基于单片机的煤气泄漏及报警系统的设计.doc

本科毕业论文(设计)题目：基于单片机煤气泄漏及报警系统设计 学院： 物理与电子科学学院 班级： 姓名： 指引教师： 职称： 完毕日期： 年 月 日基于单片机煤气泄漏及报警系统设计摘要：随着社会进步和发展，人们生活水平也在不断提高，煤气作为一种必不可少能源出当前了人们寻常生活中。煤气给人们生活带来以便同步，也带来了一定困扰。煤气泄漏，煤气中毒，煤气罐爆炸等恶性事件时有发生。因此，为了避免此类事件发生，作为一种防止手段，监测空气中煤气浓度很有必要。因此运用单片机和传感器技术设计一种可以自动监测空气中煤气浓度达到一定值时报警系统。核心词：煤气 浓度检测 传感器 单片机 目录前言11系统设计背景和目21.1系统设计背景21.2 系统设计目22 系统构造构成和原理22.1 系统构造22.2 系统原理33 有关器件以及技术简介33.1 单片机简介3 3.2 气敏传感器简介4 3.3 A/D转换43.4 煤气中毒54系统硬件设计54.1单片机工作条件54.2信号采集和放大电路54.3数码管显示电路64.4 A/D转换电路74.5声音报警电路75 系统软件设计76 系统调试与实现8参照文献12 前言 随着社会进步和发展，人们生活水平也在不断提高。近年来，煤气以罐装和管道形式进入了寻常百姓人家，但是，由于使用和设备方面问题，导致煤气引起恶性事件时有发生。 城区居民使用管道煤气，管道中一氧化碳浓度为25%至30%，如果管道漏气、开关不紧煤气大量溢出，可导致中毒，严重者甚至引起起火爆炸。3月17日，长春市南湖新村中街发生燃气泄漏事故，4人一氧化碳中毒，其中两人住院治疗，18岁高中生小明（化名）不幸身亡。12月4日上午7时45分左右，上海市公安局110接报，虹口区西安路一栋三层老式公房发生居民煤气中毒事故，上海市公安局、卫生、建设交通等关于部门以及虹口区及时启动应急抢险预案、赶赴现场进行抢险，现场发现25人煤气中毒，已分别送医院救治。9月18日强盛铁合金暂时停产检修，要检修东烧结阀盖密封箱体盖板等。10时许高炉休风，16时25分后高炉复风，此时烧结平台下阀盖密封箱体内进行焊接作业3人中毒，1人焊好盖板爬出人孔时中毒，平台上配合检修者及时去关煤气阀门，将阀门关闭后自己即晕倒在阀门平台区。本次，导致4人死亡，1人轻微中毒。此类事故时有发生，因此，煤气安全问题成为一种受人关注社会话题。为了避免此类事件发生，作为一种防御手段，监测空气中煤气浓度很有必要。本设计基于单片机和气体传感器技术，是一种智能煤气监控系统，可以对煤气进行实时检测、监控。当煤气发生泄漏，室内气体浓度达到预先设定限定值时本系统可以及时报警，并关闭煤气阀门，从而有效避免了恶性事故发生。 1系统设计背景和目1.1系统设计背景在20世纪重要成就中，就有集成电路和电子计算机发展。在20世纪70年代浮现了微型计算机，70年代中期微型计算机又分支出来一种小小派系单片机。继4位单片机浮现，又浮现了8位单片机。MCS-48系列，特别是MCS-51系列单片机浮现，确立了单片机作为微控制器（MCU）地位。在品种众多单片机中，MCS-51系列单片机是单片机中主流机型，其构造完整、特殊功能寄存器规范，指令系统控制功能。单片机应用非常广泛，在家用电器领域，办公自动化领域，商业营销领域，工业自动化，智能仪表与集成智能传感器系统控制电路，汽车电子与航空航天电子系统等方面均有应用。随着当代科学技术发展，传感器与测试技术也有了迅猛发展，广泛应用于人类社会研究和生产中，并起着越来越重要作用。随着微电子学、微细加工技术和集成化工艺等方面发展，将敏感器件与其信号解决电路制作在一块芯片上，可以实现传感器集成化和微型化。当前，传感器与计算机紧密结合，使传感器不但具备信号检测功能，尚有记忆、存储、自诊断、自校准、自适应等功能，从而实现了传感器智能化。1.2 系统设计目随着着人民生活水平提高，煤气使用已经平民化，而煤气使用也带来了一系列问题，对的安全使用煤气很有必要。虽然人们对于煤气泄漏有一定防范意识，但是恶性事件时有发生生，给人民生命和财产带来个巨大损失。