可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng)

1、 PINGDINGSHAN UNIVERSITY 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 題題 目目: : 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng)可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 院院 ( ( 系系 ) ): : 電氣信息工程學(xué)院電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)年級專業(yè)年級: : 電氣工程及其自動化電氣工程及其自動化 2012 級專升本級專升本 姓姓 名名: : 李李 斌斌 學(xué)學(xué) 號號: : 123220121 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師: : 趙志敏趙志敏 副教授副教授 2014 年年 4 月月 08 日日原原 創(chuàng)創(chuàng) 性性 聲聲 明明本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。畢業(yè)設(shè)計(jì)中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)

2、、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究成果做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日 期： 關(guān)于畢業(yè)設(shè)計(jì)使用授權(quán)的聲明關(guān)于畢業(yè)設(shè)計(jì)使用授權(quán)的聲明本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下所完成的設(shè)計(jì)及相關(guān)的資料（包括圖紙、試驗(yàn)記錄、原始數(shù)據(jù)、實(shí)物照片、圖片、錄音帶、設(shè)計(jì)手稿等） ，知識產(chǎn)權(quán)歸屬平頂山學(xué)院。本人完全了解平頂山學(xué)院有關(guān)保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)的規(guī)定，同意學(xué)校保存或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交設(shè)計(jì)的紙質(zhì)版和電子版，允許設(shè)計(jì)被查閱和借閱；本人授權(quán)平頂山學(xué)院可以將本畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部或部

3、分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用任何復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)設(shè)計(jì)。如果發(fā)表相關(guān)成果，一定征得指導(dǎo)教師同意，且第一署名單位為平頂山學(xué)院。本人離校后使用畢業(yè)設(shè)計(jì)或與該設(shè)計(jì)直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，第一署名單位仍然為平頂山學(xué)院。論文作者簽名： 日 期： 指導(dǎo)老師簽名： 日 期： 平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng)可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng)摘摘 要要本設(shè)計(jì)主要闡述了可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，開發(fā)設(shè)計(jì)了一種基于 89C2051 的可燃?xì)怏w報(bào)警器。為了提高系統(tǒng)的靈敏度和準(zhǔn)確性，系統(tǒng)采用一種十分穩(wěn)定的半導(dǎo)體燒結(jié)型傳感器 MQ-412。該報(bào)警器對可

4、燃?xì)怏w進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，當(dāng)可燃?xì)怏w的濃度超過允許值時(shí)，控制電路進(jìn)行報(bào)警,設(shè)計(jì)的可燃?xì)怏w監(jiān)測報(bào)警器具有性能穩(wěn)定、測量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)?？梢詫?shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測可燃性氣體，并且還可以長時(shí)間可靠無誤的報(bào)警，具有很廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：報(bào)警器；傳感器； 89C2051；蜂鳴器 平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌Combustible gas detection control systemAbstractThis paper mainly expounds the combustible gas detection control system hardware and so

5、ftware design. Development and design of a 89C2051 based combustible gas alarm, in order to improve the system sensitivity and accuracy, the system adopts a very stable semiconductor sintered type sensor MQ-412. The alarm of flammable gases are controlled in real time, when the gas concentration exc

6、eeds the allowable value, the control circuit design of alarm, combustible gas monitoring alarm has the advantages of stable performance, accurate. The alarm can be real-time, accurate detection of combustible gas, and can reliably for a long time without false alarm, has very wide application prosp

7、ect.Key words: alarm; sensor; single chip 89C2051; buzzer平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌目錄目錄1 緒論.11.1 選題的背景和發(fā)展現(xiàn)狀.11.2 設(shè)計(jì)任務(wù).12 系統(tǒng)總體方案.32.1 常用的氣體傳感器探測技術(shù).32.2 氣體傳感器的基本原理和方法的比較.32.2.1 半導(dǎo)體氣體傳感器.32.2.2 電化學(xué)氣體傳感器.42.2.3 催化燃燒式氣體傳感器.42.2.4 紅外線氣體傳感器.52.2. 5 光電離型氣體傳感器（PID）.52.2.6 傳感器的選擇.62.3 方案的選擇.62.4 設(shè)計(jì)使用的氣

8、體傳感器工作原理.72.5 智能可燃?xì)怏w探測控制器系統(tǒng)工作原理.83 硬件系統(tǒng).93.1 開關(guān)電源.93.2 采樣電路.103.3 手動按鈕控制.113.4 繼電器控制電路.123.5 報(bào)警電路.123.6 LED 報(bào)警電路.133.7 故障檢測.134 元器件的選擇.154.1 電源部分.154.2 聲光報(bào)警.154.3 繼電器輸出控制電路.164.4 氣敏元件選擇.164.5 濃度采樣電路元件選擇.174.6 檢測故障元件選擇.175 軟件設(shè)計(jì).185.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖.185.2 軟件設(shè)計(jì)要求.185.3 軟件程序設(shè)計(jì).195.3.1 子程序.195.3.2 中斷.19平頂山學(xué)院 20

9、14 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌5.3.3 短暫恢復(fù)程序.206 總結(jié).20附錄.21參考文獻(xiàn).22致謝.23平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌11 緒論緒論1.1 選題的背景和發(fā)展現(xiàn)狀選題的背景和發(fā)展現(xiàn)狀可燃?xì)怏w通常是指城市煤氣、石油液化氣、汽油揮發(fā)氣體、酒精蒸發(fā)氣、天然氣以及煤礦瓦斯等。這些氣體主要含有烷類、烴類、烯類、醇類、苯類以及一氧化碳和氫氣等成分。是易燃、易爆、有毒、有害的氣體。因此。在生產(chǎn)、輸送、貯存和使用這些氣體的過程中，如違反操作規(guī)程或設(shè)備密封質(zhì)量不好，都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏現(xiàn)象，進(jìn)而釀成火災(zāi)或爆炸事故，給國家和人民的生命財(cái)

