣體在空氣中的含量 (即濃度 )變成電信號 ， 然后把電信號傳輸給單片機(jī)處理，單片機(jī)處理這些數(shù)據(jù)，然后報警或者顯示 。傳感器的選型是非常重要的。下面將對傳感器的類型進(jìn)行介紹。 (1) 半導(dǎo)體氣體傳感器 半導(dǎo)體氣體 傳感器主要使用半導(dǎo)體氣敏材料 。 半導(dǎo)體氣體傳感器 的工作原理是利用氣敏元件的電阻、電流或電壓隨氣體濃度變化 。半導(dǎo)體氣體傳感器具有 諸多優(yōu)點(diǎn)， 比如使用簡單、產(chǎn)品種類多、以及穩(wěn)定性比較強(qiáng)。正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，半導(dǎo)體氣體傳 感器得到了廣泛的應(yīng)用。 (2) 固體電解質(zhì)氣體傳感器 固體電解質(zhì)氣體傳感器 也 是 一種常見的 傳感器。固體電解質(zhì)氣體傳感器 的工作原理是 使用固體電解質(zhì)材料作為氣敏元件，氣敏材料在通過氣體時產(chǎn)生離子，形成電動勢， 電動勢從而測量氣體濃度。由于這種傳感器 靈敏度和選擇性好，使用簡單以及 電導(dǎo)率高， ，因而得到了廣泛的應(yīng)用 。如測量 H2S YSTAuWO3， NH3的 NH39。4CaCO3等。固體電解質(zhì)傳感器制造雖然成本高，檢測的氣體數(shù)量也不是很多，但是它 在檢測環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢 ，所以還是一種應(yīng)用廣泛的氣體傳感器，在市面上也比較 常見 。 (3) 高分子氣體傳感器 高分子氣體傳感器是近年來發(fā)展迅速的一種氣體傳感器 ，雖然它的價格昂貴，但是也有一定的市場。 高分子氣體傳感器的工作原理是 高分子氣敏材料在 遇到特定氣體時，其電阻和 材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化 。 高分子氣體傳感器對特定氣體分子靈敏度高且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，所以它的優(yōu)點(diǎn)也是十分得明顯 。 (4) 電化學(xué)傳感器 電化學(xué) 傳感器 也是一種常見的氣體檢測傳感器 。 電化學(xué)傳感器 反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定 性好、能夠定量檢測，但它的缺點(diǎn)是 壽命較短 ，容易引起誤差。如今主要適用于 毒性氣體的檢測。 通過對各種傳感器的對比，本次設(shè)計最終采用 半導(dǎo)體氣體傳感器，該傳感4 器型號為 MQ5,下面將介紹它的 特性及使用方法。 (1) MQ5 傳感器概述 MQ5 適用于家庭或工業(yè)上對液化氣，天然氣，煤氣的監(jiān)測裝置。其具有對液化氣、天然氣、城市煤氣有較好的靈敏度；對乙醇，煙霧幾乎不響應(yīng)，具有優(yōu)良的抗干擾能力；有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性；有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；測試電路比較簡單等優(yōu)點(diǎn)。 (2) MQ5 特性介紹 MQ5氣敏元件 的外形和典型的應(yīng)用電路 如圖 1所示 ,氣敏元件有 6只針狀管腳，分別用于信號取出和 提供加熱電流 。 MQ5 氣敏元件 適用于對液化氣 ，天然氣，煤氣的監(jiān)測裝置 ，而且它技術(shù)成熟，在市面上很常見，而且價格便宜， 具有優(yōu)良的抗干擾能力，有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性，測試電路比較簡單等諸多好處 。 參數(shù) ： A. 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 備注 Vc 回路電壓 ≤ 15V AC or DC VH 加熱電壓 177。 AC or DC RL 負(fù)載電阻 可調(diào) RH 加熱電阻 31Ω177。 3Ω 室溫 PH 加熱功耗 ≤ 900mW B. 環(huán)境條件 符號