基于單片機(jī)的室內(nèi)天然氣濃度檢測(cè)系統(tǒng)-wenkub
2022-12-18 00:38:10 本頁(yè)面
【正文】 these natural gas well. And it is obviously very important to study on the inspection methods and sensors of all kinds of gases.This papers to the semiconductor gas sensors and single chip microputer as the core design can realize the gas alarm soundlight alarm functions, is a kind of simple structure, stable performance, easy to use, inexpensive and intelligent gas alarm, has certain practical value. In this paper, the main gas leak measurement and alarm systems to the semiconductor gas sensor for the study in order to constitute a singlechip microputer as the core with data acquisition, object control, results showed that features such as data munication system of integrity. The system control the alarm light，buzzer and cut off the electromagnetic valve , the realization of the natural gas leak on the realtime monitoring and control。本設(shè)計(jì)以半導(dǎo)體氣敏傳感器和單片機(jī)技術(shù)為核心設(shè)計(jì)的天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便、價(jià)格低廉、智能化的氣體報(bào)警系統(tǒng)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。.編號(hào)：本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的室內(nèi)天然氣濃度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系：信息工程學(xué)院姓 名：***學(xué) 號(hào)：0935140102專 業(yè)：通信工程年 級(jí)：2009級(jí)指導(dǎo)教師：***職 稱：副教授完成日期：2013年5月...摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的提高和生活環(huán)境的改善越來(lái)越重視。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)家庭天然氣泄漏的檢測(cè)與報(bào)警，系統(tǒng)主要以半導(dǎo)體氣體傳感器為研究對(duì)象，以單片機(jī)為核心構(gòu)成一個(gè)具備數(shù)據(jù)采集、對(duì)象控制、結(jié)果顯示等功能的完整系統(tǒng)。 procedures realtime monitoring of system state.Key words :gas sensor 。這在某種程度上增加了人民生命財(cái)產(chǎn)的不安全和不穩(wěn)定因素。當(dāng)泄漏的氣體達(dá)到危險(xiǎn)極限值時(shí)報(bào)警器就會(huì)發(fā)生鳴響和聲光報(bào)警。因此，國(guó)外燃?xì)鈭?bào)警器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)在1996年—2002年就天然氣報(bào)警器的年均增長(zhǎng)率為27％～30％。 天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的簡(jiǎn)介天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)從功能上可分為僅有泄漏報(bào)警功能的泄漏報(bào)警系統(tǒng)和可以指示所檢測(cè)到的天然氣濃度并具有報(bào)警功能的檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)；從使用場(chǎng)所上可分為民用天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)和商用天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。工業(yè)用固定式天然檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)由報(bào)警控制器和探測(cè)器組成，控制器可放置于值班室內(nèi)，主要對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行控制，探測(cè)器安裝于天然氣最易泄漏的地點(diǎn)，其核心部件為內(nèi)置的氣體傳感器，傳感器檢測(cè)空氣中氣體的濃度?？刂葡到y(tǒng)主要由AT89C51系列單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集電路、傳感器電路、顯示電路、聲光報(bào)警電路、緊急處理電路等部分組成。方案二:可以通過(guò)傳感器感知信號(hào)多級(jí)放大電路，并用電位器調(diào)節(jié)得到固定的電壓值，當(dāng)?shù)玫教烊粴庑盘?hào)時(shí)，電阻值立刻變小，放大器的放大倍數(shù)增加，電壓也就隨著增加，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通報(bào)警電路。綜合考慮以上三種方案，由于使用單片機(jī)設(shè)計(jì)靈活性更強(qiáng)、用途更寬廣，所以本設(shè)計(jì)采用方案三。 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)如圖21所示，該系統(tǒng)以51單片機(jī)為核心，配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、運(yùn)算放大、A/D轉(zhuǎn)換、CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、并具有聲光報(bào)警等功能。這是一個(gè)獨(dú)特的電阻，當(dāng)“聞”到天然氣時(shí)，傳感器電阻隨天然氣濃度而變化，并將氣體的成份、濃度等信息的變化轉(zhuǎn)換成可以被人員、儀器儀表、計(jì)算機(jī)等利用的信息的裝置。由此可見，氣體傳感器的選型是非常重要的。由于這種傳感器電導(dǎo)率高，靈敏度和選擇性好，得到了廣泛的應(yīng)用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，僅次于金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器。（3）接觸燒式氣體傳感器:接觸燃燒式氣體傳感器 可分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式兩種。接觸燃燒式氣體傳感器在環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對(duì)爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)，普遍應(yīng)用于石油化工廠、造船廠、礦井隧道、浴室、廚房等處的可燃性氣體的監(jiān)測(cè)和報(bào)警。通過(guò)電極間連接的電阻器，與被測(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正極與負(fù)極間流動(dòng)。它的測(cè)量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標(biāo)煙霧中，由于向目標(biāo)氣體傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測(cè)量電阻值的變化情況。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線。接觸燃燒式氣敏傳感器其探頭的阻緩及中毒是不可避免的問(wèn)題。當(dāng)懷疑檢測(cè)環(huán)境中存在這些物質(zhì)時(shí)，經(jīng)常對(duì)探頭進(jìn)行標(biāo)定，是必須且有效的辦法。半導(dǎo)體氣敏傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn)定性(使用壽命)。3 天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的硬件電路的具體操作設(shè)計(jì)是：首先可以預(yù)先設(shè)置安全閾閾值，然后MQ4傳感器采集天然氣濃度信號(hào)，并把信號(hào)及時(shí)傳遞給A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)再交單片機(jī)進(jìn)行處理。AT89C51為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。GND：接地。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。另外，該引腳被略微拉高。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)選用的是AT89C51，由電容、晶振、電阻、電源等組成最小系統(tǒng)，如圖33所示。其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。上電要求接通電源后，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)復(fù)位操作。51單片機(jī)復(fù)位電路如下圖34所示。MQ4氣體傳感器對(duì)甲烷的靈敏度高，對(duì)丙烷、丁烷也有較好的靈敏度。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當(dāng)?shù)腞L值。 AC or DC負(fù)載電阻RL可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)條件下元件特性加熱電阻RH313（室溫）敏感體表面電阻RS2k20 k在5000ppmCH4靈敏度SRs (在空氣中) / Rs (5000 ppm甲烷) ≥5標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件溫度、濕度20 o C2 o C；65% RH標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試電路VC： 177。本設(shè)計(jì)中的聲光報(bào)警部分包括蜂鳴器以及LED報(bào)警指示燈，由于排風(fēng)扇天然氣通道電磁閥無(wú)法在proteus中仿真，所以用LED代替排風(fēng)扇和電磁閥。三極管基極電路保證了只有在單片機(jī)輸出低電平時(shí)，蜂鳴器才會(huì)發(fā)聲，避免了誤報(bào)警的發(fā)生。驅(qū)動(dòng)LED的時(shí)候，應(yīng)該分二種情況比如用共陽(yáng)接法和共陰接法，共陽(yáng)的時(shí)候LED正端接正電源，負(fù)端通過(guò)一個(gè)限流電阻接P口，這時(shí)不用接上拉電阻，只要這個(gè)限流電阻取合適就可以了。發(fā)光管暗的時(shí)候，電流是從電源正——
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