通过调查发现，一氧化碳报警器可以有效地减少事故发生率。而计算机普及使人们对生活规定变得更高，因此智能化、人性化成为当代人对生活水平追求。因此设计出一种可以智能监控煤气浓度系统，可以给人民生活带来以便和安全。本系统特点： （1）构造电路相对简朴，价格便宜； （2）智能系统，实时检测，监控，并及时报警； （3）安全可靠。 本设计使用MCS-51单片机可以达到题目设计规定，可以精确采样煤气浓度。并且该系列单片机是主流机型，容易学习和操作，性能也相对较好。2 系统构造构成和原理2.1 系统构造系统采用单片机作为核心控制，气敏传感器作为信息提取部件。重要涉及：气体检测及放大整形电路、声光报警电路、数码管显示、及复位电路。2.2 系统原理气敏传感器实时监测煤气浓度信号，输出量为模仿信号，浓度信号经A/D转换送入单片机，单片机对信号进行解决送入显示电路，实时显示煤气浓度，当煤气浓度超过限定值，实现声光报警。 r传感器放大器串口 A/D 晶振 8 0 5 1 显示 声响 其她 图 1 基于单片机实现监控系统工作原理是运用半导体气敏传感器将煤气浓度变换为模仿电压信号，此电压信号经放大后送到A/D转换器，变换成数字量送入单片机进行数据分析，数据解决后送入显示电路显示煤气浓度信息。当煤气浓度达到限定值，输出数字信号驱动声光报警。3 有关器件以及技术简介3.1 单片机简介随着大规模集成电路技术发展，可以将CPU、RAM、ROM、定期器/计数器以及输入/输出（I/O）接口电路等计算机重要部件集成在一块集成电路芯片上。这样构成芯片级微型计算机直译为“单片机”。单片机应用领域有：家用电器领域，办公自动化领域，商业营销领域，工业自动化，只能仪表与集成智能传感器老式控制电路，汽车电子与航空航天电子系统等领域。单片机在构造上突破了常规按逻辑功能划分芯片、由多片构成微型计算机设计思想，将构成计算机许多功能集成在一块晶体芯片上。在众多单片机中又以80C51构造具备明显特点，由于80C51系列单片机机器兼容机所具备一系列长处获得了广泛应用，被多家单片机厂家选作内核，因此成为了事实上主流机型。80C51采用了CMOS技术技术制造而成，集成度高，速度快，功耗低，可以常规编程，也可以在线编程。本设计采用AT80C51如图2所示 图2 AT89C513.2 气敏传感器简介传感器广泛应用于人类社会生产和科学实验中，起着越来越重要作用。成为国民经济发展和社会进步一项必不可少重要技术。传感器工作原理是基于各种效应和定律，以半导体材料、陶瓷材料、和有机材料为代表为代表新型敏感材料应用于传感器件中，不但使可测量参量增多，使力、热、光、磁、温度、气体、离子等方面某些参量测量成为现实，同步也使集成化、小型化和高性能传感器浮现成为也许。当前，传感器与计算机紧密结合，使传感器不但具备信号检测功能，同步还具备记忆、存储、自诊断、自校准、自适应等功能，从而实现了传感器智能化。传感器种类繁多，往往同一种被测量可以用不同类型传感器来测量，而同一原理传感器又可测量各种物理量，因而传感器有诸多。依照测量对象，本设计采用气敏传感器，它是一种将检查到气体成分和浓度转换为点信号传感器本设计使用气敏传感器可以将与煤气浓度关于信息，转换为电信号。3.3 A/D转换 信号是反映消息物理量，信号是消息体现形式，由于非电物理量可以通过各种传感器较容易转换成电信号，而电信号又容易传播和控制。将模仿信号转换成数字信号电路称为模数转换器，简称A/D转换器。本设计是检测空气中煤气浓度，而模仿信号不能直接送往单片机进行解决，因此必要进行A/D转换.3.4 煤气中毒煤气中具有一氧化碳，一氧化碳无色无味，常在乎外状况下，特别是在睡眠中不知不觉侵入呼吸道，通过肺泡气体互换，进入血液中形成碳氧血红蛋白，并散布全身，导致中毒。空气中一氧化碳浓度达到0.02%，人体就会浮现中毒症状,如头晕、头痛、恶心，无力等，严重者甚至死亡。4系统硬件设计4.1单片机工作条件AT89C51单片机工作条件接线图如图3所示：图 3 单片机工作条件接线图4.2信号采集和放大电路传感器输出来信号Vi通过运算放大器LM324同相输入端，但是为了保证引入是负反馈，输出端电压Vo通R4接到反相输入端，同步，反相输入端通过电阻R3接到参照电压V。