智能煤氣安全閥系統設計

陳俊 唐濤

摘要：本文是一種基于AT89S52單片機智能煤氣安全閥系統的設計，主要針對生活中使用液化天然氣時所存在的安全隱患進行研究，設計出一種智能煤氣安全系統，實現液化天然氣泄漏時自動關閉閥門和打開排風扇以及蜂鳴器提示報警等功能。

關鍵詞：安全閥，泄漏，煤氣

中圖分類號：G648文獻標識碼：B文章編號：1672-1578（2014）24-0397-01

1.引言

隨著城市液化天然氣的普及，液化天然氣的使用人口越來越多，液化天然氣的用途也愈加廣泛，煤氣安全問題已經成為社會的熱點新聞。發生煤氣事故的主要原因表現在天然氣泄漏、天然氣不完全燃燒等，其中在煤氣事故中天然氣泄漏占的比例最大約50%，主要是由于用戶使用不規范、管道泄漏、閥門質量不好等引起的。為了使得用戶能夠安心的使用天然氣，本設計針對使用天然氣中存在的安全隱患進行一系列研究，利用kile4和Proteus進行仿真實驗，并制造實物檢驗設計的可行性。

2.系統硬件實現

2.1安全閥。煤氣安全閥有彈簧式和桿式兩大類。另外還有沖量式安全閥、先導式安全閥、安全切換閥、安全解壓閥、靜重式安全閥等。彈簧式安全閥主要依靠彈簧的作用力而工作，彈簧式安全閥中又有封閉和不封閉的，一般易燃、易爆或有毒的介質應選用封閉式。本系統的安全閥是家用燃氣管道快速自動切斷安全閥，可與燃氣泄漏報警系統連接，實現自動切斷氣源。該閥門選用優質黃銅制成，通道位置是直通式其結構為封閉式結構，氣流單向流動，公稱通徑為5mm，尺寸大小為83mm×30mm×30mm（長×寬×厚），獨特的小體積設計，使其小巧美觀。安全閥結構圖如下圖1所示：

2.2切斷閥。煤氣切斷閥也選用禾嘉金安牌切斷閥，該切斷閥適用于天然氣、城市煤氣等氣體，工作壓力為0-100KPa，直流脈沖驅動方式關閉閥門，手動復位。驅動電壓為9V-12V，驅動電流為≤1.5A。連接方式為對插或膠墊密封，尺寸為110mm×90mm×47mm（長×寬×厚）。切斷閥外觀圖如下圖2所示：

3.系統控制部分實現

因液化天然氣是一種混合燃料，主要成分為烷烴，本設計使用ATMEGA16單片機為核心控制，以甲烷傳感器檢測室內空氣所含甲烷濃度，當室內空氣中所含甲烷濃度超標，控制器立刻發出指令驅動切斷閥和安全閥關閉，并以聲光報警的方式提示天然氣泄漏，打開排風扇以及撥打119報警。考慮到若停電時系統不能正常工作，本設計配備蓄電池，保證安全閥在任何時候都能正常工作。安全閥系統原理圖如下圖3所示：

3.1單片機處理器。ATmega16是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATmega16 的數據吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統在功耗和處理速度之間的矛盾。

3.2甲烷傳感器。MQ-4傳感器對甲烷的靈敏度非常高，對丙烷、丁烷也有著較好的靈敏度。這種傳感器可檢測多種可燃性的氣體，特別是天然氣，是一款非常適合多種應用的傳感器。MQ-4傳感器使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫（SnO2）。當空氣中存在可燃氣體時，傳感器的電導率會隨空氣中可燃氣體濃度的增大而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。甲烷檢測原理圖如下圖4所示：

4.結論

智能煤氣安全閥系統進行了軟件仿真和實物制作，并進行了相關實驗。實驗結果表明設計達到預期效果，可實現天然氣泄漏時自動報警，并立刻關閉閥門，保證用氣安全。本系統實用且效果明顯，成本低廉，操作簡單，能滿足一般家庭的需要，為家庭的用氣安全提供了一定保障。

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