10、產(chǎn)造成極大地?fù)p失。為了防止這類事故的發(fā)生，裝設(shè)可燃?xì)怏w濃度檢測報(bào)警裝置是非常必要的， 可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，盡早采取補(bǔ)救措施。報(bào)警器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)是：基礎(chǔ)、應(yīng)用兩頭依附；技術(shù)、投資兩個(gè)密集；產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)兩大分散?；A(chǔ)、應(yīng)用兩頭依附，是指報(bào)警器技術(shù)的發(fā)展依附于敏感機(jī)理、敏感材料、工藝設(shè)備和計(jì)測技術(shù)這四塊基石。敏感機(jī)理千差萬別，敏感材料多種多樣，工藝設(shè)備各不相同，計(jì)測技術(shù)大相徑庭，沒有上述四塊基石的支撐，報(bào)警器技術(shù)難以為繼。在國家的支持下，我國的報(bào)警器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)取得了長足進(jìn)步。2005年，一種基于視頻的運(yùn)動分析監(jiān)測技術(shù)的入侵探測技術(shù)開始在我國出現(xiàn)，由于其具有使用方便、監(jiān)測面廣、設(shè)備簡單等特點(diǎn)，

11、逐漸受到市場和用戶的歡迎。國內(nèi)已經(jīng)有許多研究單位或機(jī)構(gòu)對此技術(shù)進(jìn)行了研究，并取得了很多的研究成果。學(xué)術(shù)交流方面，固定每兩年召開一次的由敏感元器件與報(bào)警器分會發(fā)起主辦的“STC全國敏感元件與報(bào)警器學(xué)術(shù)會議”已延續(xù)至今，每逢活動不但國內(nèi)學(xué)者、企業(yè)家云集且有不少其它國家的人士參加。目前，其論值組織機(jī)構(gòu)為：“全國敏感元件與報(bào)警器學(xué)術(shù)團(tuán)體聯(lián)合組織委員會” 。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌2在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，經(jīng)常使用H2、CO等多種可燃?xì)怏w。為確保生命和財(cái)產(chǎn)安全，在使用可燃?xì)怏w的場合，必須安裝可燃?xì)怏w探測報(bào)警器，以防止發(fā)生意外。本設(shè)計(jì)是在傳

12、統(tǒng)的可燃?xì)怏w報(bào)警器基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造的，因此，吸收了原產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，增添了新的功能。傳統(tǒng)的可燃?xì)怏w報(bào)警器采用分立式元件構(gòu)成，使用中剛通電時(shí)，氣敏元件處于不穩(wěn)定狀態(tài)，無論有無可燃?xì)庠炊紩l(fā)出報(bào)警聲，輸出控制頻繁操作，造成現(xiàn)場安裝調(diào)試比較麻煩。同時(shí)，因缺少對氣敏元件傳感器預(yù)熱時(shí)間的控制，缺少氣敏元件傳感器本身短路或斷路故障的檢測，缺少有明顯區(qū)別的聲、光報(bào)警，不能符合可燃?xì)怏w產(chǎn)品的新標(biāo)準(zhǔn)，必須研制新產(chǎn)品?？扇?xì)怏w探測控制系統(tǒng)就是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研制的?？扇?xì)怏w探測控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能：1、對可燃?xì)怏w進(jìn)行測量和探測可燃?xì)怏w弄蘇達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)，應(yīng)能報(bào)警。2、能設(shè)定可燃?xì)怏w濃度報(bào)警值，范圍在（125LE

13、L）查閱國家推薦標(biāo)準(zhǔn)GT/T12474-90空氣中可燃?xì)怏w爆炸極限測定方法爆炸極限大于4%LEL。3、探測器的報(bào)警動作值與可燃?xì)怏w濃度報(bào)警設(shè)定值之差不應(yīng)超過3%LEL。4、常工作：綠燈閃爍，蜂鳴器不報(bào)警。5、可燃?xì)怏w濃度超范圍報(bào)警：（1） 、在報(bào)警范圍內(nèi)，實(shí)行聲、光（紅色指示燈）報(bào)警。（2） 、從報(bào)警區(qū)移到干凈空氣區(qū)，30秒內(nèi)應(yīng)正常顯示。6、故障報(bào)警：傳感器斷路、短路時(shí)應(yīng)發(fā)出與可燃?xì)怏w濃度超范圍報(bào)警明顯區(qū)別的聲、光（黃色指示燈）報(bào)警。7、聲、光設(shè)置手動自檢功能。8、濃度超限報(bào)警時(shí)，應(yīng)能啟動輸出控制功能。 平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌32 系統(tǒng)總體方案系統(tǒng)總

14、體方案2.1 常用的氣體傳感器探測技術(shù)常用的氣體傳感器探測技術(shù)目前，有多種不同的技術(shù)可用于檢測氣體。國外從30年代開始研究開發(fā)氣體傳感器。過去氣體傳感器主要用于煤氣、液化石油氣、天然氣以及礦井中的瓦斯氣體的檢測與報(bào)警，目前需要檢測的氣體種類由原來的還原性氣體(H2， C4H10， CH4等)擴(kuò)展到毒性氣體(CO，NO2， H2S， NO， NH3， PH3等)。氣體傳感器種類繁多，從原理上可以分為三大類：(1) 利用物理化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器:如半導(dǎo)體、催化燃燒等。(2) 利用物理性質(zhì)的氣體傳感器:如熱導(dǎo)、光干涉、紅外吸收等。(3) 利用電化學(xué)性質(zhì)的氣體傳感器:如電流型、電勢型等。2.2 氣體傳

15、感器的基本原理和方法的比較氣體傳感器的基本原理和方法的比較2.2.1 半導(dǎo)體氣體傳感器半導(dǎo)體氣體傳感器半導(dǎo)體氣體傳感器是采用金屬氧化物或金屬半導(dǎo)體氧化物材料做成的元件，利用待測氣體與半導(dǎo)體表面接觸時(shí)，發(fā)生氧化和還原反應(yīng)而導(dǎo)致的以載流子運(yùn)動為特征的電導(dǎo)率或伏安特性變化來檢測氣體的。由于傳感器成品在不同溫度范圍內(nèi)顯示出不同的氣體反應(yīng)特性，因此傳感器采用的加熱元件來調(diào)節(jié)溫度，該加熱器有專用電路進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。半導(dǎo)體氣敏元件有N型和P型之分。N型在檢測時(shí)阻值隨氣體濃度的增大而減小，P型阻值隨氣體濃度的增大而增大。SnO2屬于N型半導(dǎo)體，在200300它吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，使半導(dǎo)體中的電

