基于單片機(jī)的煤氣泄漏檢測與報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　摘要：為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測煤氣的濃度并能及時(shí)報(bào)警，本文研制了一種高性能的煤氣監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機(jī)為硬件核心，通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測室內(nèi)煤氣的含量，當(dāng)被測氣體中一氧化碳的濃度超過預(yù)定數(shù)值時(shí)，將產(chǎn)生報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉煤氣閥門。
　　關(guān)鍵詞：煤氣監(jiān)測　報(bào)警系統(tǒng)　單片機(jī)　氣體檢測　單片機(jī)控制
　　中圖分類號：TP274　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　文章編號：1672-3791(2012)01(b)-0113-01
　　隨著生活水平的提高，煤氣已經(jīng)進(jìn)入了千家萬戶，它給人們帶來帶來便利的，與此同時(shí)，也帶來了巨大的威脅。煤氣的主要成分是一氧化碳，當(dāng)室內(nèi)一氧化碳體積達(dá)0.06％時(shí)，人會(huì)感到頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、四肢乏力等癥；超過0.1％時(shí)，只要吸入半小時(shí)，人即會(huì)昏睡，進(jìn)而昏迷；達(dá)到0.4％時(shí)，只要吸入1h就可致人于死亡，而且它易與空氣形成爆炸性混合物，所以，它已經(jīng)成為重要的安全問題。
　　由于煤氣本身的危害性以及對人們的生命財(cái)產(chǎn)造成的巨大危害。煤氣安全已然成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。因此對煤氣的監(jiān)控是一項(xiàng)必要的工作。國內(nèi)的許多學(xué)者設(shè)計(jì)了很多的先進(jìn)的系統(tǒng)，可以有效的監(jiān)測煤氣，保障了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。例如：高凌云設(shè)計(jì)的煤氣泄露監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)可以有效的監(jiān)測到一氧化碳的濃度，但由于其使用的是89C52的單片機(jī)，在速度上有一定的限制，本文在此基礎(chǔ)之上，提出一種更快、更準(zhǔn)確單片機(jī)系統(tǒng)，可以更好的監(jiān)測到煤氣是否發(fā)生泄露。當(dāng)室內(nèi)氣體的濃度達(dá)到設(shè)定預(yù)警值時(shí)，該裝置能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，關(guān)閉氣源，排除險(xiǎn)情，有效避免爆炸、窒息、死亡等惡性事故的發(fā)生。
　　1　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理
　　煤氣泄漏監(jiān)測系統(tǒng)能夠監(jiān)測室內(nèi)煤氣的濃度，具有報(bào)警功能并及時(shí)關(guān)閉煤氣閥門。本設(shè)計(jì)完整的煤氣監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：氣體傳感器、A／D、報(bào)警系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、D／A組成。
　　本設(shè)計(jì)為一個(gè)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，它對煤氣濃度進(jìn)行智能地實(shí)時(shí)檢測和監(jiān)控、報(bào)警，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉煤氣管道閥門。系統(tǒng)的氣體傳感器監(jiān)測一氧化碳的濃度，將檢測到的氣體的模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換變成電信號。電信號經(jīng)過單片機(jī)運(yùn)算與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)檢測值比設(shè)定值低時(shí)，煤氣管道正常供氣；當(dāng)檢測值比設(shè)定值高時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，顯示濃度，并進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換控制關(guān)閉煤氣管道閥門。
　　1.1　氣體傳感器
　　本系統(tǒng)氣體傳感器采用的是MQ-7，半導(dǎo)體的氣敏元件，其特點(diǎn)是對一氧化碳有很高的靈敏度和良好的選擇性，具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。它是適用于家庭、環(huán)境的一氧化碳、煤氣等的探測裝置，它能將與氣體種類和濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成模擬信號。工作電壓時(shí)直流5V，具有信號輸出指示，雙路信號輸出(模擬量輸出及TTL電平輸出)，TTL輸出有效信號為低電平(當(dāng)輸出低電平時(shí)信號燈亮，可直接接單片機(jī))，模擬量輸出0～5V電壓，濃度越高電壓越高。
