本 科 毕 业 设 计 题目：基于单片机的煤气智能报警系统的设计学 院 电子与信息工程学院 专 业 电子信息科学与技术 姓 名 班 级 2008级本（一）班 学 号 指导教师 起讫时间 2012.032012.05 基于单片机的煤气智能报警系统的设计摘要 随着经济和科学技术的快速发展,人们对生活质量的提高和生活环境的改善越来越重视。管道煤气与灌装煤气的使用为人们带来了方便,也改善了城市的环境,但同时也给人们带来了潜在的危险。由于使用的不当以及设备的老化等原因所引起的煤气泄漏极大地威胁着人们的生命财产安全，因此对于煤气浓度的检测与控制就变得至关重要，研究各种气体的检测方法与气体传感器也随之成为一个重要课题。 本论文是一篇基于单片机的煤气智能报警系统的设计。该系统可对煤气浓度进行实时监测，当被测气体中一氧化碳的浓度超过预定数值时,将产生报警并自动关闭煤气阀门。经过多次测试，该设计达到了精确度、灵敏度和稳定性高的要求，且成本低，操作方便，因此可广泛用于智能报警器与监控系统。关键字单片机；气体传感器；煤气监测；智能报警The Design of Intelligent Gas Monitoring and AlarmingSystem Based On Single Chip MicrocomputerAbstract With the rapid development of economy and the science technology， people become pay more and more attention to the quality of life and improving the environment. Pipeline gas and filling the use of gas for people brought convenient, also improve the environment of the city, but also has brought people of potential danger. Due to the improper use of equipment and aging causes of gas leakage greatly affecting peoples life and property security, so for the measurement and control of gas concentration is crucial. And it is obviously very important to study on the inspection methods and sensors of all kinds of gases. The paper is a design of intelligent gas monitoring and alarming system based on single chip microcomputer. The system can real-time monitoring of gas concentration, and when the concentration of carbon monoxide in the air more than book value, will have a warning and automatically shut off the gas valves. Many tests have proved that this system satisfactorily meet the needs of high sensitivity, accuracy and stability in gas management. And it is low in cost and easy in operation, so a wide use can be expected in the gas industry market.Key words: SCM; Gas sensor; Gas monitoring; Intelligent alarm目 录第 1 章 绪论11.1课题研究的背景11.2 课题研究的目的与意义11.3 可燃性气体报警器的国内外现状及发展动态21.4 系统设计基本内容4第 2 章 煤气智能报警系统的方案设计52.1 煤气智能报警系统的设计思路52.2 气体传感器的介绍与选定52.2.1 气体传感器介绍52.2.2气体传感器选定72.3 煤气智能报警系统的整体设计方案92.3.1 煤气智能报警系统的工作原理92.3.2 煤气智能报警系统的结构92.3.3 煤气智能报警系统的功能102.3.4 煤气智能报警系统的主要技术指标10第 3 章 煤气智能报警系统的硬件设计113.1 主机单元电路113.1.1 AT89S52单片机113.1.2 DS12887实时时钟芯片及其电路133.1.3 X5045看门狗定时器及复位电路153.1.4 电源电路163.2 功能模块部分173.2.1 带温度补偿的放大电路173.2.2 A/D转换电路183.2.3 HD7279A的人机接口电路203.2.4 声光报警电路223.2.5 光电隔离电路233.2.6 通信接口电路25第 4 章 煤气智能报警系统的软件设计274.1 部分单片机程序274.1.1 主程序274.1.2 数据采集程序284.1.3 A/D转换程序29结论30谢辞31参考文献32ii第 1 章 绪论1.1课题研究的背景 随着科技的发展，越来越多的可燃性气体作为能源应用于工业生产和人们的日常生活中。气体燃料的应用和普及，伴之而来的是气体泄漏造成的中毒、爆炸、火灾等事故也时有发生。其中由于一氧化碳泄漏造成的中毒死亡事故尤为严重。众所周知，由于CO与血液中的血红素的结合能力是氧的240倍,因此,当它进入人体血液循环系统后,就会大量取代氧而与血红素结合,抑制血液中氧气的释放,从而导致发生头痛、耳鸣、呕吐、血压降低等不同程度的症状发生。如果CO中毒严重,轻者于康复过程中可能会头昏眼花、丧失记忆或引起视觉及神经上的障碍,严重者会导致脑部受损甚至发生死亡。