16、子密度減小，從而使其電阻值增加。當(dāng)遇到能提供電子的可燃?xì)怏w時(shí)，原來吸附的氧脫附，而由可燃?xì)怏w以正離子狀態(tài)吸附在金屬氧化物半導(dǎo)體表面。氧脫附放出電子，可燃?xì)怏w以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使氧化物半導(dǎo)體帶電子密度增加，阻值下降。可燃性氣體不存在了，金屬氧化物半導(dǎo)體又會自動回復(fù)氧的負(fù)離子吸附，使電阻值平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌4升高到初始值狀態(tài)。半導(dǎo)體型氣體傳感器反應(yīng)十分靈敏，價(jià)格便宜，應(yīng)用電路簡單；能夠檢測的氣體范圍非常廣，可用于檢測150多種不同的氣體；預(yù)期壽命很長，通?？蛇_(dá)十年或以上；既能夠檢測低濃度ppm水平的氣體，也能夠檢測高濃度的氣體。缺點(diǎn)是

17、易于受到干擾氣體的影響，易于受到環(huán)境溫度、濕度的影響，需進(jìn)行溫濕度補(bǔ)償；選擇性比較差。傳感器的輸出非線性，因此標(biāo)定比較困難。2.2.2 電化學(xué)氣體傳感器電化學(xué)氣體傳感器 最早的電化學(xué)氣體傳感器可以追溯到20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)用于氧氣檢測。電化學(xué)氣體傳感器通過與目標(biāo)氣體發(fā)生反應(yīng)并生產(chǎn)與氣體濃度成正比的電信號來工作的。典型的化學(xué)傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，兩者之間由一個(gè)薄電解層隔開，氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后是憎水屏障，最終到達(dá)電極表面。穿過屏障擴(kuò)散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可以采用氧化機(jī)理或還原機(jī)理，這些反應(yīng)由針對目標(biāo)氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化。

18、通過電極間連接的電阻器，與電氣濃度成正比的電流會在正極與負(fù)極間流動，測量該電流即可確定氣體濃度。由于該過程中會產(chǎn)生電流，電化傳感器又常被稱為電流氣體傳感器或微型燃料電池。參考電極的作用是為了保持傳感電極上的固定電壓值，為改善傳感器性能。電化學(xué)傳感器通常對目標(biāo)氣體具有較高的選擇性，對氣體的響應(yīng)迅速，對工作電源的要求很低，在可用的所有氣體監(jiān)測傳感器類型中，它的功耗是最低的，且不受潮濕影響。但是，電化學(xué)傳感器只適用于監(jiān)測低濃度ppm范圍，除應(yīng)用于氧氣外，一般用于有毒氣體的監(jiān)測。其預(yù)期壽命為一至三年，可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)壽命。電化學(xué)傳感器更換的費(fèi)用很高，尤其是在使用的儀器數(shù)量很多時(shí)。2.2.3 催化燃燒

19、式氣體傳感器催化燃燒式氣體傳感器此類傳感器主要用于檢測可燃?xì)怏w，對不燃燒氣體不敏感，但其具有光譜特性，它們的使用已有50年以上的歷史。最初這類傳感器用于監(jiān)控采礦場中的氣體，在此之前采礦廠都是使用金絲雀來監(jiān)測可燃?xì)怏w。催化燃燒式傳感器采用惠斯通平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌5電橋原理。催化燃燒式氣體傳感器是利用催化燃燒的熱效應(yīng)原理，由檢測元件和補(bǔ)償元件配對構(gòu)成測量電橋，在一定溫度條件下，可燃?xì)怏w在檢測元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生無焰燃燒，載體溫度就升高，通過它內(nèi)部的鉑絲電阻也相應(yīng)升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個(gè)與可燃?xì)怏w濃度成正比的電信號。通過測量鉑

20、絲的電阻變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。主要用于可燃性氣體的檢測，具有輸出信號線性好，指數(shù)可靠，價(jià)格便宜，不會與其他非可燃性氣體發(fā)生交叉感染。催化燃燒傳感器穩(wěn)定、可靠、精確、耐用，并具有很長的使用壽命，輸出呈線性，相對較為便宜。但其敏感性會隨時(shí)間而減弱；當(dāng)暴露于過高濃度、過高熱量及在傳感器表面發(fā)生各種氧化反應(yīng)時(shí)，傳感器最終可能發(fā)生退化，有時(shí)會改變傳感器的零點(diǎn)和跨距偏移；催化劑中毒會導(dǎo)致傳感器喪失敏感性并最終對目標(biāo)氣體完全無反應(yīng)；催化傳感器會燃燒所檢測的氣體，因此傳感器材料會在反應(yīng)過程中被消耗和更改，最終導(dǎo)致傳感器燒毀。電化學(xué)和催化燃燒傳感器需要定期標(biāo)定，通常為三個(gè)月一次；傳感器在使用1到3

21、年后通常需要等換。2.2.4 紅外線氣體傳感器紅外線氣體傳感器紅外氣體傳感器是紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)出來的物理效應(yīng)來工作的，可以將電磁輻射能量或溫度變化轉(zhuǎn)化為電信號。由于氣體分子對紅外區(qū)的吸收與選擇均是唯一的，利用氣體分子的吸收特性可以確定氣體分子，并存檔以供氣體分析和鑒定之用。然后可以將這些曲線庫存入儀器內(nèi)的存儲器中。當(dāng)儀器掃描到給定氣體時(shí)，會將掃描產(chǎn)生的曲線與儲存的曲線進(jìn)行比較以鑒定飛氣體分子。紅外檢測器有多種類型，每種類型的檢測器均具有不通的特性。紅外式傳感器是目前為止最精確的氣體探測技術(shù)，反應(yīng)靈敏，壽命至少4年，后期維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他技術(shù)。但是，

22、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，能夠檢測的氣體范圍有限，且需定期進(jìn)行標(biāo)定。2.2. 5 光電離型氣體傳感器（光電離型氣體傳感器（PID）光電離型氣體傳感器由紫外燈光源和離子室等主要部分構(gòu)成，在離子室有正平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌6負(fù)電極，形成電場。待測氣體分子受到紫外光輻射而電離，生成正負(fù)離子，在電極間形成電流，經(jīng)放大輸出信號。光電離技術(shù)具有靈敏度高、無中毒問題、安全可靠、不會受到高濃度氣體的傷害等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是選擇性差，需要經(jīng)常標(biāo)定以確保準(zhǔn)確性。2.2.6 傳感器的選擇傳感器的選擇經(jīng)果對比上述可燃?xì)怏w傳感器的應(yīng)用特性，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體可燃?xì)怏w傳感器的優(yōu)點(diǎn)更加突出：靈敏度高、

