畢業(yè)論文-煤氣泄漏檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)100070778講解

1、無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）煤氣泄漏檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：對(duì)煤氣泄漏實(shí)時(shí)精確監(jiān)控是十分重要的。本文介紹一種基于單片機(jī)技術(shù)的智能型煤氣監(jiān)控系統(tǒng) , 可對(duì)煤氣濃度進(jìn)行智能地實(shí)時(shí)檢測(cè)和監(jiān)控、報(bào)警 , 而且還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉煤氣管道閥門(mén), 經(jīng)過(guò)多次運(yùn)行 , 精確度、靈敏度和穩(wěn)定性均達(dá)到設(shè)計(jì)要求 , 且造價(jià)低 , 操作方便 , 可廣泛作為智能報(bào)警器及監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)使用。本系統(tǒng)以 ATMEGA16單片機(jī)為核心，論述了基于測(cè)控技術(shù)的煤氣泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置的硬件和軟件方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 文中重點(diǎn)闡述了信號(hào)采集調(diào)理電路與語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)制作的系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求，具有實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：

2、 單片機(jī)處理器 ; 一氧化碳傳感器；煤氣濃度；聲光報(bào)警；煤氣泄漏1無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）Design of Gas-leaking Monitoring and Alarming SystemAbstract：Accurate real-time monitoring of the gas leak is important. This paper describes a single chip technology based on intelligent gas monitoring system, the gas concentration can be inte

3、lligent in real time detection and monitoring, alarm, and can automatically open and close the gas pipeline valves, after several runs, precision, sensitivity and stability meet the design requirements, and low cost, easy to operate, can be widely as a smart alarm and monitoring system to use. This

4、system uses the ATMEGA16 as control core. This paper introduces the both scheme design and implement of hardware and software on the gas-leaking monitoring and alarming system based on measure and control technology. The experiment shows that the system of design and make satisfies the requirement,

5、and holds better practicability.Key words: Single chip processor;CO Sensor, Gas concentration, voice and light alarm, Gas-leaking2無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄第 1 章緒論 .31.1課題背景、目的及意義 .41.1.1課題的背景 .41.1.2課題的目的及意義 .41.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容 .5第 2 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) .62.1一氧化碳濃度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) .62.1.1CO 傳感器原理介紹與選型 .62.1.2NAP-505 型一氧化碳傳感器介紹

6、 .72.2鍵盤(pán)及顯示電路接口設(shè)計(jì) .82.2.1鍵盤(pán) / 顯示器電路設(shè)計(jì) .92.3穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì) .122.4聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì) .132.4.1聲音報(bào)警電路 .13第 3 章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .163.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) .163.2開(kāi)機(jī)自檢模塊程序設(shè)計(jì) .163.3鍵盤(pán)處理、顯示模塊程序設(shè)計(jì) .173.4數(shù)據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換模塊程序設(shè)計(jì) .203.5數(shù)據(jù)處理和報(bào)警、控制模塊程序設(shè)計(jì) .21結(jié)論.23致謝.24參考文獻(xiàn) .253無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 1 章緒論本章主要介紹本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究的背景、目的與作用，以及在本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和技術(shù)指標(biāo)。1.1課題背景、目的及

7、意義1.1.1課題的背景隨著我國(guó)燃起的變革及西氣東輸工程的進(jìn)行， 煤氣或天然氣已成為多數(shù)家庭的燃料。每年，因煤氣泄露造成的中毒事故中， 因熱水器不當(dāng)或產(chǎn)品本身的質(zhì)量問(wèn)題，造成的煤氣中毒事故， 全國(guó)均有不少事例。 有甚者，因室內(nèi)煤氣濃度過(guò)高，引起的煤氣爆炸的事故也不少見(jiàn)。 家用煤氣有時(shí)會(huì)因各種原因發(fā)生泄漏， 煤氣的主要成分是甲烷， 甲烷是一種可燃性氣體遇到明火會(huì)發(fā)生燃燒甚至爆炸， 所以在煤氣泄漏時(shí)打電話，使用家用電器的話，煤氣遇到電火花可能會(huì)發(fā)生爆炸事故。人呆在煤氣泄漏的空間內(nèi)， 甲烷的不完全燃燒可能會(huì)生成一氧化碳， 人體吸入有毒的一氧化碳后，一氧化碳將會(huì)迅速與血液中的紅細(xì)胞結(jié)合導(dǎo)致人體中毒昏迷

8、， 如果長(zhǎng)時(shí)間吸入泄漏的煤氣甚至?xí)l(fā)生中毒死亡隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 人們對(duì)生活質(zhì)量的提高和生活環(huán)境的改善越來(lái)越重視， 液化氣、煤氣進(jìn)入家庭的使用為人們帶來(lái)了方便， 也改善了城市的環(huán)境， 但同時(shí)也給人們帶來(lái)了潛在的危險(xiǎn)， 其中一氧化碳是最主要的危險(xiǎn)源。當(dāng)今我國(guó)很多煤礦企業(yè)由于對(duì)于礦井下的煤氣監(jiān)測(cè)和處理不夠及時(shí)，釀成了許多的慘劇， 造成的工人生命和國(guó)家財(cái)產(chǎn)的損失。 因此，及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)房間室內(nèi)和礦井進(jìn)行 CO 濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警成為保障群眾生命安全和國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全的一項(xiàng)必不可少的工作。1.1.2課題的目的及意義AT89 系列單片機(jī)是控制系統(tǒng)常用的單片機(jī)，應(yīng)用在很多領(lǐng)域，利用它完成的報(bào)警系統(tǒng)比較多，使用AT

