煤气泄漏报警装置)

成绩评定：

传感器技术

课程设计

题目煤气泄漏报警系统设

计

摘要

近年来，全国燃气行业发展迅猛，液化气、天然气、煤制气等城市燃气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用，特别是随着“西气东输”工程的快速进展，燃气行业发展潜力巨大。城市燃气的普及与应用无疑对改善城市的环境质量和提高居民的生活质量发挥了巨大的作用。但是随着燃气的广泛应用，由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾事故也时有发生，这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了使燃气更好地造福于民，造福于社会，减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故，各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的煤气报警器实为必要之举。

本次课程设计的题目是煤气泄漏报警电路，煤气泄漏报警电路是用于当煤气泄漏达到一定危害浓度时就立即发出报警,它在实际生活中有着十分广泛的应用。本次设计中应用了多种数字电路,如电源电路、气敏探测电路、电子开关电路、报警电路等。我相信通过本次课程设计,我将进一步加深对各数字单元电路的理解,同时也对电子设计的方法有一定的了解,为今后的学习和工作打下一定的基础。

关键词：报警电路气敏探测

目录

一、设计目的 1

二、设计任务与要求 1

2.1设计任务 1

2.2设计要求 2

三、设计步骤及原理分析 3

3.1设计方法 3

3.2设计步骤 4

3.3设计原理分析 6

四、课程设计小结与体会 7

五、参考文献 8

一.设计目的

1.了解报警器的组成和原理。

2．进一步学习与掌握气敏电阻的运用与使用

3．熟悉报警器的设计与制作.

4. 学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力

二、设计任务与要求

2.1设计任务

1．采用了AT89C51为系统的CPU, 设计实现对家用煤气的控制功能

2．用户接到报警信号后可以控制电路,保证燃气的泄漏安全。

3．传感器能准确接受信号,及时起到报警的作用。

4. 设计处理电路与阀门开闭装置。

2.2设计要求

2.2.1煤气泄露测试的功能

在本设计中，煤气泄露测试装置的主要功能就是快速准确的检测被测气体中有害气体的含量（主要是CO气体），通过LED显示屏将CO气体浓度显示出来，当气体浓度达到一定门限值时发出声光报警，为了提高实用性系统还应该具备人机交互界面、与计算机通信端口。为了实现以上功能：系统应该具备气体传感器、数据采集、A/D转换电路、单片机、LED数码显示、输入键盘、声光报警单元、光电隔离技术和切断阀、RS-232通信模块。

2.2.2煤气泄露测试系统框图（如图2—1所示）

图1系统框图

系统工作流程为:由装在室内的CO传感器获得被测量对象(室内CO浓度)原始信号,经过温度补偿和取样放大得到矫正后的可匹配信号，进入A/D转换,得到被测对象的数字量信号,再由单片机进行数据处理,得到最终的室内环境CO浓度值,将此数据通过数码管显示并保存,同时根据系统设定的限值参数判断环境浓度是否超标,如果超标立即向光隔离接口输出控制信号,通过继电器打开排气扇, 如果超出下限值，切断阀关闭，并开始进入危险期计时,如果发现环境中一氧化碳浓度长时间处于危险状态,则有可能排气扇未能打开,或者房间发生严重CO泄露事故,此时启动预警信号进行语音报警提示,提示室内人员打开门窗、关闭气源并迅速撤离事故现场。如果系统接有上位机工作的话,可通过通信接口对单片机组成的下位机系统进行参数设置,并可定时地从数据缓冲区中读取以前测量的数据值,进行二次处理加工或存入数据库永久保存。

具体技术指标如下：

应用范围：工业生产和人民生活中的CO检测；

检测对象：CO及他们的混合气体；

检测范围：CO:0～1000ppm；

检测精度：CO优于20ppm；

报警浓度：100ppm～300ppm

响应时间：≤30ms；

电池电压：+12V；

工作温度范围：-20～+70℃；

工作湿度范围：10～95%RH。

三、设计步骤及原理分析

3.1设计方法

方案1，采用QM气敏传感器、单片机控制系统、蜂鸣器报警、继电器控制排气扇强制通风，用继电器保持故障信号。

方案2，采用QM气敏传感器、模拟集成电路控制系统、蜂鸣器报警、继电器控制排气扇强制通风，用继电器保持故障信号。

方案3，采用QM气敏传感器、单片机控制系统、蜂鸣器报警、由触发器控制可控硅控制排气扇强制通风，用触发器保持故障信号。

经比较采用方案1完成设计，实现所需的功能。

3.2设计步骤

系统主要由单片机电路、检测电路、报警电路和应急处理电路组成，

当有燃气泄漏时，检测电路产生“气——电”信号送单片机，单片机控制蜂鸣器发出预报警信号，经延时、判断，确认为事故泄漏后，发出红光报警，同时启动应急处理程序，关闭阀门，切断气源，并开启排风扇排除室内被污染的空气；若

