单片机煤气泄漏报警装置陈光俊，物理与电子信息学院摘要：现如今，出现了许多一氧化碳报警器，而 这些产品大都是针对煤气的泄漏所做出的相应的声光报警，形式简单。但是随着社会的发展，一氧化碳 报警器也在发展，也将由单一声光报警， 发展为智能报警。由于煤气泄漏具有巨大的危害性，需要对煤气泄漏进行实时的精确监控。本文介绍了一种智能型煤气监控系统，该系统利用单片机控制技术，采用巡回 检测的方法，实现对煤气泄漏的实时监测、实时跟踪显示现场煤气浓度并根据传感器老化曲线进行误差修正、具有声光报警功能等。由于本设计以 AT89C51 单片机为核心，较为合理地分配了软硬件，充分利用了软件编程技巧及系统运行速度快等优点，并有力兼顾了系统的性能，使系统精确度、灵敏度和稳定性均达到设计要求。关键词：51 单片机 气体传感器 RS485 总线Single-chip gas leak alarm deviceChenGuang-jun, College of Physics and Electronic InformationAbstract：In the current society, a lot of CO gas alarms have appeared, and these products are mostly to letting out sound-light corresponding alarms made of the leakage CO gas. That is a simple style. But with the development of society, CO gas alarm also developed from a single sound-light one to an intelligent one.Because of the gigantic harmfulness of gas leakage. It is important to measure the gas leakage accurately. The intelligent gas monitoring and controller system is designed with single-chip computer technology and cycle check method. It can monitor CO intense real-time. When CO concentration is higher than allowed value, it can not only provide with the function of setting up alarm limit, sound and light alarm, dynamic display of the connection error, checking and adjustment automatically. Since this design is distributed, relatively reasonably with AT89C51 as core, software and hardware has used software programming skill and the systematic rapid etc. So the system is accuracy; sensitivity and stability meet the demand of design.Keywords: 51MCU gas sensor RS4851.引言现如今，在市面出现了很多煤气检测仪，但大部分都是需要有人在场的情况下使用，万一无人在家时发 生煤气泄漏怎么办？我的毕业设计就是针对这一问题所设计的 “ 基于 MCS-51 系列单片机的煤气防漏安全系 统”。在实习调研过程中，我按照调研任务的基本要求，完成了以下工作：首先，分析了现有的防盗产品的设计方法、相关电路、各自的优缺点；其次，分析了煤气泄漏检测系统的基本需求；最后，结合智能小区的发展，增加的小区总体监控的功能，提出了“ 基于 51 系列单片机煤气泄漏检测及报 警” 的设计方案。这些工作对于按时、高 质量地完成毕业设计课题具有重要的指导意义。毕业设计实习调研的目的在于明确毕业设计课题的具体要求，通过查阅资料，了解各种方案的优缺点。同时，结合自己所学的知 识，取长补短，提出相应的的实现方案。因此，实习调研时一项非常重要的工作。在实习调研过程中，学生需要完成两项工作。第一，文献资料检索与查询：了解国内外与毕业设计课题相关的先进技术和发展趋势；了解现有常用技术、方案的优缺点；了解与毕业设计课题有关的硬件、软件开发 的思路。第二，方案的提出：学生需要 认真分析各种技术、方案的优缺点，并通过独立思考，提出自己的 实现 方案。2. 煤气报警器和煤气泄漏报警需求分析2.1 煤气报警器现状近年来随着人民生活水平的提高，管道煤气和罐装煤气已深入到寻常百姓家。但由于使用不当或设备 老化等原因导致的煤气泄漏极大地威胁着人们的生命财产安全。目前，一般的煤气报警器功能单一，或是必须手动复位阀门系统，性能稳定性低；而大型的监控系统又价格不菲，需专门的技术人员来管理，不适用于中小企业和家庭。家用煤气泄漏报警器是非常重要的燃气安全设备，它是安全使用城市燃气的最后一道保护。燃气泄漏 报警器通过气体传感器探测周围环境中的低浓度可燃气体，通过采样电路，将探测信号用模拟量或数字量 传递给控制器或控制电路，当可燃气体浓度超过控制器或控制电路中设定的值时，控制器通过执行器或执行电路发出报警信号或执行关闭燃气阀门等动作。可燃气体报警器的探测可燃气体的传感器主要有氧化物半导体型、催化燃烧型、热线型气体传感器， 还有少量的其他类型，如化学电池 类传感器。 