9、89 系列構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的采樣煤氣濃度，能夠達(dá)到題目的設(shè)計(jì)要求，而且AT89 系列單片機(jī)相對(duì)于其它型號(hào)的單片機(jī)（ AVR、ARM ），更加易于學(xué)習(xí)和掌握，性能也相對(duì)比較好。同時(shí)掌握好了此系列的單片機(jī)的應(yīng)用，對(duì)于深入學(xué)習(xí)其他類(lèi)型的單片機(jī)是一個(gè)很好的基礎(chǔ)。4無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本課題需要完成一個(gè)完整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 涉及到電子技術(shù)、 傳感器技術(shù)、 計(jì)算機(jī)應(yīng)用與控制技術(shù)等多學(xué)科性知識(shí)， 是一個(gè)硬軟件相結(jié)合的設(shè)計(jì)性題目。 本課題融知識(shí)性與趣味性于一體， 提供了一個(gè)有力的了解小家電設(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)， 能提高我的檢索資料的能力、 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力、 實(shí)際動(dòng)手的能力、 分析

10、排除故障的能力以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力等。 并且，可以通過(guò)此次設(shè)計(jì)， 很好的掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作流程、開(kāi)發(fā)步驟；熟悉單片機(jī)開(kāi)發(fā)的多種編程語(yǔ)言。1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)的題目是“煤氣泄漏檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)”。選擇ATMEL公司的ATMEGA16 單片機(jī)為系統(tǒng)控制核心，采用電化學(xué)型CO 傳感器作為采集煤氣濃度的采集器， 經(jīng)過(guò)系列處理實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣濃度進(jìn)行智能地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉煤氣管道閥門(mén)及排風(fēng)裝置。系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體任務(wù)如下：(1) 實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣泄漏的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；(2) 具有超限聲、光報(bào)警功能；(3) 根據(jù)報(bào)警狀況自動(dòng)關(guān)閉煤氣管道電磁閥并開(kāi)啟排風(fēng)機(jī)；(4) 設(shè)計(jì)并制作煤氣測(cè)量鍵盤(pán)、顯示等接口電路； (

11、5) 性能指標(biāo)：一氧化碳測(cè)量精度為3%；實(shí)現(xiàn)所有的硬件、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)整體調(diào)試、形成可以正常運(yùn)行的產(chǎn)品為本次設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。將從系統(tǒng)的硬件、軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)的調(diào)試等方面進(jìn)行介紹。5無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 2 章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)硬件是系統(tǒng)的載體與執(zhí)行機(jī)構(gòu)，硬件設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)， 主要涉及傳感器信號(hào)放大、采集、處理，鍵盤(pán)與顯示處理，聲光報(bào)警，執(zhí)行電路設(shè)計(jì)、系統(tǒng)供電等多個(gè)部分。本章分為8 節(jié)介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。2.1一氧化碳濃度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)2.1.1 CO傳感器原理介紹與選型1、電化學(xué)型氣體傳感器的基本原理按照檢測(cè)原理的不同， 電化學(xué)氣體傳感器主要分為金屬氧化物

12、半導(dǎo)體式傳感器、催化燃燒式傳感器、定電位電解式氣體傳感器、迦伐尼電池式氧氣傳感器、紅外式傳感器、 PID 光離子化傳感器等等。目前，煙氣分析儀中使用較多的是定電位電解式氣體傳感器和迦伐尼電池式氧氣傳感器。其中定電位電解式氣體傳感器工作原理是： 使電極與電解質(zhì)溶液的界面保持一定電位進(jìn)行電解， 通過(guò)改變其設(shè)定電位， 有選擇地使氣體進(jìn)行氧化或還原， 從而能定量檢測(cè)各種氣體。 其結(jié)構(gòu)是：在一個(gè)塑料制成的筒狀池體內(nèi)安裝工作電極、對(duì)電極和參比電極， 在電極之間充滿電解液， 由多孔四氟乙烯做成的隔膜， 在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接， 在電極之間施加了一定的電位， 使傳感器處于工作狀態(tài)。2、CO

13、傳感器的比較與確定本次設(shè)計(jì)的使用群體主要針對(duì)的是普通家庭，在家庭中的煤氣濃度（CO 濃度）一般不可能有太高，否則將引起很多的事故，即使有CO 報(bào)警系統(tǒng)。針對(duì)大多數(shù)家庭的情況，設(shè)計(jì)中考慮的CO 傳感器的測(cè)量范圍在0500ppm 或者01000ppm，高于了此范圍的CO 傳感器基本不使用于普通家庭。在市場(chǎng)考察中得知 CO 測(cè)量范圍在 0500ppm或者 01000ppm的傳感器類(lèi)型也相當(dāng)?shù)亩?。譬如中?guó)饒陽(yáng)縣北核牌 CO 傳感器系列、中國(guó)威興達(dá)傳感器廠的 CO 傳感器系列、 瑞士 Membrpor 的 CO 傳感器系列、日本 NEMOTO 的 CO 傳感6無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