23、響應(yīng)快、抗干擾性好、使用方便、價(jià)格便宜，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護(hù)成本較低等。因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體可燃?xì)怏w傳感器作為報(bào)警器可燃?xì)怏w信息采集部分核心的。本設(shè)計(jì)根據(jù)要求及成本考慮采用半導(dǎo)體燒結(jié)型SnO2和Fe2O3氣敏傳感器。2.3 方案的選擇方案的選擇1.方案一由于可燃?xì)獗O(jiān)測報(bào)警器主要包括模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入模塊、主處理模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊等部分。主要做以下設(shè)計(jì)：(1) A/D轉(zhuǎn)換器控制程序，要控制A/D轉(zhuǎn)換器能按照要求的時(shí)間分別對可燃?xì)獗O(jiān)測傳感器測得的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換并傳送給單片機(jī)。(2) 數(shù)碼管與單片機(jī)的接口電路控制程序，用數(shù)碼管顯示測得的濃度值。(3) 發(fā)光二極管，蜂鳴器的控制程序

24、，當(dāng)超過設(shè)定濃度，進(jìn)行聲光報(bào)警.(4) 電路正常工作時(shí)綠燈閃爍。分析：此設(shè)計(jì)比較全面、完善，而且電路簡單實(shí)用，設(shè)計(jì)到的模塊比較簡單，利用高靈敏度的傳感器。但是設(shè)計(jì)成本比較高實(shí)現(xiàn)的功能比較少。2.方案二鑒于此系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，提出如下方案并進(jìn)行分析。采用單個(gè)傳感器檢測可燃?xì)怏w濃度，將檢測到的濃度結(jié)果通過濃度采集電路轉(zhuǎn)化成電壓信號，若電壓超過一定的限度，報(bào)警電路啟動，利用MCS-51單片機(jī)平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌7控制聲音報(bào)警。分析：此設(shè)計(jì)十分簡單，也十分實(shí)用。但是對可燃?xì)怏w濃度的采集不是很精確，只是符合生活必須。3.方案三以MCS-51系列單片機(jī)AT8

25、9C2051為核心，不通過A/D轉(zhuǎn)換器，采用一般的整流放大，采樣等電路直接與單片機(jī)相連，設(shè)計(jì)思想簡單，可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng)主要功能以及技術(shù)要求包括：（1）對可燃?xì)怏w進(jìn)行檢測，可燃?xì)怏w濃度達(dá)到報(bào)警設(shè)定值時(shí)，應(yīng)能報(bào)警。（2）能設(shè)定可燃?xì)怏w濃度報(bào)警值，范圍在1%-25%。（3）探測器的報(bào)警動作值與可燃?xì)怏w濃度報(bào)警設(shè)定值之差不應(yīng)超過3%LEL（4）正常工作：綠燈閃爍，蜂鳴器不報(bào)警。（5）可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)范圍報(bào)警應(yīng)滿足如下條件：在報(bào)警范圍內(nèi)，實(shí)行聲、光（紅色指示燈）報(bào)警。從報(bào)警區(qū)移到干凈空氣區(qū)，30秒內(nèi)應(yīng)正常顯示。（6）故障報(bào)警：傳感器斷路、短路時(shí)應(yīng)發(fā)出與可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)時(shí)有明顯區(qū)別的聲、光（黃色指示燈

26、）報(bào)警。（7）聲、光設(shè)置手動自檢功能。（8）濃度超限報(bào)警時(shí)，應(yīng)能啟動輸出控制功能。分析：此設(shè)計(jì)的電路功能齊全，本著設(shè)計(jì)簡單、調(diào)試方便、安裝靈活、安全可靠，節(jié)約成本的原則，完成該設(shè)計(jì)。根據(jù)以上的對比，方案三設(shè)計(jì)思想簡單，節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)，因此選擇此方案。2.4 設(shè)計(jì)使用的氣體傳感器工作原理設(shè)計(jì)使用的氣體傳感器工作原理目前，使用最廣泛的是燒結(jié)型SnO2和Fe2O3氣敏傳感器。燒結(jié)時(shí)埋下加熱絲和測定電極制成管芯。工作時(shí)，加熱絲通電加熱，測量絲用于測量器件的阻值。使用該氣敏元件測量氣體成分含量的原理是：平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌8當(dāng)被測可燃?xì)怏w通過氣敏元件的表面時(shí)

27、，會發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)（無焰燃燒） ，燃燒后的SnO2等金屬氧化物中的氧與還原性氣體結(jié)合，使金屬氧化物的阻值發(fā)生變化，而且其大小與被測氣體濃度成一定比例。通過測量這一變化，就可知空氣中可燃性氣體濃度的大小。本設(shè)計(jì)是基于可燃性氣體傳感器的單片機(jī)檢測和控制。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇可燃?xì)怏w氣敏元件MQ-412作為本設(shè)計(jì)用氣體傳感器，可檢測天然氣、煤氣、液化氣、氫氣等多種可燃性氣體。該傳感器具有長期的穩(wěn)定性，對可燃性氣體有較高的靈敏度、良好的抗溫性、良好的重復(fù)性；測量范圍寬，為10010000PPM；對可燃性氣體響應(yīng)時(shí)間10秒，從可燃性氣體區(qū)移到潔凈區(qū)域恢復(fù)時(shí)間30秒；加熱電壓為5V，測量電壓范圍為510V；

28、在潔凈空氣中的測量電阻大于50K；測量可燃性氣體濃度和測量端電阻成線形變化。傳感器結(jié)構(gòu)和測量電路如圖1所示，Vb為加熱電壓，Va為測量電壓。圖 2-1 傳感器結(jié)構(gòu)和測量電路圖2.5 智能可燃?xì)怏w探測控制器系統(tǒng)工作原理智能可燃?xì)怏w探測控制器系統(tǒng)工作原理根據(jù)可燃性氣體傳感器工作原理，按照傳感器測量電路圖，將可燃性氣體濃度轉(zhuǎn)換為電壓信號，供濃度采樣電路和報(bào)警電路使用。根據(jù)本設(shè)計(jì)檢測要求，考慮經(jīng)濟(jì)因素，不采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，而采用可燃?xì)怏w濃度測量值與可燃?xì)怏w濃度超范圍的電壓設(shè)定值進(jìn)行比較的方法。潔凈空氣中可燃性氣體傳感器測量電阻大于50K，在可燃性氣體濃度中可燃性氣體傳感器測量電阻變化較大，其值可變至幾

