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可燃气体探测器 可燃气体探测报警控制器简介_信息与通信_工程科技_专业资料

时间:2021-01-16 16:17:23 来源:氧气检测仪 点击:

可燃气体探测报警控制器设计 可燃气体探测报警控制器设计摘要 本设计对可燃性气体泄漏报警、控制器进行了深入的研究,采用了“探测器+单片机控制电路”设计思路,具有检测误差小, 反应速度快等优点。选用 MQ2 气体传感器对现场可燃性气体浓度进行检测,采用功能和性价比较高的 AT89C51 单片机作为中央处 理单元,对浓度信号进行采集、数据处理、显示、报警及打开排气装置等工作。 本设计的可燃性气体报警、控制器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,实时显示浓度值,当达到预先设 定的上限报警设定值时,发出声音报警和控制信号,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,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: 报警器;可燃性气体;单片机;气体传感器 AbstractThis paper explains combustible gas alarm instrument principle deeply, and use the project of detector and microcontroller control circuit to design alarm instrument. Chooses MQ-2 gas sensor, which turns the concentration of combustible gas in the air into voltage signal, and sends the voltage signal into microcontroller(MCU), then MCU implements date acquisition, processing, concentration display and alarm operation. Meanwhile, taking function, integration and the ratio of performance to price into account, chooses AT89C51 MCU as the core part of combustible gas alarm instrument. Combustible gas alarm instrument designed detects alkyl combustible gas especially, and displays concentration on the instrument. When combustible gas reaches alarm threshold value, the instrument sends out sound and light alarm, reminds worker to take action. The combustible gas alar m instrument has got past the test on the spot and got a satisfying result. Conclusion can be drawn that this kind of high efficiency combustible gas alarm instrument will have a wide application. Keywords: divulging alarm; combustible gas ;single chip microcomputer; gas sensor一、设计的要求: 设计的要求: 本设计为工业现场的一个完整的可燃气体探测报警系统,包含检测、传送、处理和报警等部分。

设计主要 应用于保护现场及操作者的安全,提高现场安全度。设计中需检测可燃气体(如 CO 等)的浓度甲烷检测仪,并与设定的危 险临界值比较,决定是否报警。 设计主要内容计主要指标: (一)设计主要内容计主要指标: (1)浓度值检测设计范围为 00%~50%; (2)用十进制数码显示当前的实际浓度; (3)设计显示危险登记; (4)用语音实现报警。 二、可燃气探测报警器的方案设计 (二)具体方案设计 1. 方案一 由于可燃气监测报警器主要包括模数转换输入模块、主处理模块、显示模块、报警模块等部分。主要做以 下设计: (1) A/D 转换器控制程序,要控制 A/D 转换器能按照要求的时间分别对可燃气监测传感器测得的结果进行 数据的转换并传送给单片机。 (2) 数码管与单片机的接口电路控制程序,用数码管显示测得的浓度值。 (3) 发光二极管,蜂鸣器的控制程序,当超过设定浓度,进行声光报警. (4) 电路正常工作时绿灯闪烁。 分析:此设计比较全面、完善,而且电路简单实用,设计到的模块比较简单,利用高灵敏度的传感器,对可燃 气体进行检测,当气体浓度超过一定的限度时,报警电路开始报警,同时启动换气扇电路,将超标气体浓度降 低到正常值,保证工厂的一切工作能够安全实施。

2.方案二 2.方案二 鉴于此系统所要实现的功能,提出如下方案并进行分析。 采用单个传感器检测可燃气体浓度,将检测到的浓度结果通过浓度采集电路转化成电压信号,若电压超过 一定的限度,报警电路启动,利用 MCS-51 单片机控制声音报警。 分析:此设计十分简单,也十分实用。虽然对可燃气体浓度的采集不是很精确,但报警方面已经十分符合 生活必须。 3.方案三 3.方案三 以 MCS-51 系列单片机 AT89C2051 为核心,本着设计简单、调试方便、安装灵活、安全可靠,节约成本的 原则,完成该设计。智能可燃气体探测控制器主要功能以及技术要求包括: (1)对可燃气体进行检测,可燃气体浓度达到报警设定值时可燃气体探测器,应能报警。 (2)能设定可燃气体浓度报警值,范围在 1%-25%。 (3)探测器的报警动作值与可燃气体浓度报警设定值之差不应超过±3%LEL (4)正常工作:绿灯闪烁,蜂鸣器不报警。 (5)可燃气体浓度超标范围报警应满足如下条件: ①在报警范围内,实行声、光(红色指示灯)报警。 ②从报警区移到干净空气区,30 秒内应正常显示。 (6)故障报警:传感器断路、短路时应发出与可燃气体浓度超标时有明显区别的声、光(黄色指示灯)报 警。