14、）器系列等。傳感器選擇是主要考慮傳感器本身的輸出信號(hào)的大小， 因?yàn)閭鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)越大， 對(duì)后續(xù)放大電路要求就越低， 這樣有利于硬件電路的設(shè)計(jì)。 這些傳感器類(lèi)型中信號(hào)輸出最大的是瑞士 Membrpor 的 CO 傳感器系列，它的信號(hào)輸出可以達(dá)到 5010 nA ppm 以上；而中國(guó)威興達(dá)傳感器廠的 CO 傳感器系列只有 1 nA 50 nAppm 的輸出。本次選用的傳感器并不是輸出信號(hào)最大的，因?yàn)樵趦r(jià)格方面瑞士Membrpor的 CO 傳感器系列的價(jià)格都在 500 元 RMB PCS 以上，而輸出與其基本相當(dāng)?shù)闹袊?guó)饒陽(yáng)縣北核牌 CO 傳感器系列也需要 280 元 RMB PCS 左右。而日本N

15、EMOTO 的 NAP-505 一氧化碳傳感器的輸出只是 4010 nA ppm，但是價(jià)格只在 80120 元 RMB PCS，綜合各方面考慮，本次設(shè)計(jì)采用的是日本 NEMOTO 的 NAP-505 一氧化碳傳感器。2.1.2 NAP-505型一氧化碳傳感器介紹NAP-505 一氧化碳傳感器屬于電化學(xué)型傳感器，它采用了新的構(gòu)造， 電解液泄露的風(fēng)險(xiǎn)較低到幾乎為零，體積小，大幅度的減低了成本。輸出信號(hào)直線性、重復(fù)再現(xiàn)性優(yōu)越、不受濕度影響、電池可驅(qū)動(dòng)。其主要性能參數(shù)如表2-1 所示。表 2-1NAP-505 型電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器主要性能參數(shù)表檢測(cè)氣體范圍CO 01000ppm輸出電流4010n

16、A/ppm分辨率1ppm重復(fù)再現(xiàn)性2%以內(nèi)應(yīng)答時(shí)間30s基準(zhǔn)線位移（ -20 50）10ppm長(zhǎng)期穩(wěn)定性=設(shè)定值 ?Y報(bào)警、控制程序通信程序 (可選 )顯示子程序等待中斷圖 3-1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體流程框圖3.2開(kāi)機(jī)自檢模塊程序設(shè)計(jì)開(kāi)機(jī)自檢設(shè)計(jì)在電源接通或者是系統(tǒng)復(fù)位之后，自檢中如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就進(jìn)入測(cè)控程序，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題則及時(shí)報(bào)警，以避免測(cè)控系統(tǒng)帶病工作。16無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本次設(shè)計(jì)僅僅設(shè)計(jì)了對(duì)CPU 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 的校驗(yàn)程序，采用破壞性校驗(yàn)選用，只能用于開(kāi)機(jī)自檢；主要是選用特征字55H（01010101B）和AAH（ 10101010B），分別對(duì)每一個(gè)單

17、元進(jìn)行先寫(xiě)后讀的操作。其自檢程序流程圖如圖 4-2 所示，主要是先對(duì) RAM 的某個(gè)單元進(jìn)行 AAH 的寫(xiě)入與讀出，將讀出值與寫(xiě)入值相比較，如果相同的話說(shuō)明該單元正常，再進(jìn)行55H 的寫(xiě)入、讀出和比較。如果某個(gè)單元出現(xiàn)寫(xiě)入與讀出的值不相同，則說(shuō)明RAM 中有損壞，執(zhí)行內(nèi)存錯(cuò)誤提示。否則就執(zhí)行正常運(yùn)行程序。RAM 自檢開(kāi)始建立地址指針寫(xiě)入 AAH 并讀出讀寫(xiě)相符嗎？YN寫(xiě)入 55H 并讀出讀寫(xiě)相符嗎？YN地址指針 +1N最后一單元？Error 標(biāo)志YPASS 標(biāo)志結(jié)束圖 3-2自檢程序流程圖3.3鍵盤(pán)處理、顯示模塊程序設(shè)計(jì)為了讓人機(jī)交流部分更友好， 本次設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了44 鍵盤(pán)和 8 位 LED 顯示，包括 09 數(shù)字鍵、左移位鍵、確認(rèn)鍵、報(bào)警值設(shè)定鍵、時(shí)鐘設(shè)定鍵、閥門(mén)開(kāi)啟鍵、運(yùn)行鍵等l6 鍵，現(xiàn)場(chǎng)煤氣濃度顯示和時(shí)間顯示，方便使用者進(jìn)行相應(yīng)的控17無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）制操作和了解現(xiàn)場(chǎng)相