【正文】 l the alarm light，buzzer and cut off the electromagnetic valve , the realization of the natural gas leak on the realtime monitoring and control。 single chip microcontroller 。每一棟居民樓也被天然氣“籠罩”，伴之而來(lái)的是天然氣泄漏引發(fā)的的爆炸、火災(zāi)等事故也時(shí)有發(fā)生。為了使天然氣更好地服務(wù)群眾服務(wù)社會(huì)，減少各種因天然氣泄漏而引發(fā)的爆炸及火災(zāi)事故，各天然氣使用單位尤其是居民用戶選擇一種適當(dāng)?shù)奶烊粴鈾z測(cè)報(bào)警器十分重要,因此本設(shè)計(jì)對(duì)室內(nèi)天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行了研究。家用智能天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)是預(yù)防天然氣泄漏一種家用的自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警控制系統(tǒng)，也是一種高靈敏度的氣體探測(cè)器，一般都是應(yīng)用高靈敏度的氣敏元件作氣電轉(zhuǎn)換元件，并配以電路和聲光報(bào)警部分組成。 本設(shè)計(jì)主要針對(duì)傳統(tǒng)天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)以滿足要求，具有如下特點(diǎn)：用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)并控制，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、價(jià)格適中、穩(wěn)定、增加了超出安全閾時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟排風(fēng)扇（采用無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)保障安全）和關(guān)閉管道電磁閥功能，而且采用氣敏傳感器及防爆型電磁閥，安全可靠，因此本系統(tǒng)也可作為智能家居系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。國(guó)外可燃性氣體泄漏報(bào)警器發(fā)展很快，是由于人們安全意識(shí)很強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求較高；另一方面是由于燃?xì)庑孤﹫?bào)警器市場(chǎng)的增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。在這些方面，國(guó)內(nèi)的安全意識(shí)有待增強(qiáng)。如美國(guó)在天然氣泄漏報(bào)警器中嵌入微處理器，使燃?xì)庑孤﹫?bào)警器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實(shí)現(xiàn)了智能化、涉多功能化。民用天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)通常是獨(dú)立的在住宅中使用的天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，功能較簡(jiǎn)單；商用天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要使用天然氣的運(yùn)輸、儲(chǔ)存場(chǎng)所、使用天然氣和可能有天然氣泄漏的的工廠和公共場(chǎng)所。建筑和天然氣的相關(guān)規(guī)范和法規(guī)也推薦使用民用天然氣檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。探測(cè)器將傳感器檢測(cè)到的氣體濃度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)線纜傳輸?shù)娇刂破?，氣體濃度越高，電信號(hào)越強(qiáng)，當(dāng)氣體濃度達(dá)到或超過(guò)報(bào)警控制器設(shè)置的報(bào)警點(diǎn)時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并可啟動(dòng)電磁閥、排氣扇等外聯(lián)設(shè)備，自動(dòng)排除隱患。通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的采集和聲光的報(bào)警控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)家庭天然氣的檢測(cè)與報(bào)警。單片機(jī)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換8路傳感器來(lái)所得到的信號(hào)，進(jìn)行比較處理，并且能夠存儲(chǔ)各個(gè)通道的報(bào)警上限和報(bào)警時(shí)的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，..并且在安全值內(nèi)，顯示當(dāng)前所測(cè)量值和設(shè)定值，超出安全值閾時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警并立即啟動(dòng)排風(fēng)扇和關(guān)閉電磁閥，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)及報(bào)警作用。電路簡(jiǎn)單、可靠，但是靈活性和實(shí)用性較差。該方案有一定的靈活性和可執(zhí)性，但是電路比較復(fù)雜，智能性較差。當(dāng)室內(nèi)天然氣濃度超限（即達(dá)到危險(xiǎn)濃度）時(shí)，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，并打開(kāi)排風(fēng)扇、關(guān)閉天然氣管道電磁閥。 天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的主要功能如下：（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；（2）檢測(cè)到天然氣泄漏時(shí)具有聲光報(bào)警功能；（3）根據(jù)天然氣泄漏狀況自動(dòng)關(guān)閉天然氣管道電磁閥并開(kāi)啟排氣裝置。