29、K。因而，在測量電壓為+5V時(shí)，可燃性氣體傳感器測量輸出電壓也可從0.3V變化到4.5V以上。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，實(shí)際測量的可燃性氣體濃度電壓范圍在0.3V3.5V之間，平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌9考慮余量，設(shè)計(jì)可燃性氣體的濃度電壓范圍限制在0.3V4.0V之間。設(shè)計(jì)中，采用運(yùn)算放大器作為可燃性氣體濃度測量值和設(shè)定可燃性氣體超限濃度電壓基準(zhǔn)的比較器，比較器輸出連到單片機(jī)的輸入端?？扇夹詺怏w傳感器測量電壓為+5V時(shí)，設(shè)定可燃性氣體濃度超限電壓基準(zhǔn)范圍在0.3V4.0V之間。若可燃性氣體濃度大于電壓設(shè)定值時(shí)，則單片機(jī)檢測到氣敏元件有濃度超限發(fā)生，單片機(jī)發(fā)出聲、

30、光報(bào)警，關(guān)閉氣源閥門。在進(jìn)行氣敏元件斷路故障檢測時(shí)，可燃性氣體傳感器輸出端電壓接近0V，為低電平；氣敏元件短路的故障檢測時(shí)，可燃性氣體傳感器輸出端電壓接近+5V，為高電平。因此，采用運(yùn)算放大器作為可燃性氣體輸出和故障設(shè)定電壓值的電壓比較器。短路比較器的電壓基準(zhǔn)值設(shè)定為+0.3V，斷路比較器的電壓基準(zhǔn)值設(shè)定為+4.9V，比較器輸出連到單片機(jī)的輸入端。當(dāng)單片機(jī)檢測到氣敏元件有故障發(fā)生時(shí)，發(fā)出故障聲、光報(bào)警。此處聲、光報(bào)警與可燃性氣體濃度超范圍報(bào)警有明顯區(qū)別。手動自檢功能通過不互鎖按鈕實(shí)現(xiàn)，常開按鈕輸出連到單片機(jī)的輸入端，通過檢測常開按鈕的電平變化來檢測按鈕的閉合和松開。因?yàn)檩敵隹刂撇活l繁操作，所以

31、選擇繼電器輸出控制電磁閥來實(shí)現(xiàn)氣源閥門的關(guān)閉，從而達(dá)到確保生命和財(cái)產(chǎn)安全的目的。3 硬件硬件系統(tǒng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要有交流電源開關(guān)電路、電源整流電源穩(wěn)壓等組成。交流電源通過濾波電路濾波及穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，給傳感器采樣電路提供穩(wěn)定的采樣電壓，然后把濃度比較及故障比較的信號送入單片機(jī)，通過單片機(jī)這個(gè)大腦然后控制聲光報(bào)警。平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌10交流電源220V單片機(jī)開關(guān)電路整流濾波電路故障比較聲光報(bào)警電路電磁閥濃度比較傳感器采樣電路輸出控制穩(wěn)壓電路圖 3-1 系統(tǒng)硬件連接框圖3.1 開關(guān)電源開關(guān)電源由于本設(shè)計(jì)要求體積小，功率不大，考慮重量及抗干擾因素，電源設(shè)計(jì)

32、采用普通自激式開關(guān)電源，單電源+5V供電。由L1、R1R7、V1V2、C1C5、T等組成開關(guān)電路， 并由二極管D1、C6、C18構(gòu)成整流濾波電路，最后經(jīng)過LM7805穩(wěn)壓和電容濾波，輸出+5V電壓。如圖3-2所示。+L1交流電源Y1D8D10D7D9C4C5R1V1R4C1D4R6V2DB3R2R5C3R3D5C2R7D1LM7805T5432167C6C18GNDY1C11+5VVIN圖 3-2 開關(guān)電路平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌113.2 采樣電路采樣電路采用MQ-412型半導(dǎo)體氣敏元件，作為可燃?xì)怏w濃度測量的傳感器。從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，加熱電壓、傳感器

33、回路電壓均有+5V電壓供給。測量電路由二極管D2、半導(dǎo)體氣敏元件M1、電位器RW、R14、R15、R19、C14、C15等元件組成。二極管D2起一個(gè)降壓和測量隔離作用?？扇?xì)怏w濃度的電壓比較值，利用的是電壓疊加的原理。+5V電壓經(jīng)R14、R15、R19、RW分壓后，疊加可燃?xì)怏w傳感器輸出的電壓一起提供給比較器3腳。調(diào)節(jié)電位器RW可以調(diào)節(jié)電壓的初始值，從而達(dá)到改變可燃?xì)怏w濃度的設(shè)定值。在潔凈空氣中保證比較器3腳的電壓值為0.3V左右。比較器2腳為比較電壓的基準(zhǔn)。由R16、RT、R17、R18分壓提供，C13起穩(wěn)定工作點(diǎn)電壓的作用。該標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓為2.2V。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度增大時(shí)，氣敏元件的阻值變小

34、，運(yùn)放U3A輸入端3腳的電壓升高，與2腳電壓進(jìn)行比較，其結(jié)果由U3A 1腳輸出。R14、R15對小信號進(jìn)行整形、放大。U3B、R16R18、RT、C13對放大信號進(jìn)行比較。大于比較電壓，輸出+5V電壓，為高電平；小于比較電壓，輸出低電平。輸出連接到單片機(jī)的輸入腳，供單片機(jī)判斷。單片機(jī)輸入腳等于高電平，可燃?xì)怏w濃度不超范圍；等于低電平，可燃?xì)怏w濃度超范圍，發(fā)出濃度超限聲、光報(bào)警，關(guān)閉氣源閥門。+-+-U3BP3.7TL06256R14R15U3A1432C13R18C14+R16RTM1465213D2C15R17R19故障檢測RW+5V平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系

