-基于单片机的多路报警器设计---副本.doc
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1、本科毕业设计基于单片机的多路报警器设计摘要随着科学技术的日新月异,人类社会取得了很大的进步。在生活、工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等领域,经常都需要对环境中的温度、湿度、光照强度、气体等环境参数进展检测与控制。而且随着可燃可爆性气体种类和应用围的增加,贮气仓库的气体泄漏、火灾爆炸事故日益增多。从安全、环保与经济等方面上考虑,研制一种实用的多路报警系统是非常必要的。基于这个需求,本设计利用传感器对环境中的温湿度以与可燃气体进展检测,当这些参数不符合预定设置的参数值时,就会自动报警。系统选用MQ_2气体传感器对现场可燃性气体浓度进展检测,选用AM2301温湿度传感器对温度和空气湿度进展检
2、测,采用功能和性价比拟高的AVR ATmega16单片机作为中央处理单元,对环境参数进展采集处理并产生自动报警。本设计可以检测空气中以烷类气体为主的多种可燃性气体的浓度,以与空气温湿度,当达到预先设定的上限或下限报警设定值时,发出声音报警信号,以提示操作人员采取安全对策或自动控制相关安全装置。该报警器可以实时、准确检测可燃性气体以与温湿度并且可以长时间可靠无误的报警,具有很广泛的应用前景和推广价值。关键词:可燃气体温湿度单片机报警器Multi-way Alarm Based on MCUZeng Xiaoling(College of Engineering, South China Agri
3、cultural University,Guangzhou 510642, China)Abstract: With the advances of science and technology, human society has made great progress. In life, industrial and agricultural production, weather, environmental protection, defense, research, aerospace and other fields, often wan to detect and control
4、 the environmental parameters such as temperature, humidity, light intensity, gas concentration. And with the increase of kind and range of combustible and explosive gas, the number of gas leak, fire and explosion in the air storage warehouse increasing. Be based on security, environmental and econo
5、mic considerations, developed a practical multi-channel alarm system is necessary.Base on this demand, this design uses a sensor to detect temperature, humidityand combustible gas, when these parameters do not meet the pre-determined parameter values, it will automatically alarm. Use MQ_2 gas sensor
6、 for combustible gas concentration detection, AM2301 temperature and air humidity sensor for temperature and air humidity testing, functionality and cost-effective AVR ATmega16 microcontroller as a central processing unit, to collecting and processing environmental parameters and alarm automatically
7、. The design can detectthe concentrations of a variety of combustible gas such as n-hexane, as well as temperature and humidity, when they reaches the pre-set upper or lower limit alarm setting values, it will send out the sound alarm signal that prompts the operator to take safety measures or autom
8、atic control safety devices.The alarm system can accurately detect combustible gas in real time, as well as temperature and humidity, and can reliably and correctlywork for a long time. It has a very broad application prospects and promotion value. Key words:flammable gas temperature and humidity si
