毕业论文-煤气泄漏检测与报警系统设计100070778.docx
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1、煤气泄漏检测与报警系统设计摘要:对煤气泄漏实时精确监控是非常重要的。本文介绍一种基于单片机技术的智能型煤气监控系统,可对煤气浓度进行智能地实时检测和监控、报警,而且还能实现自动开启和关闭煤气管道阀门,经过多次运行,精确度、灵敏度和稳定性均达到设计要求,且造价低,操作便利,可广泛作为智能报警器及监控系统来运用。本系统以ATMEGA16单片机为核心,论述了基于测控技术的煤气泄漏监测报警装置的硬件和软件方案设计与实现。文中重点阐述了信号采集调理电路与语音电路的设计。试验表明,设计制作的系统满足设计要求,具有好用价值。关键词:单片机处理器;一氧化碳传感器;煤气浓度;声光报警;煤气泄漏DesignofG
2、as-IeakingMonitoringandAlarmingSystemAbstract:Accuratereal-timemonitoringofthegasleakisimportant.ThisP叩erdescribesasinglechiptechnologybasedonintelligentgasmonitoringsystem,thegasconcentrationcanbeintelligentinrealtimedetectionandmonitoring,alarm,andcanautomaticallyopenandclosethegaspipelinevalves,a
3、fterseveralruns,precision,sensitivityandstabilitymeetthedesignrequirements,andlowcost,easytooperate,canbewidelyasasmartalarmandmonitoringsystemtouse.ThissystemusestheATMEGA16ascontrolcore.Thispaperintroducesthebothschemedesignandimplementofhardwareandsoftwareonthegas-leakingmonitoringandalarmingsyst
4、embasedonmeasureandcontroltechnology.Theexperimentshowsthatthesystemofdesignandmakesatisfiestherequirement,andholdsbetterpracticability.Keywords:Singlechipprocessor;COSensor,Gasconcentration,voiceandlightalarm,Gas-Ieaking书目第1章绪论31.1 课题背景、目的及意义41.1.1 课题的背景41.1.2 课题的目的及意义41.2 系统设计内容5第2章系统硬件设计实现62.1 一氧
5、化碳浓度检测电路设计61.1 .1Co传感器原理介绍与选型61.2 .2NAP-505型一氧化碳传感器介绍72.2 键盘及显示电路接口设计82.2.1 键盘/显示器电路设计92.3 稳压电源电路设计122.4 声光报警电路设计132.4.1 声音报警电路13第3章系统软件设计163.1 系统软件总体设计163.2 开机自检模块程序设计163.3 键盘处理、显示模块程序设计173.4 数据A/D转换模块程序设计203.5 数据处理和报警、限制模块程序设计21结论23致谢24参考文献25第1章绪论本章主要介绍本次毕业设计的探讨的背景、目的与作用,以及在本次设计的主要内容和技术指标。1.l课题背景、
6、目的及意义1.1.1 课题的背景随着我国燃起的变革及西气东输工程的进行,煤气或自然气已成为多数家庭的燃料。每年,因煤气泄露造成的中毒事故中,因热水器不当或产品本身的质量问题,造成的煤气中毒事故,全国均有不少事例。有甚者,因室内煤气浓度过高,引起的煤气爆炸的事故也不少见。家用煤气有时会因各种缘由发生泄漏,煤气的主要成分是甲烷,甲烷是一种可燃性气体遇到明火会发生燃烧甚至爆炸,所以在煤气泄漏时打电话,运用家用电器的话,煤气遇到电火花可能会发生爆炸事故。人呆在煤气泄漏的空间内,甲烷的不完全燃烧可能会生成一氧化碳,人体吸入有毒的一氧化碳后,一氧化碳将会快速与血液中的红细胞结合导致人体中毒昏迷,假如长时间