35、統(tǒng) 李斌12圖 3-3 濃度采樣電路3.3 手動按鈕控制手動按鈕控制如圖3-4所示：由不互鎖按鈕K、R9、C17構(gòu)成。在可燃?xì)怏w濃度測量正常范圍內(nèi)，按一下，自檢可燃?xì)怏w濃度超范圍故障，發(fā)出聲、光報(bào)警，關(guān)閉氣源閥門。再按一下，自檢恢復(fù)正常綠燈閃爍。長時(shí)間按住3秒鐘，自檢發(fā)光二極管和蜂鳴器工作狀態(tài)，不關(guān)閉氣源閥門：（1）正常顯示，綠燈閃爍，計(jì)時(shí)5秒。（2）可燃?xì)怏w濃度超范圍發(fā)出聲光報(bào)警計(jì)時(shí)5秒。（3）氣敏元件斷路和短路故障發(fā)出聲、光報(bào)警，計(jì)時(shí)5秒 C17R9P3.4641532+5VK圖 3-4 手動按鈕控制3.4 繼電器控制電路繼電器控制電路繼電器輸出電路由V3、V4、D6、R11、R13和繼電

36、器組成。當(dāng)檢測可燃?xì)怏w濃度大于濃度設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)對應(yīng)引腳輸出低電平，三極管V3、V4導(dǎo)通，繼電器吸合，1、3腳連通，+8V電壓加到電磁閥兩端，電磁閥動作，關(guān)閉氣源。二極管D6起續(xù)流作用，保護(hù)三極管不被繼電器反電勢擊穿。二極管D11起續(xù)流作用。 平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌13控制電磁閥D1121345K1V3D65VR13R11V4來自單片機(jī)輸出來自電源整流輸出圖 3-5 繼電器控制電路3.5 報(bào)警電路報(bào)警電路報(bào)警電路由R12、V5、S2組成。三極管V5工作在飽和狀態(tài)，起功率放大作用。當(dāng)可燃?xì)怏w濃度小于濃度設(shè)定值（正常工作）時(shí)，單片機(jī)對應(yīng)引腳輸出高電平，

37、不報(bào)警；當(dāng)檢測可燃?xì)怏w濃度大于濃度設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)對應(yīng)引腳輸出低電平，三極管V5導(dǎo)通，執(zhí)行報(bào)警。當(dāng)氣敏元件發(fā)生短路或斷路故障時(shí)，單片機(jī)對應(yīng)引腳輸出低電平，三極管V5導(dǎo)通，發(fā)出故障報(bào)警。濃度超限報(bào)警和故障報(bào)警兩種報(bào)警聲有明顯區(qū)別，分別由單片機(jī)程序設(shè)定。圖 3-6 報(bào)警電路圖3.6 LED 報(bào)警電路報(bào)警電路由于對發(fā)光顏色有不同要求，所以選擇LED雙色（紅、綠）共陽極發(fā)光二極管作為光源。綠色指示燈閃爍點(diǎn)亮，表明智能可燃?xì)怏w探測控制器正常工作。檢測可燃?xì)怏w濃度大于濃度設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)對應(yīng)引腳輸出低電平，紅燈常亮，發(fā)出聲、光報(bào)警。當(dāng)氣敏元件發(fā)生短路或斷路故障時(shí)，單片機(jī)對應(yīng)引腳全部輸出低電平，黃燈（紅燈和

38、綠燈合成）常亮，發(fā)出有明顯區(qū)別的聲、光報(bào)警。來自單片機(jī)輸出R12+5V5VS2平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌14圖 3-7 光報(bào)警電路3.7 故障檢測故障檢測氣敏元件發(fā)生短路時(shí)，氣敏元件輸出直接連到+5V,為高電平。氣敏元件發(fā)生斷路時(shí)，氣敏元件輸出接近0V，為低電平。而正常工作及可燃?xì)怏w濃度超過濃度設(shè)定值的氣敏元件輸出范圍為(0.3V4.0V)。所以設(shè)定氣敏元件短路的基準(zhǔn)。電壓值為4.9V，設(shè)定氣敏元件斷路的基準(zhǔn)電壓值為0.3V。氣敏元件輸出小于0.3V，為氣敏元件斷路故障。氣敏元件輸出大于4.9V，為氣敏元件短路故障。由電阻R20R21 、R23R24、雙

39、運(yùn)放U4構(gòu)成故障檢測電路。+-+-5V5V接受單片機(jī)輸入接受單片機(jī)輸入8324U4AU4BR211k斷路檢測斷路檢測756TL062接故障檢測R2010kR2410kR23圖 3-8 故障檢測電路表 3-1 工作過程類型指示燈繼電器蜂鳴器5VR24R10R25來自單片機(jī)輸出來自單片機(jī)輸出來自單片機(jī)輸出紅燈綠燈黃燈平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌154 元器件的選擇元器件的選擇4.1 電源部分電源部分本設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)的可燃?xì)怏w報(bào)警器基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)革新的，因此采用原有的開關(guān)電源。本設(shè)計(jì)單片機(jī)部分負(fù)載電流約100毫安，氣敏元件負(fù)載電流約150毫安，LM7805輸入電壓

40、為+8V，考慮余量，設(shè)總的工作電流為300毫安，則總的功率約3W，LM7805的功耗為（300毫安3V）1W。因此，LM7805必須加散熱器。開關(guān)電源以效率高、電壓適應(yīng)范圍寬而得到廣泛應(yīng)用。開關(guān)電源的穩(wěn)壓原理均采用脈沖調(diào)寬式的穩(wěn)壓方式，即通過自動改變開關(guān)功率管的關(guān)閉和導(dǎo)通時(shí)間的比例，或通過改變振蕩器輸出脈沖的占空比來達(dá)到穩(wěn)壓的目的。本設(shè)計(jì)采用原設(shè)計(jì)中成熟的開關(guān)電源電路。電路中加入了吸收電路（由電容和二極管并聯(lián)組成） 、電感、壓敏電阻等以提高電源的抗干擾和耐沖擊性能。電路中，整流二極管流過的電流約300毫安，直流電壓約300V，整個(gè)開關(guān)電路工作頻率只有幾十KHz，本著經(jīng)濟(jì)的原則，選用市場上通用的