信号采集和放大电路如图4所示： 图 4 信号采集和放大电路4.3数码管显示电路 报警器浓度显示采用数码管，LED数码管由于驱动方式不同有静态和动态两种显示方式。静态显示，每一位字段码分别从I/O控制口输出，保持不变懂得CPU刷新，特点是编程相对比较简朴一点，但是占用I/O口较多，合用与显示位数较少场合。动态显示，在某一瞬时显示一位，一次循环扫描显示，特点是占用I/O口较少，电路简朴单编程较复杂，CPU要定期扫描刷新显示。合用于显示位数较多地方。本系统采用动态显示，共阴型8位动态显示电路如图5： 图5 共阴型8位动态显示电路4.4 A/D转换电路A/D转换器是能把模仿信号转变为数字信号，咱们经常采用是逐次逼近式A/D转换器作为就扣电路，它构造简朴，转换速度较高.本设计采用ADC0804，它辨别率为8位，属于持续渐进式经放大器放大后煤气信号Vo送人A/D转换电路,最后将信号送人单片机内部。A/D转换电路如图6所示： 图 6 A/D转换电路4.5声音报警电路声音报警电路如下图所示，当煤气浓度达到8051单片机内部程序所设定值时，报警电路中喇叭将会发出刺耳声音，将房屋中煤气浓度下降到安全值如下，声音报警将会自动解除报警，等待下一次报警。声音报警电路如图7所示： 图 7 声音报警电路5 系统软件设计 系统软件采用MCS51汇编语言编制，涉及系统主程序和中断服务子程序、误差自动校准子程序等。主程序流程图如下 开始 A/D转换 数据解决程序初始化与否超过报警值浓度显示报警锁定，等待复位 图 8 主程序流程图6 系统调试与实现系统同调试仿真阶段，理论上是用A/D转换器把气敏传感器检测到电信号输送入单片机，当前用按键电路来代替。按键电路可以设定数值来代表需要煤气浓度。数码管显示采用动态显示方式，结合按键电路输入，在数码管上显示需要煤气浓度数值。实现电路如图9 图9 系统总电路分别对P1.0、P1.1、P1.2端口编程，实现分别控制数码管个位、十位、百位+1操作，核心程序：GO:JNB GSET,S1S1：LCALL,DELAY JB GSET,A1 INC SETG MOV A,SETG CJNE A,#10，J0 MOV SETG,#0 INC SETS MOV A,SETS CJNE A,#10，J1 MOV SETS,#0 LJMP K2J0：JB GSET,GO LCALL DISPLAY SJMP J0以上程序是对个位数字控制，十位，百位也是同样办法。核心显示子程序：DISPLAY:MOV A,SETG CLR P2.0 MOVC A,A+DPTR MOV P0，A LCALL DELAY SETB P2.0以上是对个位赋值控制，对十位，百位控制办法同样。 系统主程序：#include#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit adrd=P37； /IO口定义sbit adwr=P36;sbit csad=P35;sbit wei_g=P20;sbit wei_s=P21;sbit bjq=P13;unsigned char j,k,adval;void delay(unsigned char i)/延时程序 for(j=I;j0;j-) for(k=125;k0;k-);uchar table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;void display(uchar sh_c,uchar g_c)/显示程序 wei_g=1; wei_s=0; P0=tableg_c; delay(5); wei_g=0; wei_s=1; P0=tablesh_c; delay(5);void main()/主程序uchar a,A1,A2; while(1) csad=0； /选通ADCS adwr=0; _nop_(); adwr=1; csad=1； /关闭ADCS delay(10); for(a=20;a0;a-) display(A1,A2); /送去显示各位。 