(7)声、光设置手动自检功能。 (8)浓度超限报警时,应能启动输出控制功能。 分析:此设计的电路虽然功能齐全,但电路整体结构比较复杂,用到的元器件较多,成本较高,涉及到的 软硬件设计比较繁杂。 4. 方案比较及选择 通过对上述方案的比较,综合各方面的性能,选用方案一,方案一的整体设计比较清晰,完善,鉴于单片 机 AT89C51 具有高集成度等优点,设计了一种基于 AT89C51 的可燃气体探测报警器,为了提高系统的灵敏度和 准确性,采用了一种十分稳定的传感器 MQ2,传感器对可燃气体气体进行采集,将采集到的信号传送给模数转换 器 ADC0809,当气体浓度超过一定的限度时,报警电路启动,同时启动换气扇电路,以降低超标气体浓度,达 到处理的措施。8255 用于接口电路的扩展,可以设置可燃气体的浓度。 三、整体电路设计 可燃气体探测报警器的整体电路主要是由显示电路﹑复位电路、报警电路、浓度采集电路、控制电路组成。 系统框图如下所示: 鉴于单片机 AT89C51 具有高集成度等优点,设计了一种基于 AT89C51 的可燃气体探测报警器可燃气体探测器, 为了提高系 统的灵敏度和准确性,采用了一种十分稳定的传感器 MQ-2,性能比较稳定,对各类气体比较敏感,灵敏度比较 高,传感器对可燃气体进行采集,传送给模数转换器 ADC0809。

报警器对可燃气体的浓度进行实时控制,当可燃气体的浓度超过允许值时,控制电路进行报警,报警电路 是采用 555 定时器组成的多谐振荡器控制报警提示,555 定时器组成的多谐振荡器提供矩形脉冲,在经过 RC 滤 波电路,使报警器报警. 显示电路 地址锁存器 内存扩展 A/D 转换单 片复位电路机风扇电路浓度传感器 MQ-2报警电路控制电路8255 为接口扩展电路,主要进行键盘控制。显示电路是由数码管及 74F164D 移位寄存器组成,显示当前浓度甲醇检测仪,当浓度超过设定值时,红灯常亮,正常 工作时单片机对应脚输出低电平,使绿灯常亮,当浓度超标时,启动电风扇,降低当前浓度。 74LS373N 为地址锁存器,2764 为 8K×8 内存扩展,便于电路的整体运行。 74LS74N 为 D 触发器,产生脉冲,同时进行 2 分频,给 ADC0809、2764 及 74LS373 一个脉冲信号。 (一)显示电路 此显示电路采共阳极数码管,通过 74F164 移位寄存器控制数码管的显示,电阻起保护作用,显示可燃气体 的当前浓度值,显示电路也可以通过与 74LS138 译码器的连接来控制数码管的显示,74LS138 译码器控制的显 示电路没有考虑到进位,显示主要通过编程来控制,而 74F164 移位寄存器在显示的过程中,考虑到进位,能够 准确的显示当前可燃气体的浓度,程序编程控制也比较简单,与数码管连接也可以采用 CD4511 译码器,此连接 与 74LS138 实现的功能差不多,因此,本设计选用移位寄存器控制数码管的显示。

可燃可爆气体_可燃气体探测器_气体膨胀器

(二)复位电路 在整个声光报警系统中,必须对整个系统先复位。复位是单片机的初始化操作。单片机系统在上电启动运 行时,都需要先复位。其作用是使 CPU 和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作, 因而,复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的,必须配合相应的外部复位电路才 能实现。 复位电路设计:单片机的外部复位电路有上电复位和上电和按键均有效的复位两种。我们在设计单片机复 位时,选用上电和按键均有效的复位。 上电复位:上电复位利用电容器的充电实现。 上电要求接通电源后,单片机实现自动复位操作。上电瞬间 RST 引脚获得高电平,随着电容的充电,RST 引脚的高电平将逐渐下降。 (三)风扇电路 风扇电路主要是一种处理电路, 使得可燃气体的浓度在超标时能快速的降低到正常值, 风扇电路对于+3.3V 和+5V 供电的风扇产品很有用。当可燃气体的浓度值低于上限值时,P1.2、P1.3 被置为高,使 R1 和 R2 拉高 P 沟道 FET Q1 和 Q2 的栅极,将它们关闭。当可燃气体的浓度超过极限值 1 时,P1.2 变为低,打开 Q1 并通过肖 特基二极管 D2 向风扇施加大约 3V 的电压。