9、ngle-chip microcomputer alarm24 / 30目 录1 前言11.1 课题研究的背景11.2 课题研究的目的和意义21.3 可燃气体、温湿度报警器国外现状32 系统功能与方案设计42.1 系统方案比拟52.2 系统整体方案设计52.3 系统功能介绍63 报警系统硬件设计73.1 单片机原理73.1.1 单片机原理概述73.1.2ATmega16单片机的介绍83.2 电路系统设计93.2.1 单片机最小系统93.2.2 环境参数采集电路设计103.2.3 报警局部电路设计124 报警系统软件设计134.1 编译器ICCAVR的介绍134.2 系统软件设计134.2.1
10、整体系统软件设计134.2.2 报警局部软件设计145 调试和测试155.1 软硬件调试155.2 系统功能测试166 总结16参考文献18附录19致27华南农业大学本科生毕业设计成绩评定表1 前言1.1 课题研究的背景随着石油化学工业的开展,易燃、易爆以与有毒等气体的种类和应用围都有所增加。液化石油气、天然气、煤气等这些气体主要含有烷类、烃类、烯类、醇类、苯类以与一氧化碳、氢气等成分,都是易燃、易爆、有毒、有害的气体。它们易流动、易燃烧,在生产、输送、贮存和使用这些气体的过程中,如违反操作规程或者设备密封质量不好,都有可能发生这些可燃气体泄漏的现象。当与空气混合后的混合物达到一定的浓度时,就
11、是一种极具爆炸性的混合物,遇到火源就会发生剧烈的化合反响,产生大量的热,然后燃起大火,进而酿成火灾或爆炸事故,给国家和人民的生命财产造成损失。在国由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾等事故也经常发生,这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了防止类似的悲剧不断上演,只有利用先进的科学技术。研制先进的、可靠的安全监测仪表,严密而且实时监测环境中的可燃性气体的浓度,与早发现事故存在的隐患,与时采取有效的措施,将事故消灭在酿成恶果之前,这样才能确保安全生产,居民的人身财产安全也才能有保证。但是现在国使用的报警控制器,许多产品使用时间过长,产品老化严重,技术指标达不到标准,报警器的性能也不稳定
12、。有些是保养不当,如电池流水腐蚀仪器,或蓄电池损坏而使报警器不能工作;有些是因使用不当而造成故障,因此不能进展准确、安全的检测和报警。因此,研制一种新型、性能稳定、实用性强、能准确监测可燃性气体,并且符合国家相关规定的报警控制器势在必行芳,2011。当然,在众多环境参数中,温度和湿度也是两个十分重要的物理量,对它们的测量与控制有着十分重要的意义。随着现代工农业技术的开展,对生产环境温湿度的人为检测与控制能让工农业生产更有效率或质量保证。而人们对生活环境要求的提高,也使得人们迫切需要检测与控制生活环境中的温度和湿度。在人类的生活中,温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在什么地方,从事什么样的工作
13、,都无时无刻不在与温度打交道。自从18世纪工业革命以来,工业的开展与是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、食品、医药等行业,几乎80%的工业部门都必须得考虑温度的因素。温度对于工业如此重要,因此推进了温度传感器的开展。而信息科学和微电子技术的飞速开展给控制领域带来了巨大的飞跃,控制技术更加趋向自动化和智能化,为无数的使用者带来了方便。在控制领域里,温度是一个常见的名词,然而它所带来的技术问题和所起的作用却是非同一般的。在控制领域中,对温度的控制有着举足轻重的作用。例如瓷的烧烤,只有控制住温度的适度,才能制作出一个完美的艺术品,否那么只是一件废品;还有如酿酒的过程,也需要
14、对温度进展控制。可见,在生活的许许多多的方面都有着对温度进展感知和控制的需要。而湿度也特别重要。特别是在一些仓库或者一些生产车间,对湿度的要求非常高,如果湿度不适中,可能会导致所有的贮藏物品或产品不合格,或存在某些安全隐患。例如在一些无尘车间或洁净室,如果湿度过高可能会导致细菌滋生、产生静电、金属被严重腐蚀等现象,导致无尘车间、洁净室性能严重下降。所以对空气湿度的检测控制也是很有必要和重要的。1.2 课题研究的目的和意义随着城市煤气、天然气等相关事业与化学工业的迅速开展,易燃、易爆气体的种类和应用围在不断增加,这些易燃易爆气体在生产和使用的过程中,一旦发生泄漏将会引起中毒、爆炸、火灾等伤亡沉重
15、事故。人们在对安全生产的重视程度日益增加的同时,对生产技术手段也进展不断的提高。研制一种新型、性能稳定、能准确地监测可燃可爆性气体的报警控制器势在必行。当然,很多时候只是对可燃气体进展检测控制还不够,还有很多因素在影响着生产和生活,例如温度和湿度。随着社会的开展特别是工业的开展,人民生活的改善,安全问题变得越来越重要。如今,在许多情况下,都需要对环境的温度进展限定,其中包括人的生活工作环境、仪器设备的工作环境以与动植物的生长环境等。如果环境温度超过或者低于限制值,必定对所处环境的人或设备造成影响,甚至给个人和社会造成巨大的损失。因此,在某些特定环境使用温度报警器来对温度进展实时监控并做到超温报
16、警,而使用单片微型计算机实时控制温度报警系统那么是其中的一种重要方式。本次设计以AVR ATmega16芯片为核心,用半导体瓷式可燃气体传感器MQ_2来检测环境中可燃可爆气体的浓度,用数字式温湿度传感器AM2301来检测环境中的温度和湿度,结合外部硬件电路实现对可燃性气体以与温湿度进展实时检测,当检测到的参数不符合预定值时那么自动报警。AVR ATmega16芯片具有功能强大,性价比高等优点,适合广泛应用于报警装置,而且产品能够大规模生产。同时,设计出的多路报警器具有操作简单,实用性强,价格廉价,安全性高等特点,所以非常适合贮气仓库,以与家庭等场所使用,具有很高的实用价值。正是由于可燃性气体报
