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——基于51單片機(jī)的可燃?xì)怏w檢測(cè)設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料

2024-12-14 01:35本頁(yè)面
  

【正文】 濃度采樣電路 硬件設(shè)計(jì)中最核心的器件是單片機(jī) 80C51,它一方面控制 A/D 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換,另一方面,將采集到的數(shù)字電壓值經(jīng)計(jì)算機(jī)處理得到相應(yīng)的二進(jìn)制代碼,與設(shè)定的值作比較。 可燃性氣體探測(cè)報(bào)警器的設(shè)計(jì) 可燃性氣體報(bào)警控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示,系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)為核心,配合外圍電路共同完成信號(hào)采集、濃度顯示、聲音報(bào)警、自動(dòng)控制等功能。 首先,可燃性氣體濃度信號(hào)通過(guò) MQ2氣體傳感器將可燃性氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換,輸出一個(gè)適合單片機(jī)接收的電壓信號(hào),然后,送入 AT89C51 中,最后,將濃度值送入 液晶 1602 顯示。同時(shí)考慮選擇低價(jià)實(shí)用的機(jī)型,并為制同一系列的低功耗產(chǎn)品做準(zhǔn)備。它一方面接收傳感器檢測(cè)到的可燃性氣體濃度所對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào),另一方面要對(duì)這一信號(hào)進(jìn)行處理,控制報(bào)警、控制 電路進(jìn)行相應(yīng)操作斷。最后,將實(shí)際可燃?xì)怏w濃度送 液晶 顯示,當(dāng)有可燃?xì)怏w濃度超出設(shè)定的限定值時(shí),則單片機(jī)將驅(qū)動(dòng)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能,同時(shí)采取降低超標(biāo)氣體濃度。 系統(tǒng)的工作流程 本設(shè)計(jì)部分主要由傳感器, A/D轉(zhuǎn)換器,單片機(jī), 液晶顯示 和蜂鳴器,等組成。整體系統(tǒng) 要求工作穩(wěn)定、通用性強(qiáng)、功耗低。其中傳感器采用的是 NGC0001,該傳感器外形小,氣體響應(yīng)快,性能穩(wěn)定,低功耗,常適用于泄漏監(jiān)測(cè)器。封裝好的氣敏元件有 6只針狀管腳,其中 4個(gè)用于信號(hào)取出, 2個(gè)用于提供加熱電流。為更好利用傳感器的性能,需要選擇恰當(dāng)?shù)?RL值。這種傳感器具有輕微的極性, Vc需用直流電源。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。二者之間的關(guān)系為: 公式( 31) 圖 22 為負(fù)載測(cè)試曲線圖,是利用測(cè)試回路測(cè)得在傳感器由潔凈空氣轉(zhuǎn)移至一氧 化碳或甲烷氣氛中時(shí), RL 上的信號(hào)輸出變化情況,輸出信號(hào)的測(cè)定是在一個(gè)完整的加熱周期或在兩個(gè)完整的加熱周期內(nèi)測(cè)得。溫度為 20 攝氏度,濕度為 65%,氧氣濃度為 21%, RL=l0k, Ro 為 1000ppmLPG(液化石油氣)中氣敏元件電阻, Rs 為不同氣體不同濃度下氣敏元件電阻。因此,它具有優(yōu)秀的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,在正常使用條件下,其使用壽命可達(dá) 5年。應(yīng)用于家庭和生產(chǎn)環(huán)境下的一氧化碳探測(cè)裝置,適宜于一氧化碳、煤氣,液化石油氣等的探測(cè)。 MQ2 傳感器簡(jiǎn)介 MQ2是鄭州煒盛電子科技有限公司生產(chǎn)的可燃?xì)怏w傳感器,對(duì)一氧化碳、甲烷,液化石油氣具有很高的靈敏度和良好的選擇性。因此,本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體可燃?xì)怏w傳感器作為報(bào)警器可燃?xì)怏w信息采集部分的核心。半導(dǎo)體 可燃?xì)怏w 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 )。一般連續(xù)使用兩個(gè)月后應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行量程校準(zhǔn),這種經(jīng)常性對(duì)傳感器的維護(hù),無(wú)形中加大了工作人員的工作量,同時(shí)增加了報(bào)警器的維護(hù)成本。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。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復(fù)的可能,但是如果長(zhǎng)期暴露在這樣的環(huán)境中,其靈敏度會(huì)不斷下降,導(dǎo)致傳感器最終喪失檢測(cè)煙霧的能力。 使用接觸燃燒式傳感器,其探頭的阻緩及中毒,是不可避免的問(wèn)題。目前國(guó)際上絕大部分毒氣檢測(cè)采用該類型傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)是 :反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測(cè),但壽命較短 (大于等于兩年 )。 (5) 電化學(xué)傳感器 這類傳感器由膜電極和電解液灌封而成。