发布时间 : 星期五 文章基于单片机的家用煤气泄漏监控系统的设计与实现 - 图文更新完毕开始阅读
新乡学院本科毕业论文（设计）
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究意义
随着经济和科技水平的提高，人们生活水平也在逐步改善，罐装煤气和管道煤气已经进入到普通百姓的家庭。设备不正确的使用方法或者老化是产生煤气泄漏的关键起因，煤气泄漏对人民的生命危害极大且威胁着人民的财产安全。一氧化碳是煤气的主要成分，一氧化碳基本上不与水相溶，它的特点是没有刺激性、没有气味、没有颜色、鼻子闻不到，在与空气混杂比达12.5％～80％时，此时的混合物拥有爆破性。由人类呼吸进入血液循环,造成血液缺氧症,造成结构缺氧，遏制结构呼吸[1]。煤气中对人体伤害最大的物质还是它。所以，设计出有作用的，可以使用在家中的煤气监控系统是拥有巨大含义的，而且市场运用上也是前途光明的。
以下是健康的成年人或许产生一氧化碳中毒的现象： 50ppm 健康的成年人可以经受最多8个小时； 200ppm 2到3小时后人会感到疲劳，略微头疼； 400ppm 1到2小时后前额痛，3小时后将危及性命；
800ppm 45分钟普通人会痉挛、目眩、呕吐；2小时将会失去意识；2到3小时内可能会死亡；
1600ppm 20分钟会目眩、呕吐、头晕；会在一小时内死去； 3200ppm 5到10分钟内呕吐、头晕、目眩；25到30分钟死亡； 12800ppm 1到3分钟死亡。
由此可见，煤气泄漏时对人们造成的危害是很大的，发生煤气泄漏时会让人中毒，导致生命危险，而且还有随时发生爆炸的可能。煤气一旦泄漏，如果不及时采取措施就会造成的一系列的事故，因此，找到一个解决方法是我们需要做的。应用煤气泄漏监控系统就是抵挡煤气泄漏的主要措施。有关内行说明，煤气泄漏出来的巨量一氧化碳是发生煤气中毒的起因，若是应用煤气泄漏监控系统，在煤气泄漏时就会产生报警信号，人们可以及早关掉煤气阀门，将危险去除。相关组织经过长时间检验得出结果，煤气泄漏监控系统预防煤气泄漏事件发生的有效率大于95%。
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1.2 煤气泄漏监控系统的研究现状
现在，普通的煤气报警装置性能一般，稳定性不好，况且较大的监控系统主要面对工矿及公共场所的检测，并且售价较高，还需要被专职人员看管，不适宜在家庭应用。
家用煤气泄漏的监控系统对于煤气的正常使用是十分要紧的。周围环境中煤气的浓度通过煤气泄漏监控系统的气体传感器被探测到，控制电路接收到被探测到的信号的模拟量，当环境中煤气浓度超越了预设定的值的时候，灯光报警信号会被装置报警灯发出，声音报警被报警器发出。热线型气体传感器、氧化物半导体、催化燃烧型是煤气报警装置的探测煤气的传感器的重要类别，当然剩下的是极少的。四周的煤气附着这些传感器上，电化学反应或化学反应在它的表层发生，使其电物理性质发生变化。煤气泄漏监控系统在企业、货仓、学校、社区、城市安防、工厂等很多地方被普遍使用。
1.3 系统设计内容
本文基于单片机设计家用煤气泄漏监控系统。设计分为两个主要部分：系统硬件部分设计与控制编程。
(1)硬件部分
浓度、温度检测和显示模块、报警模块、主要控制模块是基于单片机的家用煤气泄漏监控系统硬件的主要3个部分。浓度检测主要由MQ-2气体传感器组成；温度测量被温度传感器构成，显示部分用LCD1602显示器来展现；主要控制模块主要有单片机和关联的软件部分构成；报警模块主要由键盘和报警器组成，键盘用于煤气报警浓度及温度的设置，报警器用于达到报警浓度及温度的报警处理。
(2)软件部分
