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1、煤氣泄漏報警裝置設(shè)計 作者: 日期: 燕山大學 課程設(shè)計說明書 題目 家用煤氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計 學院（系） 理學院 年級專業(yè)：09級電子信科學與技術(shù)2班 學 號： 0 學生姓名： 任鵬茹 指導教師： 郝銳朱鍵卓 教師職稱： 進師 燕山大學課程設(shè)計（論文）任務(wù)書 院（系）：理學院 基層教學單位：0 9級電子信息科學與技術(shù) 學號 4 0 0 40 學生姓名 任鵬茹 專業(yè)（班級） 0 9級電子信息 科學與技術(shù)2班 設(shè)計題目 家用煤氣泄漏報警器的設(shè)計 設(shè) 計 技 術(shù) 參 數(shù) 設(shè)計參數(shù)： "計單片機電路、檢測電路、報警電路和應(yīng)急處理電路。 用

2、AT 89 c 5 1編程。 設(shè) 計 要 求 1 .準確可靠地判斷泄漏的發(fā)生 ,并能夠在較短的時間內(nèi)判斷出泄漏點具體的位置。 2 .準確可靠地判斷泄漏程度，能對較小量的泄漏做出判斷。 3 .檢測原理簡單，易于操作和維護 工 作 量 十二個工作日左右 工 作 計 劃 2 012/6/ 0 2 2 0 12/6/03 設(shè)計選題 20 1 2/6/ 0 4 2 0 12/ 6 / 08 電路設(shè)計 201 2 /6/ 0 9----2012/ 6 /11 整理論文 2 0 1 2/6/ 1 2——201 2/6/13 論文檢查和修飾 參 考 資 料 [1 ]《傳感器原理及

3、工程應(yīng)用》 郁有文、常健、程繼紅 西安電子科技大學出版社 [2 ]《傳感器與檢測技術(shù)》 陳杰、黃鴻 高等教育出版社 [3]《傳感器敏感元件大全》 張福學 電子工業(yè)出版社 [4] 《單片機基礎(chǔ)》 李廣弟、朱月秀、王秀山 北京航空航天大學出版社 [5] 《單片機微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全》 王福瑞 北京航空航天大學出版社等 指導教師簽字 基層教學單位主任簽字 說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。 燕山大學課程設(shè)計評審意見表 指導教師評語: 成績： 指導教師： 年 月 日 答辯小組評語： 成績： 組長： 年 月 日 課程設(shè)計總成績： 答

4、辯小組成員簽字： 年 月 日 家用煤氣泄漏報警系統(tǒng)的設(shè)計 任鵬茹 理學院0 9級電子信息科學與技術(shù) 2班 摘 要：當今社會上，出現(xiàn)了許多煤氣報警器，而這些產(chǎn)品大都是針對煤氣 泄漏所做出的相應(yīng)的報警，即為家庭式。但是隨著社會的發(fā)展，煤氣報警 器也在發(fā)展。微控制技術(shù)、傳感器在工業(yè)控制、機電一體化、智能儀表、 通信、家用電器等方面得到了廣泛應(yīng)用，顯著提高了各種設(shè)備的技術(shù)水 平和自動化程度。因此對這些原理和結(jié)構(gòu)我們就需要很好的了解并掌握。 煤氣報警系統(tǒng)采用了 AT89C5 1為系統(tǒng)的CPU通過單片機系統(tǒng)設(shè)計實 現(xiàn)對家用煤氣的控制功能，該系統(tǒng)不僅能及時準確地檢測出燃氣的泄漏，發(fā) 出聲、光

5、報警，還能實施應(yīng)急處理，同時具有閥門開閉裝置安裝簡便，傳感器損 壞能自查報警與方便更換等特點。因此特別適合于無條件建立或加入集群監(jiān) 控系統(tǒng)的廣大燃氣用戶使用。 整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計合理，性能安全可靠。 關(guān)鍵詞：傳感器燃氣報警器 A b stra c t： I n th e cur r e n t so ciety, a lot o f co al gas a 1 arms hav e a pp c a r ed, a nd the s e prod u cts are m o stly to lett i ng out corre s ponding a 1 arm s m a de

6、of coa 1 gas , it is family. Bu t with t he dev e lopm e nt of so c iety, coal gas alarm d e v e lop too . M icrocompu t e r co ntrol tcchn olog y , sen sors in the industrial c on t r ol, mechat r o nics, smart in st rum entation, c o mmuni c ations, hou s e h old a p pliance s , etc. has been w i

7、d e ly ap p lied, significantly i m pr o v e d t h e tec h nol o gi c a 1 level o f equ i pment and d egr e e of a ut o m a t i o n. Thus t h e structure of th e se pr i ncip 1 es and w e need toun der s t and and gr a sp the goo d . Gas ala r m sy s t em using the AT89C5 1 sy st e m C PU, t h roug