17、警器对于安全生产的重要性,国外有许多厂家研制、生产这一产品。同时也有很多厂家在研制、生产温湿度报警器,可是高可靠性的多路报警器还是比拟少比拟不成熟。从实际意义出发,根据现实生活的需要以与运用所学知识,研制一种高可靠性的多路报警器能更好地提高生产和生活的安全可靠性。1.3 可燃气体、温湿度报警器国外现状可燃性气体报警器在国外己经开展成为一种相当成熟的产品(Phelan et al,2007)。日本是最早发明可燃气体报警器的国家,己有50多年的历史。无论在气体探测器的研制上,还是在报警器的可靠性能上,都处于国际的领先水平。日本政府和各大生产企业大力推广报警器的使用,使可燃可爆气体泄漏和爆炸等事故的
18、发生率远远低于欧美等兴旺国家。其中费加罗FIGARO、理研都是专门研制、生产可燃性气体报警控制器的厂家。他们生产的产品以采用最先进的气敏传感器、响应速度快、性能可靠、寿命长而著称。我国在70年代初期开始研制可燃性气体报警控制器,生产型号多样、品种较为齐全,应用围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型的报警器,产品数量也在不断地增加。主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产制造工艺的根底上,进一步研究与开发,形成自己的特色。近年来,在气体选择性和产品稳定性上也取得很大进步。工业上的可燃性气体报警控制器一般分为可燃性气体检漏仪简称“检漏仪、可燃性气体报警控制器简称“控制器、可燃
19、性气体探测器简称“探测器三大系列产品。检漏仪的体积较小,可随身携带或手持,采用碱性电池或可充电电池供电,一般可以连续工作近12小时。该仪器主要应用于燃气管道的查漏与巡线。如果有燃气泄漏,检漏仪就会发出声光报警,同时显示气体浓度,以便监控人员与时采取安全措施,防止爆炸等恶性事故的发生。探测器一般都与控制器配合使用,这是在工业装置上和生产过程中使用最多的检测仪器,可在防爆现场长期稳定地监测可燃气体的浓度。这种仪器大都使用于油库、液化气站和煤气站等易燃易爆的危险场所。探测器安装在防爆现场,而控制器那么安置在值班室等有人值守的地方,二者之间采用屏蔽电缆线连接。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后,在很短
20、时间通过屏蔽电缆线将信号传送到控制器,接收到信号后控制器发出声光报警,同时自动启动排风装置或关闭电磁阀切断气源,以确保安全路,2008。温度检测报警系统的核心设备是温度传感器。温度传感器的开展算是经历了以下的3个阶段:1传统的分立式温度传感器,含敏感元件,主要是能够进展非电量和电量之间的转换。2模拟式集成温度传感器/控制器。3数字式智能温度传感器。目前,国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、集成化向智能化与网络化的方向开展Millsetal,2011。数字式温度传感器也称智能温度传感器,是在20世纪90年代中期问世。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术ATE的结晶。如今,国际上已开发出多
21、种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器部包含温度传感器、A/D传感器型号处理器、信号处理器、存储器和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器CPU、随机存取储存器RAM和只读存储器ROM。数字式温度传感器能传输出温度数据与相关的温度控制量,能适配各种微控制器MCU,并且可以通过软件来实现测试功能,即智能化水平取决于软件的开发水平。进入21世纪后,温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性与安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速开展。而在湿度检测报警方面,虽然在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门,经常需要对环境湿度进展测量与控制。但在常
22、规的环境参数中,湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法,早已无法满足现代科学技术开展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多,温度是个独立的被测量,而湿度却受其他因素大气压强、温度的影响。此外,湿度的标准也是一个难题。国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。近年来,国外在湿度传感器的研发领域取得了很大的进步。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速开展,为开发新一代湿度检测控制系统创造了有利条件,也将湿度测量技术提高到新的水平。总而言之,温湿度传感器的应用很广泛,其性能会直接影响到温湿度测量系统的准确度和可靠性。由于技术和本钱原因,几
23、年前大多使用传统的温湿度传感器,即模拟式传感器,尤其是要求可靠的湿度测量仍然停留于干、湿球测量法。这种方法不仅使用麻烦,而且往往受到应用场合的限制黄军辉等,2006。目前国外对可燃气体报警器、温度报警器、湿度报警器的研究可以说是已经进入一个比拟成熟的阶段。可是能够结合多个方面,多路检测报警、实用性强,而且能够广泛应用的多路报警器的研制还不是很成熟,重大危险事故还是时有发生,所以这一方面的研究还是值得我们探讨。2 系统功能与方案设计2.1 系统方案比拟方案一:采用AT89S51单片机作为中央处理单元郭天祥,2009,同时选用FIGARO费加罗催化燃烧式可燃气体传感器模块FCM6812对现场可燃性
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