这些传感器都是通过对周围环境中的可燃气体的吸附，在传感器表面 产生化学反应或电化学反应，造成传感器的电物理特性的改变。燃气泄漏报警器广泛应用在城市安防、小区、工厂、公司、学校、家庭、别墅、仓库 、资 源、石油、化工、燃气输配等众多领域。按检测气体可分为：可燃气体报警器，有毒气体报警器和复合式气体报警器，气体报警器使用不同传感器检测不同气体，复合式气体报警器可同时检测可燃和有毒气体。按使用环境可分 为：工业用气体报警器和家用燃气报警器。按自身形态可分为固定式气体报警器和便携式气体检测仪。燃气泄漏报警器从功能上可分为仅有泄漏报警功能的泄漏报警器和可以指示所探测到的燃气浓度并具有报警功能的检测报警器；从使用场所上可分为民用燃气泄漏报警器和商用报警器。民用报警器通常是独立的在住宅中使用的燃气报警器，功能较简单；商用报警器主要使用燃气的运输、储存场所、使用燃气和可能有燃气泄漏的的工厂和公共场所。城市燃气规范中规定地下室、半地下室、地上密闭空间的用气房间、建筑的管道井、封闭计量表房等都要安装燃气报警器。建筑和燃气的相关规范和法规也推荐使用民用燃气泄漏报警器。工业用固定式气体报警器由报警控制器和探测器组成，控制器可放置于值班室内，主要对各监测点进 行控制，探 测器安装于气体最易泄露的地点，其核心部件为内置的气体传感器， 传感器检测空气中气体的浓度。探测器将传感器检测到的气体浓度转换成电信号，通过线缆传输到控制器，气体浓度越高， 电信号越强，当气体浓度达到或超过报 警控制器设置的报警点时，报警器发出报警信号，并可启动电磁阀、排气扇等外 联设备，自 动排除隐患。便携式气体检测仪为手持式，工作人员可随身携带，检测不同地点的气体浓度，便携式气体检测仪集控制器，探测器于一体，小巧灵活。与固定式气体 报警器相比主要区别是便携式气体检测仪不能外联其他设备。燃气报警器的核心是气体传感器，俗称“电子鼻”。这是一个独特的电阻，当“闻”到燃气时，传感器电阻随燃气浓度而变化，燃气达到一定浓度，电阻达到一定水平时， 传感器就可以发 出声光报警。什么叫声光报警？燃气泄漏使室内浓度达到报警器浓度后，报警器的 红色指示灯亮，蜂 鸣器 发出“ 辟-辟-”的报警声，所以叫做声光报警。 2.2 煤气泄漏的危害一氧化碳的浓度与健康成年人中毒的可能症状50ppm 健康成年人在八小时内可以承受的最大浓 度200ppm 2-3 小时后，轻微 头痛、乏力400ppm 1-2 小时内前额痛；3 小时后威胁生命800ppm 45 分钟内，眼花、恶心、痉挛；2 小时内失去知觉；2-3 小时内死亡1600ppm 20 分钟内头痛、眼花、恶心；1 小时内死亡3200ppm 5-10 分钟内头痛、眼花、恶心；25-30 分钟内死亡6400ppm 1-2 分钟内头痛、眼花、恶心；10-15 分钟死亡12800ppm 1-3 分钟内死亡3.系统组成及软硬件介绍3.1 煤气泄漏报警器的系统电路组系统以多机方式与前端机通信。本机采用主从工作模式。单片机系统作为从机与本地通信主机（上位机）联系。第 1 级：中央控制操作站（上位 PC 机） PC 机完成现场煤气浓度数据显示、现场位置确定、数据库建立、数据查询、数据分析、统计、打印等操作。第 2 级：单片机控制系统由于系统对实时性、精确性和可靠性要求非常高，系统采用单片机作为现场控制器，完成对煤气浓度信号采集、运算、控制和向机传送浓度数据。3.1.1 硬件电路组成框图：硬件电路组成框图如图 1 所示。图 1 单片机控制系统组成3.1.2 系统原理：监控系统的工作原理是利用半导体气敏传感器将煤气浓度变换为模拟电压信号，此 mV 级电信号经低通 滤波滤掉干扰信号，放大器把信号放大为 05后，送到 A/D 转换器，变换成数字量送 CPU 进行数据分析。当空气中的煤气 浓度达到 设定值时，将 输出数字量，经变送器驱动电磁阀，将煤气管道关闭并打开排气装置，并输出数字信号驱动光电报警和向上位 PC 机输 出所处位置及报警值，以 让监控人员进行处理。故障排除后，可操纵控制面板按键 ，打开 阀门使其恢复供气。3.1.3、网络设计：3.2 煤气泄漏检测报警器硬件选择3.2.1 气体传感器介绍：燃气报警器的核心是气体传感器，俗称“电子鼻”。这是一个独特的电阻，当“闻”到燃气时，传感器电阻随燃气浓度而变化，燃气达到一定浓度，电阻达到一定水平时， 传感器就可以发 出声光报警。什么叫声光报警？燃气泄漏使室内浓度达到报警器浓度后，报警器的 红色指示灯亮，蜂 鸣器 发出“ 辟-辟-”的报警声，所以叫做声光报警。气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分 气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置！气体传感器一般被归为化学传感器的一类，尽管这种归类不一定科学。“气体传感器 ”包括：半导体气体 传感器、 电化学气体传感器、催化燃烧式气体传感器、 热导式气体传感器、红外线气体传感器等。3.2.2 AT89C51 系列单片机介绍1主要特性： 与 MCS-51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器/计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路89S51 相对于 89C51 增加的新功能包括： - 新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比 89C51 更低！ - ISP 在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。 - 最高工作频率为 33MH