检测到气敏元件损坏，系统关闭阀门并点亮黄色报警灯，提示用户更换气敏传感器。

3.2.1单片机电路

图2

单片机电路是系统控制的核心。单片机选用Atmel公司的AT89C51，其引脚分配如图1所示。基本外设有晶振电路（18、19脚）和上电复位电路（9脚），气敏元件损坏信号和燃气泄漏信号分别从P3.2（INT0）、P3.3（INT1）输入，作为AT89C51的两个中断触发信号，下降沿触发方式。P1.0、P1.1分别接开关SD1和SD2，用于手动控制排气扇和燃气阀门，报警与应急处理驱动信号分别从P2.0～

P2.4输出。

3.2.2检测电路

检测电路包括燃气泄漏检测和气敏元件损坏检测两部分，原理电路如图2所示。气敏传感器选用QM型，这是由金属氧化物半导体材料制成的“气——电”转换器件。当有燃气泄漏时，其表面会发生化学吸附，使本身电阻（图中AA’间的电阻）下降，且燃气浓度越高，电阻下降越多，利用该特性并通过VT1等元件组成

的开关电路即可获得“气——电”信号，完成燃气泄漏的检测，调节RP 1可设置不同燃气的报警限，C2为延时电容，用于减小传感器初始稳态的影响。

图3

3.2.3声光报警电路

声光报警分别由蜂鸣器和红、黄发光二极管完成。燃气浓度大于预报警限时蜂鸣器由单片机输出低电平，经三极管驱动报警，发光二极管则由单片机直接驱动，当确认为事故泄漏时，红色LED点亮，当气敏元件损坏时，黄色LED工作。

3.3设计原理分析

3.3.1 电源电路的调试

在对电源电路部分调试时，先按照其原理框图画出其电路图，再进行调试。在调试的过程中，主要思想是根据电源的主要性能指标有针对性的进行调试。电源的主要性能指标有输入参数、输出参数、电磁兼容性能指标和其他标准等4类，而输入参数又包括输入电压、输入频率、输入相数、输入功率因数和谐波，输出参数

又包括输出电压、输出电流、稳压、稳流精度，通过调试发现在最初设计时存在一些小问题，比如器件的参数选择不够到位，导致调试时的部分数据不够精确，但经过一定的调试后，各项指标都能达到要求。

3.3.2气敏探测电路的调试

气敏探测电路的调试与其它模块有所不同，因为该部分具有很强的实用性，需要有实物才能进行真正意义上的调试，在这里，根据实际情况，现在只能从电路能否正常工作的角度出发，进行简单意义上的调试。

气敏探测电路由气敏元件MQ-N5、电位器RP1、电位器RP2、电阻R5和指示灯H组成，在该电路中H起稳定气敏元件灯丝的电流作用，以使报警器工作稳定、可靠。因为灯丝电阻随温度（即通过的电流）而正比变化。温度高，电阻大，致使流过灯丝的电流减小；反之，电流增大，从而确保灯丝电流的稳定。分流电阻R5用以减少流过指示灯H的电流，避免灯丝达到正常的白炽化程度（白炽化时就失去稳流作用）。气敏元件预热数分钟后，在清洁的空气中，测量极A-A与B-B之间的电阻为一个稳定值，适当调节电位器RP2，可使B-B端的电压接近为零（即RP2为调零电位器），当气敏元件遇到煤气后，A-A与B-B之间的电阻相继下降，B-B端的电位则上升。利用B-B端的电位去控制电子开关电路。经过一定的调试保证了该部分电路的正常工作。

四、课程设计小结与体会

经过这一周的课程设计，简单一点说，获益匪浅。

万事开头难，可做设计的过程也不简单，这是对于我来说，都是上课没好好听讲，基础不扎实，书到用时方恨少，在别人水道渠成的时候，我只能现学现卖，收获还挺大的，以前连听都没听说过的知识现在弄得比较熟悉，以前很含糊的知识，现在已经会熟练运用，呵呵呵虽然累了点苦了点，但收获的快乐早已把困难掩盖。这次课程设计对我帮助最大的是老师和同学的帮忙，在设计中我遇到了

很多自己解决不了的困难，多亏老师的悉心指导和耐心讲解，让我顺利完成设计，收获很多。

经过这次课程设计，我学到了很多，真正感受到理论与实际的差距，而且还锻炼了自己的思维，运用知识的能力。再次感谢老师对我的细心指导和同伴的帮助，让我在实践中得到发展和提升。

5、参考文献

[1]《传感器原理及工程应用》郁有文、常健、程继红西安电子科技大学出版社

[2]《传感器与检测技术》陈杰、黄鸿高等教育出版社

[3]《单片机基础》李广弟、朱月秀、王秀山北京航空航天大学出版社

[4]《半导体传感器原理及其应用》牛得芳大连理工出版社