41、IN4007整流二極管、開關(guān)功率管E13003等元器件。觸發(fā)二極管選用DB3?？紤]功耗，R3、R4、R6、R7選用0.5W的電阻，其余電阻選用0.25W。正常工作綠燈閃爍不動作不報(bào)警短路與斷路故障黃燈常亮不動作急促報(bào)警濃度超限紅燈常亮動作緩慢報(bào)警按自檢按鈕單數(shù)紅燈常亮動作緩慢報(bào)警按自檢按鈕雙數(shù)綠燈閃爍不動作不報(bào)警長按 3 秒鐘自檢：綠燈閃爍 5 秒紅燈常亮 5 秒黃燈常亮 5 秒不動作不報(bào)警緩慢報(bào)警急促報(bào)警平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌16主要器件的選擇：整流二極管：1N4007（1A/1000V） ； 開關(guān)功率管：E13003（3A/1000V） 。觸發(fā)二

42、極管：DB3； C1、C2電容：CBB-400-100N-I：電容其濾波作用。4.2 聲光報(bào)警聲光報(bào)警單片機(jī)AT89C2051的P1口、P3口低電平時(shí)的吸收電流可達(dá)20mA，不需要外接驅(qū)動電路，可直接驅(qū)動發(fā)光二極管。所以選用LED雙色（紅、綠）共陽極發(fā)光二極管BT311057，經(jīng)限流電阻直接連到單片機(jī)引腳。單片機(jī)高電平時(shí)，發(fā)光二極管不亮；低電平時(shí)點(diǎn)亮發(fā)光二極管。發(fā)光二極管的發(fā)光亮度強(qiáng)弱由流過它的電流決定，通常2mA以上就能保證發(fā)光二極管可靠發(fā)光，它的正常工作電流為810mA，發(fā)光二極管的壓降為1.5V。所以，選擇發(fā)光二極管的正常工作電流為10mA，則它的限流電阻可由以下公式計(jì)算：RL=（5-1

43、.5）V/10mA=350，取限流電阻為360。蜂鳴器用來作為報(bào)警指示，選用直流型FM12-5V型號。蜂鳴器工作電壓為+5V，工作電流在20mA以上。單片機(jī)的驅(qū)動電流不夠，不能直接驅(qū)動，必須外接功率驅(qū)動。因此，選用PNP型三極管9012作為蜂鳴器的功率驅(qū)動，與基極相連的電阻取2K阻值，保證三極管工作在飽和狀態(tài)。4.3 繼電器輸出控制電路繼電器輸出控制電路繼電器是感性元件，驅(qū)動電流較大，單片機(jī)不能直接驅(qū)動，必須經(jīng)過電路的轉(zhuǎn)換。繼電器選用 SRS-05DC-SL 型號，用直流+5V 供電。三極管選用常用的 PNP型 9012、NPN 型 9013 作為繼電器的功率開關(guān)。繼電器的常開觸電一端接 78

44、05 穩(wěn)壓電源的輸入端+8V，另一端接電磁閥。單片機(jī)對應(yīng)引腳輸出低電平，三極管V3、V4 導(dǎo)通，繼電器常開觸點(diǎn)吸合，供給外界電磁閥直流+8V 電壓。接著，電磁閥動作，電磁閥常開觸點(diǎn)閉合，關(guān)閉氣源。二極管 D6 選用 IN4007 型號，在電路中起續(xù)流作用，保護(hù)三極管不被繼電器反電勢擊穿。電磁閥是感性元件，驅(qū)動電流較大，電磁閥選用 ExiBIIBT3 型號，采用直流+8V 電壓供電；D11 選用IN4007 型號，在電路中起續(xù)流作用。4.4 氣敏元件選擇氣敏元件選擇目前，使用最廣泛的是燒結(jié)型SnO2和Fe2O3氣敏傳感器。燒結(jié)時(shí)埋下加熱絲平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系

45、統(tǒng) 李斌17和測定電極，制成管芯。工作時(shí)，加熱絲通電加熱，測量絲用于測量器件的阻值。加熱電壓為+5V，測量電壓范圍為（510V） 。本設(shè)計(jì)是基于可燃性氣體傳感器的單片機(jī)檢測和控制。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇可燃?xì)怏w氣敏元件MQ-412作為本設(shè)計(jì)用氣體傳感器，可檢測天然氣、煤氣、液化氣、氫氣等多種可燃性氣體。加熱電壓為+5V，通電電流為150mA，由7805輸出直接提供；測量電壓選+5V。該傳感器具有長期的穩(wěn)定性，對可燃性氣體有較高的靈敏度、良好的抗溫性、良好的重復(fù)性；測量范圍寬，為10010000PPM；對可燃性氣體響應(yīng)時(shí)間10秒，從可燃性氣體區(qū)移到潔凈區(qū)域恢復(fù)時(shí)間30秒；加熱電壓為5V，測量電壓范圍

46、為510V；在潔凈空氣中的測量電阻大于50K；測量可燃性氣體濃度和測量端電阻成線形變化。4.5 濃度采樣電路元件選擇濃度采樣電路元件選擇本設(shè)計(jì)對運(yùn)放精度要求不高，可選用雙運(yùn)放TL062作為濃度電壓比較器。測量電路由二極管D2、半導(dǎo)體氣敏元件M1、電位器RW、R14、R15、R19、C14、C15等元件組成。二極管D2起一個(gè)降壓和測量隔離作用。比較器2腳的電壓基準(zhǔn)，由+5V電壓經(jīng)R16、RT、R17、R18分壓提供，C13起穩(wěn)定工作點(diǎn)電壓的作用，RT為熱敏電阻。選擇合適的參數(shù)，使該標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓為2.2V?？扇?xì)怏w濃度的電壓比較值，利用的是電壓疊加的原理。+5V電壓經(jīng)R14、R15、R19、RW分

47、壓后，疊加可燃?xì)怏w傳感器輸出的電壓一起提供給比較器3腳。調(diào)節(jié)電位器RW可以調(diào)節(jié)電壓的初始值，從而達(dá)到改變可燃?xì)怏w濃度的設(shè)定值。在潔凈空氣中比較器3腳的電壓值為0.3V左右，在測量濃度范圍內(nèi)，比較器3腳的電壓值小于4.0V。主要器件的選擇：熱敏電阻RT：RM-12K ；電阻R16、R18：RJ-0.25-10K； 雙運(yùn)放：TL062；電阻R17：RJ-0.25-6.8K ； 電阻R19：RJ-0.25-1K； 電阻R14：RJ-0.25-2K；平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌18電容C14：16V-220uf ； 電阻R15：RJ-0.25-330K； 電位器R