8、 h t he S CM sy stem design and imple m e nt a tion of a h ouseh old gas control functions, the system not on 1 y can accu r a t e ly detect t he fuel gas 1 eakag e , emits s ound, light alar m , but al s o th e implementa t i o n of emer g e n c y proce s si n g, at t he s a me tim e hav i ng a val

9、ve openi ng an d clos i ng d ev i c e has the a dvant a ges of c on v en i ent in s t alla t i o n, sen so r damage can sel f -e x a mi n a tion alarm an d con ve n i e n t r epla c em e n t feature s such a s. Thus it is especi a 1 ly su i tab le for the uncon d i t i o nal o r join c 1 ust e r

10、m onitoring s y stem the maj o r ity of ga s u sers The h a rdware circ u it of the wh o le sy s te m i s r ea sonab 1 e i n design, safe and reliable perfo r mance. Keyword s : Senso r gas ala r m 一、實驗?zāi)康模? 1 .了解報警器的組成和原理。 2 . 了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法。 3 .進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與軟件處理系統(tǒng)的原理與使用方法。 4

11、 .熟悉報警器的設(shè)計與制作. 二、實驗任務(wù)： 1 .采用了 AT89C51為系統(tǒng)的CPU,設(shè)計實現(xiàn)對家用煤氣的控制功能 2 .用戶接到報警信號后可以控制電路，保證燃氣的泄漏安全。 3 .傳感器能準確接受信號，及時起到報警的作用。 4 .設(shè)計處理電路與閥門開閉裝置。 三、實驗原理 3.1方案設(shè)計 方案1 ,采用QM氣敏傳感器、單片機控制系統(tǒng)、蜂鳴器報警、繼電 器控制排氣扇強制通風，用繼電器保持故障信號。 方案2, 采用QM氣敏傳感器、模擬集成電路控制系統(tǒng)、蜂鳴器 報警、繼電器控制排氣扇強制通風，用繼電器保持故障信號。 方案3, 采用QM氣敏傳感器、單片機控制系統(tǒng)、蜂鳴器報警、

12、由 觸發(fā)器控制可控硅控制排氣扇強制通風，用觸發(fā)器保持故障信號。 經(jīng)比較采用方案1完成設(shè)計，實現(xiàn)所需的功能。 3.2總體設(shè)計 系統(tǒng)框序 系統(tǒng)主要由單片機電路、檢測電路、報警電路和應(yīng)急處理電路組成, 其結(jié)構(gòu)如圖1所示 樣用電圖 * 出:盤號電篇 華 片 機 心 四 ? 氣-元件 f 此祀著中蹈 排氣端及 界動電指 也門并用裝置 1川出豺［旭陽 當有燃氣泄漏時，檢測電路產(chǎn)生“氣一一電”信號送單片機，單片機 控制蜂鳴器發(fā)出預(yù)報警信號，經(jīng)延時、判斷，確認為事故泄漏后，發(fā)出紅光 報警，同時啟動應(yīng)急處理程序，關(guān)閉閥門，切斷氣源，并開啟排風扇排除室 內(nèi)被污染的空氣；若檢測

13、到氣敏元件損壞，系統(tǒng)關(guān)閉閥門并點亮黃色報警 燈，提示用戶更換氣敏傳感器。 3. 3單片機電路 圖2單片機且絆 單片機電路是系統(tǒng)控制的核心。單片機選用A t me 1公司的AT8 9 C5 1,其引腳分配如圖2所示?；就庠O(shè)有晶振電路（18、19腳）和上電復位 電路（9腳），氣敏元件損壞信號和燃氣泄漏信號分別從 P3.2（INT 0 ）、P 3.3 （INT1）輸入，作為AT89c 5 1的兩個中斷觸發(fā)信號，下降沿觸發(fā)方式。 P1. 0、P1.1分別接開關(guān)SD 1和SD 2,用于手動控制排氣扇和燃氣閥門，報 警與應(yīng)急處理驅(qū)動信號分別從 P2 . 0~P2. 4輸出。 3.4 檢

14、測電路 檢測電路包括燃氣泄漏檢測和氣敏元件損壞檢測兩部分 ，原理電路如 圖3所示。氣敏傳感器選用QM型，這是由金屬氧化物半導體材料制成 ―“氣一一電”轉(zhuǎn)換器彳當有燃氣泄漏時，具表面會發(fā)生化學吸附，使 本身電阻（圖中AA間的電阻）下降，且燃氣濃度越高，電阻下降越多，利 用該特性并通過VT 1等元件組成的開關(guān)電路即可獲得“氣一一電”信號 完成燃氣泄漏的檢測，調(diào)節(jié)RP 1可設(shè)置不同燃氣的報警限，C2為延時 電容，用于減小傳感器初始穩(wěn)態(tài)的影響。 氣敏傳感器在使用中，其熱絲可能燒斷，但難以發(fā)現(xiàn)，致使用戶在毫不知情 的情況下繼續(xù)使用已失效的燃氣報警器。為能及時發(fā)現(xiàn)傳感器的損壞，本系統(tǒng)