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時(shí),其電阻、介電常數(shù)、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 D21 高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡(jiǎn)單、常溫選擇性好、價(jià)格低廉、易與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合,在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測(cè)中具有重要作用。其不足的是催化劑壽命有限,當(dāng)在可燃性氣體與空氣的混合物中有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下,則 有可能在無(wú)焰催化燃燒的同時(shí),有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面,阻塞載體的微孔,從而引起響應(yīng)緩慢,反應(yīng)滯緩或中毒,使靈敏度降低。這類傳感器只能測(cè)量可燃性氣體,對(duì)不可燃性氣體不敏感。其工作原理是:氣敏材料在通電狀態(tài)下,可燃性氣體 氧化燃燒或在催化劑作用下 氧化燃燒,產(chǎn)生的熱量使電熱絲升溫,從而使其電阻值發(fā)生變化,測(cè)量阻值變化從而測(cè)量氣體濃度。但這種傳感器制造成本高,檢測(cè)氣體范圍有限,在檢測(cè)環(huán)境污染領(lǐng)域中有優(yōu)勢(shì)。如測(cè)量 H2S YSTAuWO3, NH3 的 NH39。其原理是氣敏材料在通過(guò)氣體時(shí)產(chǎn)生離子,形成電動(dòng)勢(shì),鋇 U量電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)量氣體濃度。 (2) 固體電解質(zhì)氣體傳感器 這是一種產(chǎn)量?jī)H次于半導(dǎo)體氣體傳感器的一類傳感器。目前,世界上許多國(guó)家開(kāi)展了對(duì)半導(dǎo)體氣敏材料的研究,其中日本、美國(guó)處十領(lǐng)先地位,我國(guó)也投入大量資金和人力進(jìn)行研究,并取得一定成果。 (1) 半導(dǎo)體氣體傳感器 這類傳感器主要使用半導(dǎo)體氣敏材料,利用氣敏元件的電阻、電流或電壓隨氣體濃度變化的原理工作的。 (3) 利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器 :如電流型、電勢(shì)型等。氣體傳感器種類繁多,從原理上可以分為三大類: (1) 利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器 :如半導(dǎo)體、催化燃燒等。 氣體傳感器的種類 國(guó)外從 30 年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)氣體傳感器。傳感器作為對(duì)可燃性氣體的敏感元件,是各種類型 (袖珍式、便攜式、固定式 )儀表的核心之一。 方案比較及選擇 通過(guò)對(duì)上述方案的比較,綜合各方面的性能,方案一的整體設(shè)計(jì)比較清晰,完善, 鑒于單片機(jī) AT89C51 具有高集成度等優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于 AT89C51 的可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警器,為了提高系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確性,采用了一種十分穩(wěn)定的傳感器 MQ2,傳感器對(duì)可燃?xì)怏w氣體進(jìn)行采集,將采集到的信號(hào)傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809,當(dāng)氣體濃度超過(guò)一定的限度時(shí),報(bào)警電路啟動(dòng),同時(shí)啟動(dòng)換氣扇電路,以降低超標(biāo)氣體濃度,達(dá)到處理的措施。 ( 8)濃度超限報(bào)警時(shí),應(yīng)能啟動(dòng)輸出控制功能。 ( 6)故障報(bào)警:傳感器斷路、短路時(shí)應(yīng)發(fā)出 與可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)時(shí)有明顯區(qū)別的聲、光(黃色指示燈)報(bào)警。 ( 5)可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)范圍報(bào)警應(yīng)滿足如下條件: ①在報(bào)警范圍內(nèi),實(shí)行聲、光(紅色指示燈)報(bào)警。 ( 3)探測(cè)器的報(bào)警動(dòng)作值與可燃?xì)怏w濃度報(bào)警設(shè)定值之差不應(yīng)超過(guò)177。智能可燃?xì)怏w探測(cè)控制器主要功能以及技術(shù)要求包括: ( 1)對(duì)可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè),可燃?xì)怏w濃度達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí),應(yīng)能報(bào)警。雖然對(duì)可燃?xì)怏w濃度的采集不是很精確,但報(bào)警方面已經(jīng)十分符合生活必須。 采用單個(gè)傳感器檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度,將檢測(cè)到的濃度結(jié)果通過(guò)濃度采集電路轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào),若電壓超過(guò)一定的限度,報(bào)警電路啟動(dòng),利用 MCS51 單片機(jī)控制聲音報(bào)警。 分析:此設(shè)計(jì)比較全面、完善,而且電路簡(jiǎn)單實(shí)用,設(shè)計(jì)到的模塊比較簡(jiǎn)單,利用高靈敏度的傳感器,對(duì)一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)氣體濃度超過(guò)一定的限度時(shí),報(bào)警電路開(kāi)始報(bào)警,同時(shí)啟 動(dòng)換氣扇電路,將超標(biāo)氣體濃度降低到正常值,保證工廠的一切工作能夠安全實(shí)施。 (2) 數(shù)碼管與單片機(jī)的接口電路控制程序,用數(shù)碼管顯示測(cè)得的 濃度值 。 2 可燃?xì)馓綔y(cè)報(bào)警器的方案設(shè)計(jì) 方案一 由于可燃?xì)獗O(jiān)測(cè)報(bào)警器 主要 包括模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入模塊、主處理模塊、 顯示模塊、報(bào)警模塊等部分 。設(shè)計(jì)中需檢測(cè)可燃?xì)怏w(如 CO 等)的濃度,并與設(shè)定的危險(xiǎn)臨界值比較,決定是否報(bào)警。 、功能及技術(shù)指標(biāo) 本設(shè)計(jì)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)完整的可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng),包含檢測(cè)、傳送、處理和報(bào)警等部分。 由于本課題的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種性價(jià)比高,運(yùn)行可靠,低成本的可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)報(bào)警器,因此,綜合分析后決定采用以下方案。 該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)所實(shí)現(xiàn)的可燃?xì)獗O(jiān)測(cè)系統(tǒng)操作, 控制策略簡(jiǎn)單 ,成本低。采用催化燃燒原理制造的可燃?xì)怏w報(bào)警器工作原理是依據(jù)平衡電橋,這一平衡電橋其中一個(gè)橋臂為熱敏元件,熱敏元 件的表面涂有催化劑,當(dāng)橋臂流過(guò)的空氣含有易燃易爆物氣體時(shí),有不平衡電信號(hào)輸出,根據(jù)信號(hào)大小可得到空氣中易燃易爆物的含量。可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)原理主要有催化燃燒原理,熱導(dǎo)原理,半導(dǎo)體原理和紅外吸收原理等結(jié)合而成。但要求計(jì)算精確。并通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái),當(dāng)監(jiān)測(cè)濃度值超過(guò)預(yù)先設(shè)置的危險(xiǎn)門(mén)限時(shí),立刻驅(qū)動(dòng)報(bào)警器工作。將傳感器電阻值的變化納入方波產(chǎn)生器的時(shí)間常數(shù),影響方波的寬度,而方波寬度的變化直接和燃?xì)鉂舛认嚓P(guān),反映出是否有燃?xì)庑孤冬F(xiàn)象。目前已有的可燃?xì)獗O(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)大概有 以下幾類:( 1)采用氣敏傳感器,電源,信號(hào)轉(zhuǎn)換電路,單片機(jī),數(shù)碼管顯示,報(bào)警器,發(fā)光二極管構(gòu)成的系統(tǒng)。從運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和實(shí)際意義出發(fā),研制一種固定式可燃性氣體報(bào)警控制器,它主要對(duì)以烷類氣體為主的多種可燃性氣體進(jìn)行檢測(cè)控制。同時(shí),設(shè)計(jì)出的可燃性氣體報(bào)警控制器具有操作簡(jiǎn)單 , 實(shí)用性強(qiáng),價(jià)格便宜,安全性高等特點(diǎn),所以非常適合貯氣倉(cāng)庫(kù),以及家庭等場(chǎng)所使用,具有很高的實(shí)用價(jià)值。 本次設(shè)計(jì)采用以 AT89C51 芯片為核心, 用 半導(dǎo)體陶瓷式氣體傳感器 MQ2 來(lái)檢測(cè)外部氣體濃度, 結(jié)合外部硬件電路實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃性氣體進(jìn)行報(bào)警控制裝置 。 而傳統(tǒng)的模擬型可燃性氣體報(bào)警 控制器,對(duì)于氣體傳感器的特性補(bǔ)償、修正,采用匹配補(bǔ)償傳感器的硬件調(diào)整方式;這種調(diào)整方式雖然具有現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn),但補(bǔ)償擬合的范圍窄,匹配傳感器的部件選擇困難,而難以獲得較好的補(bǔ)償、修正效果。 因此本論文擬設(shè)計(jì)一種可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)報(bào)警器,用于監(jiān)測(cè)空氣中 可燃?xì)怏w的濃度,并且能將氣體的濃度顯示在數(shù)碼管上,當(dāng)空氣中的可燃?xì)怏w的濃度達(dá)到一定的警界值時(shí),發(fā)出報(bào)警聲音,從而能夠保障人們自身和生產(chǎn)與生活的安全。這些氣體 在帶給人們能源、生產(chǎn)生活 提供 方便的同時(shí), 但是它們本身 是有毒、易燃的化學(xué)物品,也給燃?xì)馊季哂脩羯钌盥裣铝嘶馂?zāi)、中毒、爆炸的隱患。然而工作環(huán)境的污染卻不斷地在增加。 singlechip。 關(guān)鍵詞: 報(bào)警器;傳感器;單片機(jī); 蜂鳴器 Abstract With the city gas, natural gas utilities and the chemical industry is developing rapidly, flammable, explosive gas type and range of applications is increasing, the flammable and explosive gases in the process of production and use, in the event of leakage will be caused by poisoning, fires, explosions
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