当 P1.3 变低时,Q2 打开并向风扇施加 5V 的电压。D1 确保 5V 电源 不会通过 Q1 反向作用于 3.3V 电源,利用二极管的单向导电性。 (四) 报警电路 报警电路是由 555 定时器组成的多谐振荡器进行控制的, 多谐振荡器是一种在接通电源后, 就能产生一定 频率和一定幅值矩形波的自激振荡器,常作为脉冲信号源,由于 555 定时器内部的比较器灵敏度较高,而且采 用差分电路形式,用 555 定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响较小。555 定时器 输出一定频率的矩形波,通过一个与非门,RC 滤波电路控制报警器的正常工作。当可燃气体的浓度超标时,报 警器报警并且黄灯闪烁,提示存在危险,以便及时采取措施。灯光报警电路由电阻、LED2(黄色、绿色)组成, 电阻起限流的作用。当可燃气体浓度小于浓度设定值时,单片机对应引脚 P1.0 输出低电平,绿灯闪烁,表示电 路正常工作;当检测可燃气体浓度大于浓度设定值时,单片机对应引脚为低电平,进行相应的灯光报警。 黄灯闪烁时表示当前处于初始化状态,报警器初始化完成后。绿灯不停的进行闪烁表示当前工作正常。 (五)控制电路 控制电路采用都的独立式按键设计。

每一个按键各接一根输入线,一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。软件设计 采用查询方式和外部中断相结合的方法来设计,低电平有效。按键与 8255 的 I/O 线相连接,通过读 I/O,判定 各 I/O 口的电平状态,即可识别出按下的按键。 对于这种键各程序可以采用中断查询的方法,功能就是:检测是否有键闭合,如有键闭合,则去除键抖动, 判断键号并转入相应键处理。其功能键定义如下: A:功能转换键,按此键开始键盘控制 B:B 加,按此键则浓度设定值加 1 C: C 减,按此键则浓度设定值减 1 D: D 为确认件 (六)电源电路电源电路由电源变压器、桥式整流电路、滤波器、稳压电路等四个部分组成。 本系统所需的是 5V 的直流电,因此要利用变压器将 220V 的市电先降至合适的交流电压(本电路需先降至 15V 交流电压) ,然后再将变压器次级输出电压去整流、滤波和稳压,最后得到所需要的直流电压幅值。 桥式整流电路将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。 滤波电路由电容元件组成。它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉,使输出电压成为比较平 滑的直流电压。 稳压电路的作用是采取某些措施,使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。

电源稳 压常采用三端集成稳压器,本设计可以采用三端集成稳压器 W7805,它具有体积小、可靠性高以及温度特性好 等优点,而且使用灵活、价格低廉,只有三个引出端子,分别接输入端、输出端和公共端,基本上不需外接元 件,而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路,使用方便、安全。 W7805 电路内部实际上包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分,另外加上保护电路和启动电路。 (七)传感器的选择 气体检测报警器是能够检测环境中的可燃气体浓度, 并具有报警功能的仪器, 仪器的最基本组成部分应包 括:可燃气体信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。半导体烟雾传感器包括用氧化物半导体陶瓷材 料作为敏感体制作的可燃气体传感器以及用单晶半导体器件制作的可燃气体传感器, 它具有灵敏度高, 响应快、 体积小、结构简单,使用方便、价格便宜等优点,因而得到广泛应用。半导体烟雾传感器的性能主要看其灵敏 度、选择性(抗干扰性)和稳 定性(使用寿命)。而在众多半导体气体传感器中,本设计选用 MQ-2 型烟雾传感器, 这种型号的传感器不但具备一般半导体烟雾传感器灵敏度 高、响应快、抗干扰能力强、寿命长等优点。 四、软件设计 硬件电路和软件程序是组成一个系统不可缺少的两部分, 二者的正确与否将直接影响整个程序的可实现性。

本次设计的软件要实现的功能是: ADC0809 对传感器检测的气体浓度信号进行 A/D 转换,单片机对转换后的信号 进行数据处理后,将浓度值与设定的上限值相比较,判断是否报警,同时送入数码管显示气体浓度值,电路的 整体设计到报警提示及处理的措施, 本论文中, 软件解决的主要问题是检测气体传感器的可燃性气体浓度信号, 然后对信号进行 A/D 转换,数据处理,浓度显示,以及报警器警报和处理措施。程序编程可以采用 C 语言也可 采用汇编语言,本次设计中采用汇编语言编程,汇编语言是面向机器的程序设计语言,在汇编语言中,用助记 符(Memoni)代替操作码, 用地址符号(Symbol)或标号(Label)代替地址码, 这样用符号代替机器语言的二进制码, 就把机器语言变成了汇编语言,于是汇编语言亦称为符号语言。 五、电路特点 电路的整体结构比较全面,设计到对可燃气体浓度的检测、浓度的显示、及处理措施,使用声光报警提示 气体的浓度超标,通过键盘设置,可以调试系统是否对可燃气体超标现象能够及时的报警提示,并能采取降低 当前气体浓度的措施,显示模块主要是对当前气体的浓度进行显示,能够直观的反应可燃气体的浓度,MQ-2 气 体传感器对各种可燃气体能够实时进行采集,而且灵敏度高,性能稳定,能够使得整个电路正常的工作。

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