48、W：W-203 ；二極管 D2：IN4007 ； 電容C13：16V-10uf。4.6 檢測故障元件選擇檢測故障元件選擇氣敏元件發(fā)生短路時(shí)，氣敏元件檢測點(diǎn)直接連到+5V，為高電平。氣敏元件發(fā)生斷路時(shí)，氣敏元件輸出接近0V，為低電平。而正常工作及可燃?xì)怏w濃度超過濃度設(shè)定值的氣敏元件輸出范圍為(0.3V4.0V)。根據(jù)這一設(shè)計(jì)要求，選擇雙運(yùn)放TL062作為短路和斷路的電壓比較器。斷路比較器基準(zhǔn)電壓為0.5V，短路比較器基準(zhǔn)電壓為4.9V。TL062 （A）作斷路比較器。2腳為基準(zhǔn)電壓輸入?；鶞?zhǔn)電壓由+5V經(jīng)電阻分壓提供，取R20為10K，R21為1K，則斷路電壓基準(zhǔn)為5/（10+1） 0.5V。3

49、腳為斷路檢測輸入點(diǎn)。TL062 （B）作短路比較器。6腳為基準(zhǔn)電壓輸入?；鶞?zhǔn)電壓由+5V經(jīng)電阻分壓提供，取R23為1K，R24為47K，則短路電壓基準(zhǔn)為5/（47+1） 474.9V。5腳為短路檢測輸入點(diǎn)。主要器件的選擇：電阻R20、R23：RJ-0.25-1K；電阻R21：RJ-0.25-10K；電阻R24：RJ-0.25-47K；雙運(yùn)放：TL062。5 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)5.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖軟件設(shè)計(jì)流程圖關(guān)電磁閥預(yù)熱結(jié)束？主程序入口程序初始化正常工作綠燈閃爍亮黃燈報(bào)警（2）亮紅燈報(bào)警（1）關(guān)電磁閥有鍵按下？綠燈閃爍關(guān)報(bào)警亮紅燈報(bào)警（1）執(zhí)行自檢程序有故障？濃度超限？按鍵調(diào)試？長按三秒？按鍵

50、單數(shù)？是單數(shù)？YYYYNNNNNYYNNYYN圖 5-1 軟件設(shè)計(jì)流程圖5.2 軟件設(shè)計(jì)要求軟件設(shè)計(jì)要求（1）氣敏元件開始工作時(shí)，在沒有遇到可燃性氣體時(shí)，其電阻值也會增加，經(jīng)過5min左右，其電阻值下降到一個(gè)穩(wěn)定值，這時(shí)才可以使用。所以，程序有一個(gè)預(yù)熱過程，預(yù)熱時(shí)間為5min。（2）按鈕檢測中采用軟件延時(shí)方法執(zhí)行按鍵的去抖動。平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌19（3）電磁閥的驅(qū)動電壓取之于開關(guān)變壓器二次側(cè)整流的輸出。采用脈沖驅(qū)動方式。脈沖時(shí)間為20ms。（4）正常工作綠燈閃爍時(shí)間定義如下：秒循環(huán)顯示。1秒鐘內(nèi)，綠燈點(diǎn)亮600ms，熄滅400ms。（5）可燃?xì)怏w

51、濃度超限：紅燈常亮。秒循環(huán)顯示。1秒鐘內(nèi)，蜂鳴器報(bào)警750ms，不報(bào)警250ms。（6）故障報(bào)警：黃燈常亮。200毫秒循環(huán)。200毫秒鐘內(nèi)蜂鳴器報(bào)警100ms，不報(bào)警100ms。5.3 軟件程序設(shè)計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)5.3.1 子程序子程序整個(gè)程序延時(shí)地方較多，因此設(shè)立10ms、200ms延時(shí)子程序DELAY10MS：MOV R7，#10 ；延時(shí)10msDELAY10_1：MOV R6，#10DELAY10_2：NOPNOPNOPDJNZ R6，DELAY10_2DJNZ R7，DELAY10_1RETDELAY200MS：MOV R7，#200 ；延時(shí)200msDELAY4_1：MOV R6，#2

52、00DELAY4_2：NOPNOPNOPDJNZ R6，DELAY4_2DJNZ R7，DELAY4_1RET平頂山學(xué)院 2014 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可燃?xì)怏w探測控制系統(tǒng) 李斌205.3.2 中斷中斷程序選用了一個(gè)T0定時(shí)中斷。中斷一次定時(shí)時(shí)間為5毫秒。設(shè)計(jì)中斷是為了保證計(jì)時(shí)的精確。定時(shí)中斷中對計(jì)時(shí)的誤差進(jìn)行了修正，修正程序如下：CLR TR0MOV A，TL0ADD A，#80HMOV TL0，AMOV A，TH0ADDC A，#0ECHMOV TH0，ASETB TR05.3.3 短暫恢復(fù)程序短暫恢復(fù)程序程序中設(shè)計(jì)了短暫斷電（電網(wǎng)干擾）恢復(fù)程序，保證短暫斷電后程序能正常運(yùn)行。掉電判斷利用了單片機(jī)內(nèi)部的RAM單元。在程序開始運(yùn)行時(shí)，預(yù)置一些數(shù)據(jù)，只要單片機(jī)不斷電，該數(shù)據(jù)不會改變；短時(shí)間斷電（單片機(jī)電壓仍存在） ，該數(shù)據(jù)也不會改變。只有真正斷電后再重新運(yùn)行程序時(shí)，斷電保護(hù)單元數(shù)據(jù)處于不確定狀態(tài)，與設(shè)定值不符，程序才從頭運(yùn)行。6 總結(jié)總結(jié)隨著燃?xì)馐褂寐什粩嘣黾?，對于燃?xì)庑孤┑臋z測越來越引起大家的重視，在探測系統(tǒng)可根據(jù)可燃?xì)怏w檢測濃度驚醒聲光報(bào)警，并控制相應(yīng)設(shè)備驚醒工作，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)，是城市燃?xì)夤こ讨兴匦璧漠a(chǎn)品，所以說未來可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)會有更大的發(fā)展空間。本設(shè)計(jì)采用可燃?xì)怏w濃度測量值與可燃?xì)怏w濃度超范圍的電壓設(shè)定值進(jìn)行比較