为了减少这类事故的发生，就必须对这些可燃性气体进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中可燃性气体的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。因此，研究可燃性气体的检测方法与研制可燃性气体报警器就变得尤为关键。家用智能煤气报警器就是为了预防煤气泄漏的一种家用的自动报警器，也是一种高灵敏度的气体探测器，一般都是应用高灵敏度的气敏元件作气电转换元件，并配以电路和声光报警部分组成。当泄漏的气体达到危险极限值时报警器就会发生鸣响和声光报警。1.2 课题研究的目的与意义可燃性气体通常指城市煤气、石油液化气、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然气以及煤矿瓦斯等。这些气体主要含有烷类、烃类、烯类、醇类、苯类以及一氧化碳和氢气等易燃、易爆成分。贮存和使用这些气体的过程中，如违反操作规程和设备密封不好，都有可能发生可燃气体泄漏的现象，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。可燃性气体检测报警装置是能够检测环境中的可燃性气体浓度并具有报警功能的仪器。该报警装置是石油化学工业、有可能发生可燃性气体泄漏的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。可燃性气体报警器属于中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录第46项中规定的物理化学计量器具。建筑设计防火规范(GBJ16-87)第10.3.2条明确规定:“散发可燃气体、可燃蒸汽的甲类厂房和场所，应设置可燃性气体浓度检测报警装置”。2003年12月，国家执行新的可燃性气体探测器标准(GB15322-2003)可燃气体探测器，2004年10月国家颁布可燃气体检测报警器规程JJG693-2004，研究新型、性能稳定、准确监测可燃性气体，并合乎国家相关规定的报警器具有极其重要的意义。目前我国已有许多城市铺设了煤气管道，使用人口约达二亿人，煤气发生基地及中转站也达几千家。如果这些家用燃气和煤气基地及中转站的报警率按10%计算，可燃性气体检测报警器的需求量就达2000万台以上。随着全社会对防火防爆及人身安全的重视程度的提高，这个数字会继续增长。近十年来，农村的沼气使用也得到了极大的发展。到2006年底，全国沼气池数量已达近1300万座，这就为检测沼气（主要成分是甲烷）浓度的仪器提供了市场。可见，可燃性气体报警器具有十分广阔的市场前景。1.3 可燃性气体报警器的国内外现状及发展动态国外从20世纪30年代开始研究及开发气体传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高; 另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。据有关统计，美国1996年一2002年气体传感器年均增长率为27%30% 。随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得气体检测仪器的体积也逐渐变小，提高了气体检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。1963年5月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年12月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。我国在70年代初期开始研制可燃性气体报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范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报警器，产品数量也在不断增加。但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行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有很大进步。燃气报警器可分为民用可燃气体报警器、工业用可燃性气体报警器及有毒有害气体报警器三大系列产品。(1) 民用可燃气体报警器民用可燃气体报警器为居民家庭用的燃气报警器，一般安装在厨房，遇燃气泄漏时，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动外部设备。有的报警器可自动开启排风扇，把燃气排出室外; 有的报警器在报警时可自动关闭燃气阀门，以防燃气继续泄漏。(2) 工业用可燃性气体报警器及有毒有害气体报警器工业用可燃气体报警器及有毒有害气体报警器只是检测探头有差异，而在原理和应用中都很相近。工业用燃气报警器及有毒气体报警器根据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器。检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，主要应用于燃气管理的查漏与巡检。若有燃气泄漏，便携式可燃气体检漏仪便会发出声光报警，同时数字显示气体浓度，以便及时采取安全措施，防止爆炸等恶性事故的发生。控制器与探测器结合使用，可在防爆现场长期监测气体的浓度。探测器安装在防爆现场，控制器壁挂在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽电缆线连接。当现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警，同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以确保安全。此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加油站、锅炉房等工业场所。目前，气体传感器的发展趋势集中表现为：一是提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是气体传感器一直追求的目标。