為了實(shí)現(xiàn)以上功能：系統(tǒng)應(yīng)該具備氣體傳感器、數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、數(shù)碼顯示、聲光報(bào)警單元、排風(fēng)扇和切斷閥。該系統(tǒng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、測(cè)量精度高、通用性強(qiáng)、功耗低，保證報(bào)警器的精確性及可靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報(bào)警器的體積，降低報(bào)警器的成本。 氣體傳感器的選型氣體傳感器是指能感受氣體（組分、分壓）并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器，也 俗稱“電子鼻”。在本設(shè)計(jì)中天然氣達(dá)到一定濃度，電阻達(dá)到一定水平時(shí)，傳感器就可以發(fā)出聲光報(bào)警。氣體傳感器作為天然氣檢測(cè)報(bào)警器的信號(hào)采集部分，是儀表的核心組成部分之一。 氣體傳感器介紹氣體傳感器的分類 （1）半導(dǎo)氣體傳感器：這種類型的傳感器在氣體傳感器中約占60%，根據(jù)其機(jī)理分為電導(dǎo)型和非電導(dǎo)型，電導(dǎo)型中又分為表面型和容積控制型。其原理是氣敏材料在通過(guò)氣體時(shí)產(chǎn)生離子，從而形成電動(dòng)勢(shì)，測(cè)量電動(dòng)勢(shì)從而測(cè)量氣體濃度。如測(cè)量H2S的YSTAuWO測(cè)量NH3的NH+4CaCO3等。大大提高氣體泄漏事故處置的工作效率和安全性，對(duì)于控制事故損失具有重要的作用。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)量電阻變化從而測(cè)量氣體濃度。例如，在Pt絲上涂敷活性催化劑Rh和Pd等制成的傳感器，具有廣譜特性，即可以檢測(cè)各種可燃?xì)怏w。（4）高分子氣體傳感器 :國(guó)外在高分子氣敏材料的研究和開(kāi)發(fā)上有了很大的進(jìn)展，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)合等特點(diǎn)，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測(cè)具有重要作用。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個(gè)薄電解層隔開(kāi)。測(cè)量該電流即可確定氣體濃度。（6）熱傳導(dǎo)傳感器:熱傳導(dǎo)傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結(jié)構(gòu)形式，但是測(cè)量原理不同。溫度的變化情況是目標(biāo)氣體熱傳導(dǎo)率的函數(shù)，而對(duì)于一種給定的氣體，熱傳導(dǎo)率是它固有的物理特性。紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。天然氣檢測(cè)報(bào)警器主要應(yīng)用在廚房、工廠等易發(fā)生天然氣體泄漏的場(chǎng)所，根據(jù)報(bào)警器檢測(cè)氣體的要求，一般選用接觸燃燒式氣敏傳感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器。阻緩是當(dāng)在氣體與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無(wú)焰燃燒的同時(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，靈敏度降低。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時(shí)，則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。 因此，經(jīng)常對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，是保證其準(zhǔn)確性的必要的途徑。半導(dǎo)體氣敏傳感器包括用氧化物半導(dǎo)體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導(dǎo)體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。 經(jīng)過(guò)對(duì)比上述兩種氣敏傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體氣敏傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會(huì)發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。而在眾多半導(dǎo)體氣敏傳感器中，本設(shè)計(jì)選用MQ4型氣敏傳感器，這種型號(hào)的傳感器具備一般半導(dǎo)體氣敏傳感器靈敏度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)把數(shù)據(jù)和事先設(shè)置好的安全閾值對(duì)比，若超出安全閾則啟動(dòng)聲光報(bào)警電路并開(kāi)啟排風(fēng)扇和關(guān)閉天然氣管道電磁閥。圖31 系統(tǒng)整體電路圖 單片機(jī)模塊的設(shè)計(jì) AT89C51介紹AT89C51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了8為中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，在眾多控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。圖32 AT89C51引腳圖ATC89C51引腳功能功能介紹：VCC：供電電壓。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在本系統(tǒng)中使用P0口來(lái)接通數(shù)碼管。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。因此。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。RST：復(fù)位輸入。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的