15、特 別設(shè)計了氣敏元件自檢電路（由R 3~R71 VT 2、V T3等組成），元件正常時，R 3上有電壓信號，如熱絲燒斷，該信號為0,VT3集電極輸出低電平至單片機，點 亮黃燈報警，能使用戶及時發(fā)現(xiàn)。同時，氣敏傳感器不直接焊入電路，而是通 過七腳電子管座與電路連接，若損壞可方便地從管座中撥出換新，從而解決了 更換難的問題。 3.5 聲光報警電路 聲光報警分別由蜂鳴器和紅、黃發(fā)光二極管完成。燃氣濃度大于預(yù)報警限 時蜂鳴器由單片機輸出低電平，經(jīng)三極管驅(qū)動報警，發(fā)光二極管則由單片機直接 驅(qū)動，當確認為事故泄漏時，紅色LED點亮，當氣敏元件損壞時，黃色LED工作 3. 6應(yīng)急處理電路與閥門開閉裝置

16、 應(yīng)急處理包括驅(qū)動閥門開閉裝置關(guān)閉閥門切斷氣源和打開排氣扇排風。 閥門開閉裝置由小型交流電動機（與減速器成一體）、托盤、支架、撥 塊等組成。電動機通過托盤及支架取與燃氣管道垂直位安裝于表前閥上 ，并使 機、閥兩軸相對，電動機軸端上固定的撥塊套在閥門軸上，如電動機轉(zhuǎn)動則 閥門軸也隨撥塊轉(zhuǎn)動，故可模仿人手控制閥門開閉。閥門從開位到閉位或從閉 位到開位，閥門軸和電動機軸必須旋轉(zhuǎn)1/4圈即90度，采用軟件編程或通過 電路均可實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的這一定位。為提高適應(yīng)性，本裝置選用后者，其方法是： 利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)輸出去控制電動機的通電時間 ，電路如圖4所示。 當單片機P 2. 4發(fā)出一負脈沖，

17、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS121的3、4腳就會受到 一負脈沖觸發(fā)，6腳便輸出一正單脈沖，其脈寬tw=O . 7R13C7而電動機轉(zhuǎn) 動1 /4圈所需的時間為T= 1 / （4n） =1 5 /n秒。n為電動機減速后的轉(zhuǎn)速 （單位：圈/分），調(diào)節(jié)R13使t w=T,則可確保閥門開或閉準確到位。 閥門開閉裝置是為本系統(tǒng)開發(fā)的專用件，除具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低（遠低于 燃氣管道專用電磁閥），開閉動作平穩(wěn)，易控，準確等特點外，由于在撥塊和 支架等部件上采用了一些特殊的設(shè)計，使其具有很強的適應(yīng)性：不論閥軸長 短，管道粗細均能適應(yīng)；不論灶前閥、表前閥、耳型旋鈕閥、手柄式閥都能安 裝；不論閥門或管道橫擺、豎放概

18、能固定，尤為重要的是開閉閥門的控制就在 原管道和閥門上進行，無需改動或重新安裝管道和閥門，而且固定、使用、維 修、更換都很方便，這就克服了使用專用電磁閥時的缺點，因而容易被廣大 新老燃氣用戶所接受。 排風扇也是由三極管與繼電器構(gòu)成的電路驅(qū)動，具原理與圖4類似，不同 的是，后者三極管由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出信號驅(qū)動， 前者則直接由單片機輸出 信號驅(qū)動。 否 P 工⑷自甘f TTNf 1 ?相吁流8⑶ 3.7程序設(shè)計 - 7201 軻門開陽黑置驅(qū)動電期 AT89 C5 1是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROMFlash Programmable a n d Era

19、sable Read Only Mem) ry)的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。AT89C51是一種帶2 K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存 儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100次。該器件采用 ATMEH密度非易失存儲器制造技術(shù)制造 業(yè)標準的MCS -5 1指令集和輸 出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組