7、吸入泄漏的煤气甚至会发生中毒死亡随着经济的发展,人们对生活质量的提高和生活环境的改善越来越重视,液化气、煤气进入家庭的运用为人们带来了便利,也改善了城市的环境,但同时也给人们带来了潜在的危急,其中一氧化碳是最主要的危急源。当今我国很多煤矿企业由于对于矿井下的煤气监测和处理不够刚好,酿成了很多的惨剧,造成的工人生命和国家财产的损失。因此,刚好精确地对房间室内和矿井进行CO浓度实时监测和报警成为保障群众生命平安和国家财产平安的一项必不行少的工作。1.1.2 课题的目的及意义AT89系列单片机是限制系统常用的单片机,应用在很多领域,利用它完成的报警系统比较多,运用AT89系列构成的计算机系统能够实现
8、精确的采样煤气浓度,能够达到题目的设计要求,而且AT89系列单片机相对于其它型号的单片机(AVR、ARM),更加易于学习和驾驭,性能也相对比较好。同时驾驭好了此系列的单片机的应用,对于深化学习其他类型的单片机是一个很好的基础。本课题须要完成一个完整系统的设计,涉及到电子技术、传感器技术、计算机应用与限制技术等多学科性学问,是一个硬软件相结合的设计性题目。本课题融学问性与趣味性于一体,供应了一个有力的了解小家电设计技术平台,能提高我的检索资料的实力、电子系统设计的实力、实际动手的实力、分析解除故障的实力以及创新设计的实力等。并且,可以通过此次设计,很好的驾驭系统设计的工作流程、开发步骤;熟识单片
9、机开发的多种编程语言。1.2系统设计内容设计的题目是“煤气泄漏检测与报警系统设计选择ATMEL公司的ATMEGA16单片机为系统限制核心,采纳电化学型CO传感器作为采集煤气浓度的采集器,经过系列处理实现对煤气浓度进行智能地实时监测、报警,能实现自动开启和关闭煤气管道阀门及排风装置。系统设计具体任务如下:(1)实现对煤气泄漏的实时监测;(2)具有超限声、光报警功能;(3)依据报警状况自动关闭煤气管道电磁阀并开启排风机;(4)设计并制作煤气测量键盘、显示等接口电路;(5)性能指标:一氧化碳测量精度为3%;实现全部的硬件、软件设计、系统整体调试、形成可以正常运行的产品为本次设计的最终目标。将从系统的
10、硬件、软件的设计实现;系统的调试等方面进行介绍。第2章系统硬件设计实现硬件是系统的载体与执行机构,硬件设计是本次设计的重点,主要涉及传感器信号放大、采集、处理,键盘与显示处理,声光报警,执行电路设计、系统供电等多个部分。本章分为8节介绍系统的硬件设计实现。2.1 一氧化碳浓度检测电路设计2.1.1 Co传感器原理介绍与选型1、电化学型气体传感器的基本原理依据检测原理的不同,电化学气体传感器主要分为金属氧化物半导体式传感器、催化燃烧式传感器、定电位电解式气体传感器、迦伐尼电池式氧气传感器、红外式传感器、PlD光离子化传感器等等。目前.,烟气分析仪中运用较多的是定电位电解式气体传感器和迦伐尼电池式
11、氧气传感器。其中定电位电解式气体传感器工作原理是:使电极与电解质溶液的界面保持肯定电位进行电解,通过变更其设定电位,有选择地使气体进行氧化或还原,从而能定量检测各种气体。其结构是:在一个塑料制成的筒状池体内安装工作电极、对电极和参比电极,在电极之间充溢电解液,由多孔四氟乙烯做成的隔膜,在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接,在电极之间施加了肯定的电位,使传感器处于工作状态。2、Co传感器的比较与确定本次设计的运用群体主要针对的是一般家庭,在家庭中的煤气浓度(Co浓度)一般不行能有太高,否则将引起很多的事故,即使有CO报警系统。针对大多数家庭的状况,设计中考虑的CO传感器的测量范围在0500p
