基于单片机的煤气泄漏及报警系统的设计

本科毕业论文(设计) 题目：基于单片机的煤气泄漏及报警系统的设计

学院：物理与电子科学学院

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基于单片机的煤气泄漏及报警系统的设计

摘要：随着社会的进步和发展，人们的生活水平也在不断提高，煤气作为一种必不可少的能源出现在了人们的日常生活中。煤气给人们生活带来方便的同时，也带来了一定的困扰。煤气泄漏，煤气中毒，煤气罐爆炸等恶性事件时有发生。所以，为了避免这类事件的发生，作为一种预防的手段，监测空气中煤气的浓度很有必要。所以利用单片机和传感器技术设计一种可以自动监测空气中煤气浓度达到一定值时报警的系统。

关键词：煤气浓度检测传感器单片机

目录

前言 (1)

1系统设计的背景和目的 (2)

1.1系统设计背景 (2)

1.2系统设计目的 (2)

2 系统结构组成和原理 (2)

2.1系统结构 (2)

2.2系统原理 (3)

3 相关器件以及技术的介绍 (3)

3.1单片机介绍 (3)

3.2气敏传感器介绍 (4)

3.3A/D转换 (4)

3.4煤气中毒 (5)

4系统硬件设计 (5)

4.1单片机工作条件 (5)

4.2信号采集和放大电路 (5)

4.3数码管显示电路 (6)

4.4A/D转换电路 (7)

4.5声音报警电路 (7)

5 系统软件设计 (7)

6 系统调试与实现 (8)

参考文献 (12)

前言

随着社会的进步和发展，人们的生活水平也在不断提高。近年来，煤气以罐装和管道的形式进入了寻常百姓人家，但是，由于使用和设备方面的问题，导致煤气引发的恶性事件时有发生。

城区居民使用管道煤气，管道中一氧化碳浓度为25%至30%，如果管道漏气、开关不紧煤气大量溢出，可造成中毒，严重者甚至引起起火爆炸。2009年3月17日，长春市南湖新村中街发生燃气泄漏事故，4人一氧化碳中毒，其中两人住院治疗，18岁的高中生小明（化名）不幸身亡。2009年12月4日上午7时45分左右，上海市公安局110接报，虹口区西安路一栋三层老式公房发生居民煤气中毒事故，上海市公安局、卫生、建设交通等有关部门以及虹口区立即启动应急抢险预案、赶赴现场进行抢险，现场发现25人煤气中毒，已分别送医院救治。2009年9月18日强盛铁合金临时停产检修，要检修东烧结阀盖密封箱体盖板等。10时许高炉休风，16时25分后高炉复风，此时烧结平台下阀盖密封箱体内进行焊接作业的3人中毒，1人焊好盖板爬出人孔时中毒，平台上配合检修者立即去关煤气阀门，将阀门关闭后自己即晕倒在阀门平台区。此次，造成4人死亡，1人轻微中毒。这类事故时有发生，所以，煤气的安全问题成为一个受人关注的社会话题。为了避免这类事件的发生，作为一种防御的手段，监测空气中煤气的浓度很有必要。

本设计基于单片机和气体传感器的技术，是一种智能煤气监控系统，可以对煤气进行实时的检测、监控。当煤气发生泄漏，室内气体的浓度达到预先设定的限定值时本系统可以及时报警，并关闭煤气阀门，从而有效的避免了恶性事故的发生。

1系统设计的背景和目的

1.1系统设计背景

在20世纪的主要成就中，就有集成电路和电子计算机的发展。在20世纪70年代出现了微型计算机，70年代中期微型计算机又分支出来一个小小的派系——单片机。继4位单片机的出现，又出现了8位单片机。MCS-48系列，尤其是MCS-51系列单片机的出现，确立了单片机作为微控制器（MCU）地位。在品种众多的单片机中，MCS-51系列单片机是单片机中的主流机型，其结构完整、特殊功能寄存器规范，指令系统的控制功能。单片机的应用非常广泛，在家用电器领域，办公自动化领域，商业营销领域，工业自动化，智能仪表与集成智能传感器系统的控制电路，汽车电子与航空航天电子系统等方面都有应用。

随着现代科学技术发展，传感器与测试技术也有了迅猛的发展，广泛应用于人类的社会研究和生产中，并起着越来越重要的作用。随着微电子学、微细加工技术和集成化工艺等方面的发展，将敏感器件与其信号处理电路制作在一块芯片上，可以实现传感器的集成化和微型化。目前，传感器与计算机的紧密结合，使传感器不仅具有信号检测的功能，还有记忆、存储、自诊断、自校准、自适应等功能，从而实现了传感器的智能化。

1.2 系统设计目的

伴随着人民生活水平的提高，煤气的使用已经平民化，而煤气的使用也带来了一系列问题，正确安全的使用煤气很有必要。虽然人们对于煤气泄漏有一定的防范意识，但是恶性事件时有发生生，给人民生命和财产带来个巨大的损失。经过调查发现，一氧化碳报警器可以有效地降低事故的发生率。而计算机的普及使人们对生活的要求变得更高，所以智能化、人性化成为现代人对生活水平的追求。

所以设计出一个可以智能监控煤气浓度的系统，可以给人民生活带来方便和安全。本系统的特点：

（1）结构电路相对简单，价格便宜；

（2）智能系统，实时检测，监控，并及时报警；

（3）安全可靠。

本设计使用MCS-51单片机可以达到题目的设计要求，可以准确采样煤气浓度。而且该系列单片机是主流机型，容易学习和操作，性能也相对较好。

2 系统结构组成和原理

2.1 系统结构

系统采用单片机作为核心控制，气敏传感器作为信息提取部件。主要包括：气体检测及放大整形电路、声光报警电路、数码管显示、及复位电路。

2.2 系统原理

气敏传感器实时监测煤气浓度信号，输出量为模拟信号，浓度信号经A/D转换送入单片机，单片机对信号进行处理送入显示电路，实时显示煤气浓度，当煤气浓度超出限定值，实现声光报警。

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图 1 基于单片机的实现

监控系统的工作原理是利用半导体气敏传感器将煤气浓度变换为模拟电压信号，此电压信号经放大后送到A/D转换器，变换成数字量送入单片机进行数据分析，数据处理后送入显示电路显示煤气浓度信息。当煤气浓度达到限定值，输出数字信号驱动声光报警。

3 相关器件以及技术的介绍

3.1 单片机介绍

随着大规模集成电路技术的发展，可以将CPU、RAM、ROM、定时器/计数器以及输入/输出（I/O）接口电路等计算机的主要部件集成在一块集成电路芯片上。这样组成的芯片级的微型计算机直译为“单片机”。单片机的应用领域有：家用电器领域，办公自动化领域，商业营销领域，工业自动化，只能仪表与集成智能传感器传统的控制电路，汽车电子与航空航天电子系统等领域。单片机在结构上突破了常规的按逻辑功能划分芯片、由多片构成微型计算机的设计思想，将构成计算机的许多功能集成在一块晶体芯片上。在众多的单片机中又以80C51的结构具