20、合在單個芯片中，ATM E L的AT89c 5 1是一種高效微控制器，AT89C51是它的一種精簡版本。AT89C 51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 程序主要由主程序、外部中斷0和外部中斷1服務(wù)程序組成。主程序?qū)ο?統(tǒng)狀態(tài)初始化時將兩個外部中斷都設(shè)置為下降沿觸發(fā)方式 ，開外部中斷后再進 入對手動按鍵的檢測，SD1閉合時開排氣扇，斷開時關(guān)排氣扇；與之類似，SD2 用來控制閥門的開閉。主程序設(shè)計成一死循環(huán)結(jié)構(gòu)，處于隨時可以響應(yīng)中斷的狀 態(tài)，如圖5所示。 當傳感器損壞時，外部中斷0有中斷請求信號，其服務(wù)程序完成黃光報警和 關(guān)閥門功能，如圖6所示。 當傳感器檢測到燃

21、氣泄漏時，外部中斷1有中斷請求信號，其服務(wù)程序發(fā)出 聲報警控制信號，調(diào)用延時程序后，再檢測P3.3的電平，如變?yōu)楦唠娖?，說明剛 有的信號是某些干擾或短時可控泄漏（如燃氣灶點火時可能產(chǎn)生的瞬時泄漏）引 起的，則關(guān)聲報警后返回；如仍為低電平，則判為事故泄漏，須進行應(yīng)急處理，即 刻發(fā)出紅光報警、關(guān)閉閥門切斷氣源和打開排氣扇排污。此時若房主不在，系 統(tǒng)則進入省電等待狀態(tài)，即：再次檢測P 3 .3,若為高電平，說明泄漏燃氣已排 盡，系統(tǒng)關(guān)閉聲報警和排氣扇，但表前閥仍關(guān)閉，報警紅燈仍點亮，等待房主回 后及時檢查處理，程序流程如圖7所示。 中斷0 圖6外制中斷0服務(wù)程序 7外部中斷】服務(wù)F?序

22、 四.結(jié)束語 本系統(tǒng)采用單片機技術(shù)，實現(xiàn)了控制功能的多樣化和智能化，簡化了電路，降 低了成本，提高了穩(wěn)定性；傳感器損壞報警及方便更換的特點， 提高了系統(tǒng)的可靠 性，延長了整機的使用壽命；閥門開閉裝置的人性化設(shè)計，使系統(tǒng)更具有通用性和 靈活性；另外，如果利用保留的單片機用口 ，增設(shè)通訊模塊和相關(guān)程序，此系統(tǒng)還 可作為集群監(jiān)控系統(tǒng)中的下位機和現(xiàn)場執(zhí)行機。 在應(yīng)用中，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠、 靈敏。與

23、同類報警系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)性價比更高，使用更為方便，因此具有廣闊的 應(yīng)用前景。 五.心得體會 通過這次課程設(shè)計，我體會到了很多學習生活中道理。 (1)培養(yǎng)興趣，樂觀自信 剛剛開始時我對傳感器技術(shù)課程設(shè)計信心不是很足?？墒钱斘蚁氲嚼蠋煹墓?勵要我們做出好的作品時，我的信心一下子有充滿了內(nèi)心。人們常說“興趣是最好 的老師”，只要我們保持對學習新知識的興趣，就會有很多我們意想不到的收獲。 (2 )善于研究，尋根刨底 學習的過程就是一個不斷遇到問題和不斷解決問題的過程。在器件制作的時 候，我遇到了很多的問題，遇到問題首先我就自己先琢磨，研究，查找資料努力弄 懂。當然也有好多問題自己解決不了

24、，我就虛心請教別的同學。我相信，只要我們 樂于嘗試，善于思考問題、詢問問題，難題是沒有解決不了的。 (3)親身體驗，樂在其中 哲學上講實踐是認識的動力和來源，也是檢驗認識正確與否的唯一標準 ，把這 一觀點應(yīng)用到課件制作上就是要親自動手制作課件。也許我們在某一方面的創(chuàng)意 是非常好的，可不親自動手，這方面的創(chuàng)意就實現(xiàn)不了。我們可以先從簡單的做起 , 由簡單到復雜，根據(jù)自己的實際水平動手制作幾個完整的課件，只有這樣，自己的水 平才會不斷提高。 六.參考文獻 [1 ] 《傳感器原理及工程應(yīng)用》 郁有文、常健、程繼紅 西安電子科技大學出版社 [2 ] 《傳感器與檢測技術(shù)》 陳杰、黃鴻 高等教育出版社 [3]《傳感器敏感元件大全》 張福學 電子工業(yè)出版社 [4]《單片機基礎(chǔ)》 李廣弟、朱月秀、王秀山 北京航空航天大學出版社 [5]《單片機微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全》 王福瑞 北京航空航天大學出版社 [6]《自動檢測技術(shù)》 王紹純 冶金工業(yè)出版社 [7] 《半導體傳感器原理及其應(yīng)用》 牛得芳大連理工出版社 [8]《傳感器的理論與設(shè)計基礎(chǔ)及其應(yīng)用》 單成祥 國防工業(yè)出版社