主程序与中断处理是它软件部分两大重要模块：中断输进去的设置和I/O口，定时器初始化是通过主程序实现，等待定时器的中断和传感器来到平稳的运行形态通过延时实现；中断处理程序依据详细的状况要有对应子程序。程序要实行多遍调试，分开编程。对每个子程序块所处理的题目要非常清楚。
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第2章 煤气泄漏监控系统的方案设计
2.1 设计思想
煤气泄漏监控系统具备可以测验监控空气中的煤气的浓度和报警的功用。单片机控制电路、气体信号采集电路、A/D转换电路其最基本的构成模块。
气体传感器构成了气体信号采集电路，模拟的电信号是由气体信号转化成的。模拟的电信号被模数转换芯片转换成数字信号之后送到单片机。这些数字信号通过单片机来分析处置，而且被分析处置的数据经单片机来判定，和设定值相比是不是相等或者被超越，若是被超越就会主动报警，产生报警声，若是没有就为正常形态。为了报警装置特别完美，在煤气浓度检测的同时加上温度检测，在温度过高的情况下发出报警，还在声音报警根基上，加上灯光报警，改变的光信号能够吸引人们的注视，补偿喧闹中声音报警的限制。提出的整体设计思路的是依据报警装置该拥有的功用。
煤气泄漏检测报警装置的两大核心部件：气体传感器、单片机，依据报警装置功用，选取精准、适宜、性价比高的单片机和气体传感器是十分重要的。
2.2 煤气泄漏检测监控系统的整体设计
系统基本方框图如图1所示。
LCD显示器 上电复位 P3 P0 AT89C51 P2 P1 电源电路 DS18B20 排风设备 MQ-2 ADC0804 报警电路
图1 系统基本方框图
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本系统运用AT89C51单片机，组合ADC0809转换芯片组成了煤气检测监控系统。系统整个设计有气体传感器、AT89C51单片机、显示部分组成。LCD1602可以显示室内煤气浓度和温度。系统用传感器MQ-2进行煤气测量，然后传出0-5V的电压信号，再然后把模拟量传送到ADC0809，通过A/D转换，形成对应数字量通过它的输出通道DB0~DB7递送到单片机的P1口，用温度传感器来检测温度，通过DS18B20把信息传送给单片机，单片机把收取的数字量实行数据分析处置，LCD1602显示煤气浓度及室内温度，当环境中有煤气泄漏或者温度升高，并且达到预定浓度或者温度，单片机会让LED闪烁和蜂鸣器发声，发出声音和灯光的报警，并发动开关打开通风换气装置，实现煤气的安全使用。
2.3 气体传感器的选型
气体传感器属于气敏传感器，它可以检测环境中的煤气浓度，将气体信号转换为电信号，经过模/数转换芯片，单片机接收到被模拟信号转化成的数字信号，让单片机实现数据分析处置，浓度分析及报警处理等工作。煤气泄漏监控系统的中心部件之一就是气体传感器，所以选型很重要[2]。 2.3.1 气体传感器的介绍
依据检测的道理能够划分成下面几种：
(1)行使物理化学本质的：比如半导体气体传感器、接触燃烧气体传感器等。 (2)行使物理本质的：比如热导气体传感器、红外传感器等。
(3)行使电化学本质的：比如电势型气体传感器、电流型气体传感器等。 气体传感器既能是一个功用的，也能为多种功用的；有些为独自的个体，有的是被许多功用相异的传感器的组合阵列[3]。不过，只要是完好的气体传感器都拥有下列要求：
(1)能够测验某一种气体，与环境中的另外的气体则没有反应； (2)能够准确的测验被检测的气体浓度，而且比较敏捷； (3)能够很快的对检测气体做出反应，循环性好； (4)长期工作稳定性好； (5)使用寿命长；
(6)便宜，便于应用于养护。 常见气体传感器：
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