12、pm或者O-100Oppm,高于了此范围的CO传感器基本不运用于一般家庭。在市场考察中得知CO测量范围在0500ppm或者O-100Oppm的传感器类型也相当的多。譬如中国饶阳县北核牌Cc)传感器系列、中国威兴达传感器厂的CO传感器系列、瑞士Membrpor的CO传感器系列、日本NEMOTO的CO传感器系列等。传感器选择是主要考虑传感器本身的输出信号的大小,因为传感器的输出信号越大,对后续放大电路要求就越低,这样有利于硬件电路的设计。这些传感器类型中信号输出最大的是瑞士Membrpor的CO传感器系列,它的信号输出可以达到5010nA/ppm以上;而中国威兴达传感器厂的CO传感器系列只有1nA
13、50nA/ppm的输出。本次选用的传感器并不是输出信号最大的,因为在价格方面瑞士Membrpor的CO传感器系列的价格都在500元RMB/PCS以上,而输出与其基本相当的中国饶阳县北核牌CO传感器系列也须要280元RMB/PCS左右。而日本NEMOTO的NAP-505一氧化碳传感器的输出只是4010nA/ppm,但是价格只在80120元RMB/PCS,综合各方面考虑,本次设计采纳的是日本NEMOTO的NAP-505一氧化碳传感器。2. 1.2NAP-505型一氧化碳传感器介绍NAP-505一氧化碳传感器属于电化学型传感器,它采纳了新的构造,电解液泄露的风险较低到几乎为零,体积小,大幅度的减低了
14、成本。输出信号直线性、重复再现性优越、不受湿度影响、电池可驱动。其主要性能参数如表21所示。表2-1NAP-505型电化学一氧,化碳气体传感器主要性能参数表检测气体范围COO-100Oppm输出电流401OnAZppm辨别率Ippm重复再现性2%以内应答时间30s基准线位移(-20C-50eC)IOppm长期稳定性gIW,-图2-24x4键盘电路8279的键盘扫描输出有两种方式:译码扫描和编码扫描。译码扫描即是4条扫描线在同一时间只有一条是低电平,并且以肯定的频率轮番更换。当按键较多时则必需实行编码扫描,此时SL0SL3输出的是从OOoO1111的二进制计数代码,但此时扫描输出线不能干脆用于键
15、盘的扫描,而必需经过低电平有效输出的译码器。本次设计中进采纳SL0SL2输入到通用的低电平有效输出的3-8译码器(74LS138)得到干脆可用列检测线,每根行检测线(键码回送线)接+5V的电源,并且节5.1K的上拉电阻,当某个键按下去,该线被拉低。信号回送入8279内部FIFO进行处理有得出相应的键值只有暂存,等待CPU读取。此时会由8279的IRQ产生一个中断恳求信号,经由反相器连接CPU,假如CPU检测到这个信号则可以进入读键码程序,当CPU将键码数据从FlFo中取走后,中断恳求信号IRQ将自动撤销。当8279中FIFO的数据还未被取出就又有一个键被按下,则将该键代码自动进入FIFO中,F
16、IFO堆栈有8个8位的存储单元组成,允许依次暂存8个键的代码。FlFO依循先进先出的原则。FlFo中存在多个数据时,只有将FIFo中的全部数据全部读出之后IRQ信号才会撤销。因此在实际输入按键时,可以连续按8个键,即便是CPU没有刚好做出相应。2、显示电路设计1.ED显示器有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地,当某个发光二极管的阳极为高电平常,发光二极管点亮相应的段被显示。一般的,发红光的LED每段流过的5mA的平均电流,就可以有较满足的亮度,7mA电流会更亮些。IOmA以上也不会再亮多少,但长期运行于IOmA以上会缩短其寿命。最大电流平均值
17、不得超过30mA。显示电路采纳两个4位7段LED共阴数码管来显示当前输入的CO浓度和时间。高4位显示时间,由于专用的时间显示数码管没有共阴,因此还以采纳的是通用的显示管;低4位LED数码管则显示当前采样的探头号和该处采样的CO浓度。数码管与8279的接口电路如图2-3所示。8279的OUTAO-OUTA3和OUTBoOUTB3最为显示段码的输出,而SL0SL2j经过3-8译码器译码之后作为显示器的位码输出,由于须要与键盘协作运用,因此显示管必需选用共阴管。当输出口上有段码输出而且该数码管被选中则该数码管点亮,否则就熄灭,但是由于视觉误差则会有全部被点亮的显示,当然这一些都有8279自行单独完成
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