煤气泄漏监测系统设计

课程设计报告

课程名称检测技术与系统课程设计院（系、部、中心）电力工程学院

专业电气工程及其自动化

姓名

班级 K电气101 起止日期 13.6.3~13.6.14

指导教师许大宇

课程设计任务书

课程名称检测技术与系统课程设计院（系、部、中心）电力工程学院

专业电气工程及其自动化

姓名刘栋

班级 K电气101 起止日期 13.6.3~13.6.14

指导教师许大宇

1、李现明，吴皓编著.自动检测技术.北京：机械工业出版社，2009

2、徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社.2001

3、陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：人民邮电出版社.2000

5．课程设计进度安排

起止日期工作内容

13年6月3日布置设计任务，熟悉课题，查找资料；

13年6月4日

结合测控对象，选择合适的传感器，理解传感器性能；

13年6月5日设计传感器测量电路，选择合适的单片机，设计其外围电路；

13年6月6日设计电路参数，有条件情况下，在实验室进行实验，进一步理解测量电路输入输出关系；

13年6月7日继续设计论证电路参数，完善系统设计方案；

13年 6月 10日查找资料，理解系统各部分工作原理；

13年 6月 11日理清系统说明要点，着手设计说明书的书写；

13年 6月 12日书写设计说明书，充分理解系统每一部分作用；

13年 6月 13日完善设计说明书，准备设计答辩。

13年 6月 14日设计答辩。

6．成绩考核办法

目录

第1章煤气检测系统设计的基本内容 (1)

1.1煤气检测系统的主要任务 (1)

1.2煤气检测系统的设计要求 (1)

第2章煤气检测系统设计的硬件设计 (2)

2.1基于单片机实现 (2)

2.2系统硬件电路的总体设计 (3)

2.2.1 气体传感器电路设计 (3)

2.2.2 放大电路的设计 (5)

2.2.3 A/D转换电路设计 (6)

2.2.4 单片机的最小系统设计 (10)

2.2.5 声光报警电路设计 (11)

2.2.6 数码管显示电路设计 (12)

第3章煤气检测系统的软件设计 (13)

3.1主程序设计流程图 (13)

3.2A/D转换控制程序设计流程图 (14)

3.3显示子程序的设计流程图 (15)

3.4报警子程序的设计流程图 (15)

第4章系统的功能仿真 (16)

4.1仿真软件介绍 (16)

4.2煤气检测系统的模块仿真 (16)

4.2.1 A/D转换模块测试 (16)

4.2.2 显示模块测试 (17)

4.2.3 声光报警电路模块测试 (18)

4.3系统误差分析 (19)

参考文献 (20)

附录1 煤气检测系统的仿真电路图 (21)

附录2 煤气检测系统的电路原理图 (21)

附录3 浓度与电压值的对应关系 (22)

附录4 煤气检测系统的源程序 (23)

第1章煤气检测系统设计的基本内容

煤气测量系统中，设计一套具有有毒气体检测功能、报警功能、能够判断室内空气中煤气的泄露情况和显示当前室内有毒气体的浓度，用单片机控制报警器是否需要报警。

煤气检测系统由硬件和软件两大部分组成。硬件部分主要包括气体传感器电路、放大电路、A \D转换电路、单片机最小系统、单片机控制电路和报警电路和数码管显示电路。气体传感器用来检测室内空气中有毒气体的浓度，当室内空气中有毒气体含量超过允许标准浓度后，气体传感器所获得的感应信号，通过放大处理以后，再经过单片机的处理，控制报警电路发出报警处理。软件部分主要包括A\D 的采样程序、数据处理、报警程序和显示程序。

煤气检测系统设计在硬件设计方面，主要研究组成家用煤气泄漏报警控制系统的单片机芯片、气体传感器的使用方法，同时研究电路设计思路、电路组成，包括气体传感器、放大电路、单片机、声光报警电路和显示电路的设计，给出系统的整体结构框图、仿真电路图和整体电路原理图。

1.1 煤气检测系统的主要任务

本论文是煤气检测系统设计的研制，主要完成：

(1) 对煤气检测整个系统进行了整体规划；

(2) 对煤气检测系统进行硬件设计和软件流程设计，分为主程序设计，A/D转换控制程序的设计，数据处理，浓度显示程序设计、声光报警子程序设计等；

(3) 软件的调试，功能仿真；

(4) 画出煤气检测系统的电路原理图。

1.2 煤气检测系统的设计要求

由于煤气检测系统主要包括气体传感器电路、放大电路、A \D转换电路、单片机最小系统、声关报警电路和数码管显示电路等部分。

本论文要求做以下设计：

(1)气体传感器对煤气是否泄漏进行检测；

(2)放大电路对检测出微弱的电压信号进行一定的放大处理；

(3)A/D转换程序设计，A/D转换器能够时刻的对放大的电压信号进行采集；

(4)根据有毒气体浓度与采集的电压信号的关系进行数据转换处理；

(5) 显示程序的设计，用4位数码管显示所测得的煤气浓度值。

(6)声关报警控制程序设计，根据气体浓度进行相应的处理.

第2章煤气检测系统设计的硬件设计

2.1 基于单片机实现

微处理器的出现极大地促进了生产力的发展，提高了人们生活的质量，实现了工业的现代化和自动化。基于8位和16位单片机的嵌入式设备(如仪器仪表、数据采集和显示、过程控制、工业自动化等)的实时应用、测控系统正在走向网络智能化。这就要求企业从现场控制层到管理层能实现全方位的无缝信息集成，实现远程维护、智能诊断以及远程管理功能，提供一个开放的基础构架，并具有高可靠性、分散控制、集中监视和管理的功能。

针对目前微型处理器的处理芯片的不同，本设计是基于AT80C51单片机实现煤气检测系统的设计。

基于AT89C52单片机实现的煤气检测系统的具体方案如图2-1所示。该方案主要包括了可燃气体传感器、A/D转换器、AT89C52单片机控制电路、声光报警电路以及数码管显示电路。

气体传感器输出为模拟量，很微弱需要进行放大电路的处理，单片机处理的是数字信号，需要利用A/D转换器，将模拟量转换成数字量送给AT89C52单片机进行数据的处理；声光报警电路里使用蜂鸣器作为报警用，同时还用LED灯进行相应的指示，以便于提醒注意；单片机的最小系统是AT89C52单片机工作的前提条件；显示电路采用了4位集成的数码管进行显示，由AT89C52单片机进行控制实现显示。

图2-1 基于AT89C52的单片机的煤气检测系统组成框图

在煤气检测系统组成框图2-1中所示，系统以单片机AT89C52为控制的核心，配合外围电路共同完成信号采集、浓度的显示、声光报警电路的功能设计等。其中传感器采用的是M-5，该传感器外形小，气体响应快，性能稳定，低功耗，常适用于泄漏监测器。放大电路采用的是LM324运放进行放大微弱的信号。A/D转换器采用的是ADC0808，它是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件，具有功耗低，性能稳定的特点。数码管使用4位集成的共阴数码管。