　　1.2　單片機(jī)微控制器
　　本系統(tǒng)采用的是美國SST公司推出的SST89C5 8系列單片機(jī)，與52系列資源兼容，內(nèi)含36Kbyte高性能FLASH，具有編程功能，非常便于現(xiàn)場或遠(yuǎn)程軟件的修改、調(diào)試和升級，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也可用于保存數(shù)據(jù)。256字節(jié)×8bit的內(nèi)部RAM，3個(gè)16位的定時(shí)／計(jì)數(shù)器，2.7V～5.5V的工作電壓，工作頻率最高可達(dá)33MHz。工作溫度區(qū)間-為-40℃～+85℃，工作范圍廣，適用于各種復(fù)雜的環(huán)境。特別的是它集成了仿真功能，配合Keil軟件，可使用戶的目標(biāo)板直接具有仿真功能，將單片機(jī)的易用性推向一個(gè)新的高度。選用該芯片作為本系統(tǒng)的核心控制元件，不需再外擴(kuò)展任何存儲(chǔ)設(shè)備，且能高效率、快速運(yùn)行計(jì)算。而且，從經(jīng)濟(jì)性的角度來看，SST89C58不但硬件結(jié)構(gòu)簡單，而且價(jià)格低、功能強(qiáng)、性價(jià)比高，符合我國工業(yè)設(shè)計(jì)制造的要求。
　　1.3　看門狗電路
　　單片機(jī)控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，抗干擾是必須要解決的問題。這個(gè)問題比較復(fù)雜，一方面要查清干擾的主要來源；另一方面要采取相應(yīng)措施予以防范。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，由于干擾的因素或硬件設(shè)備的故障，常常會(huì)出現(xiàn)程序“胞飛”或“死機(jī)”現(xiàn)象，使系統(tǒng)不能正常工作，為了解決這個(gè)問題，在單片機(jī)采用看門狗一個(gè)很好的辦法。
　　1.4　A／D轉(zhuǎn)換電路
　　A／D轉(zhuǎn)換電路采用Texas儀器公司的TLc 542A／D轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器是采用CMOS工藝，11路輸入，8位輸出的串行A／D轉(zhuǎn)換器，與CPU接口簡單，轉(zhuǎn)換速度快，而且功耗小，最大功耗只有10MW。
　　1.5　報(bào)警電路
　　報(bào)警電路采用的是聲光報(bào)警，模塊由光電二極管，蜂鳴器(直流驅(qū)動(dòng))和一個(gè)按鍵組成。當(dāng)CO的濃度超出預(yù)設(shè)的范圍時(shí)，則燈亮，同時(shí)蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警。當(dāng)溫度在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，燈不亮，蜂鳴器不工作。正常情況下，系統(tǒng)的報(bào)警功能開啟。產(chǎn)生報(bào)警后，若氣體濃度在預(yù)設(shè)值之內(nèi)，則燈自動(dòng)熄滅，蜂鳴器停止發(fā)出聲音。也可以手動(dòng)按鍵，則系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng)關(guān)閉。
　　1.6　顯示電路
　　顯示電路采用的是LCD顯示模塊，主要用到了LCD12864字符型液晶顯示模塊，它可以顯示四行，每行16個(gè)字符，相當(dāng)于32個(gè)LED數(shù)碼管，而且比數(shù)碼管顯示的信息還多。采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。單片機(jī)通過對數(shù)字信號的處理與判斷，將CO的濃度值送到LCD顯示器并顯示出來。
　　1.7　電磁閥電路
　　電磁閥電路的主要功能是當(dāng)檢測到的CO濃度超過預(yù)設(shè)值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令，電磁閥電路可以自動(dòng)關(guān)閉煤氣開關(guān)，排除險(xiǎn)情。基本原理是：若監(jiān)測到CO的濃度正常，發(fā)出指令為0，通電，電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門打開；當(dāng)監(jiān)測到CO的濃度異常時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令為1，電磁閥斷電，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門關(guān)閉。電磁閥的再次打開需要人工的開啟，這樣的設(shè)計(jì)避免了由于誤開啟給人們的生命和財(cái)產(chǎn)帶來的安全隱患。
　　2　結(jié)語
　　隨著生活水平的提高，煤氣已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶，煤氣安全也成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)。而由本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的煤氣監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)，針對家庭中的煤氣濃度進(jìn)行檢測，可以節(jié)能、方便、快捷、靈敏地檢測是否發(fā)生煤氣泄露，保障了人們的生命與財(cái)產(chǎn)的安全，經(jīng)試驗(yàn)可知：本設(shè)計(jì)是一種操作方便、測量準(zhǔn)確的并且快速的一氧化碳監(jiān)測設(shè)