P1=0xff； /读取P1口之前先给其写全1 csad=0； /选通ADCS adrd=0； /AD读使能 adval=P1;/AD数据读取赋给P1口 adrd=1; csad=1； /关闭ADCS adwr=0; adval=adval/0.25； /数据解决 if(adval51) /判断报警浓度不不大于20%报警 delay(20); if(adval51) bjq=1; while(1) ； /报警控制,等待复位 A1=adval/10;/分出十，和个位 A2=adval%10; ;当煤气浓度达到单片机内程序所设立限定值（20%）时，声音系统中喇叭会发出警报声音；当煤气浓度下降到限定值一下时，声音系统停止报警，等待下一次报警程序执行。结论：基于单片机煤气泄漏及报警系统设计，采用单片机技术，实现了系统多样化和智能化。本系统设计电路简朴，稳定性高，容易实现，成本低廉。本系统重要功能：（1）对空气中煤气浓度检测;(2)煤气浓度达到一定值时报警。参照文献1何立民.单片机中级教程原理与应用.第二版M.北京:航空航天大学出版社，.10.2李晓莹.传感器与测试技术M.高等教诲出版社，.1.3童诗白，华成英.模仿电子技术基本M.第四版.高等教诲出版社，.5.4阎石.数字电子技术基本M.第五版.高等教诲出版社，.5.5膝杰.住宅社区防火、防灾单片机自动监测系统J. 太原都市职业技术学院学报， (4) ：160 -l61.6毕宏彦，郑铁. 防盗防火监控系统设计研究J.当代电子技术，2 002 ，137 (6 )：10 一12.7吴英才等.住宅防盗防火多媒体集中监控系统设计. 上海理工大学学报J.，26 (4):176-179.8边海龙，贾少华.USB2. 0 设备设计与开发M.北京:人民邮电出版社，.9Paulf.Lister.Single-chip microcomputersM.McGraw-Hill,10Paul Muller.CMOS multichannel single-chip receivers for multi-gigabit optical data communications M.Springer,Gas Leak And Alarm System Based on Single Chip DesignAbstract：Along with societys progress and development，the living standard of people also constantly improve，the gas as a kind of indispensable energy in the Peoples Daily life. Gas to bring people life convenient while，also brought some problems. Leaking gas and coal gas poisoning and gas cylinder explosion and other malignant events occur. So，in order to prevent the occurrence of such incidents，as a means of prevention，it is necessary to monitor the gas concentration in the air. So using single-chip microcomputer and sensor technology to design a can automatically monitor the gas concentration in the air reaches a certain value when the alarm system.Keywords：gas concentration detection sensor microcontroller