基于a89s52單片機的天然氣報警系統(tǒng)設計

基于a89s52單片機的天然氣報警系統(tǒng)設計

1天然氣泄漏報警系統(tǒng)天然氣在能源國家的能源消耗結構中所占比例較大。這是非常方便的，改善了我們的生活環(huán)境，但也帶來了一些安全隱患。天然氣中主要成分是一氧化碳,一氧化碳是一種易爆、無色無味劇毒的可燃性氣體,其在使用中,若管道和閥門密封不好,導致泄露,輕者引起中毒,重者引起火災,造成安全事故。天然氣泄漏報警系統(tǒng)被廣泛的應用于各個領域,如石油化工企業(yè)、石油運輸管線、城市自來水地下管線、鍋爐爐管、發(fā)動機箱體、缸蓋等各種領域。報警系統(tǒng)主要針對室內天然氣中主要成份一氧化碳進行監(jiān)控,以單片機為主控核心,MQ-7傳感器為傳感元件,液晶顯示結果,是一集數(shù)據(jù)采集處理、對象控制、結果顯示等功能于一體的報警系統(tǒng)。2氧化碳檢測電路系統(tǒng)功能:將被測氣體中有害氣體(一氧化碳)的濃度檢測出來,由液晶顯示出被測氣體濃度值,同時被測氣體濃度達到預設值時,系統(tǒng)產生聲光報警。報警系統(tǒng)主要包括:AT89S52單片機主控電路、一氧化碳濃度采集電路、A/D轉換電路、液晶顯示電路、報警電路,光電隔離電路等。其工作流程為:由MQ-7傳感器采集一氧化碳氣體濃度的信號,經過溫度補償和放大處理后,送入A/D轉換,再由單片機進行數(shù)據(jù)處理,得到一氧化碳濃度值,并由液晶LCD顯示并保存,同時判斷一氧化碳濃度是否超出系統(tǒng)預設值,如果超出微控制器立即向光隔離接口發(fā)送指令,由執(zhí)行機構繼電器產生動作,使排氣扇打開,如果再超出極限值,繼電器切斷閥門,并開始進入危險期計時,計時超過預置時間如果一氧化碳濃度還高,系統(tǒng)啟動發(fā)出聲光報警,提示室內人員立即關閉氣源、打開門窗,并撤離事故現(xiàn)場。3系統(tǒng)硬件設計3.1時鐘脈沖的電路設計系統(tǒng)采用AT89S52單片機為主控核心,圖2為AT89S52單片機構成的最小系統(tǒng),其核心為AT89C52芯片、外圍由復位電路和晶振電路構成。復位電路采用按鍵復位,其由按鍵S,10μF電容和10k電阻構成,按下開關S系統(tǒng)自動復位。因為系統(tǒng)需要記錄測試發(fā)生的時間,所以需要時鐘芯片來記錄在不同時間的監(jiān)測數(shù)據(jù)。AT89S52單片機時鐘脈沖采用石英晶體構成,在AT89S52的XL1和XL2端口外接石英晶體,加電后自激振蕩產生脈沖信號,作為單片機時鐘脈沖信號。圖中電容器C1和C2穩(wěn)定頻率和快速起振,電容值在5-30pF,典型值是22pF,晶振CYS選擇的是12MHz晶振。3.2mq-7傳感器MQ-7氣敏元件由SnO2敏感層、微型Al2O3陶瓷管、加熱器和測量電極組成,采用金屬或樹脂封裝。主要參數(shù):工作溫度20℃±2℃;環(huán)境相對濕度65%±5%;探測范圍:10ppm-1000ppm;相對濕度:小于95%RH;工作電壓:Vcc=5.0V±0.1VVH(高)=5.0V±0.1VVH(低)=1.5V±0.1V。探測范圍:10ppm-1000ppm。MQ-7傳感器氣室采用活性炭過濾層可改善傳感器的選擇性。報警系統(tǒng)一氧化碳濃度的測量是關鍵,針對監(jiān)測室內一氧化碳濃度大概范圍,選用了一種專門用于一氧化碳氣體濃度檢測MQ-7傳感器,該傳感器是一種半導體氣體傳感器,采用全微電子工藝制成,其對一氧化碳響應的選擇性好,在信號采集的同時自動進行溫度補償,并具有靈敏度高,性能穩(wěn)定等特點。MQ-7傳感器為四端元件,其中2、4引腳為加熱器的電源接線端,1、3引腳為傳感器輸出端。圖3是傳感器的基本測試電路。該傳感器需要施加2個電壓:加熱器電壓(VH)和測試電壓(VC)。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。VC則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負載電阻(RL)上的電壓(VRL)。這種傳感器具有輕微的極性,VC需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下,VC和VH可以共用同一個電源電路。為更好利用傳感器的性能,需要選擇恰當?shù)腞L值。MQ-7氣體傳感器工作原理:采用高低溫循環(huán)檢測方式,低溫1.5V加熱時,檢測一氧化碳,傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳氣體濃度增加而增大,高溫(5.0V加熱)清洗低溫時吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導率的變化,轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。3.3運放控制器信號調理電路采用儀表放大器AD620,其內部結構是由OP-07組成的三運放結構,由于它的外圍電路十分簡單,由AD620構成的放大器在系統(tǒng)中如圖4所示。其基本接法是在1腳與8腳之間外接電阻RG,增益由式G=1+49.4Kù/RG確定,設計的放大器的增益控制在30-50分貝可調。3.4基于co的光柵電極保護光電隔離器具有響應速度較快、壽命長、體積小耐沖擊等好處,使其在強-弱電接口,特別是在單片機系統(tǒng)中獲得廣泛應用。其由GaAs紅外二極管與光敏三極管組成,當紅外二極管加正向電壓導通時,發(fā)射紅外光,其光譜范圍為700-1000nm,光敏三極管接收到該紅外光后導通。單片機AT89S52的P2.2、P2.3口控制著管道閥門和排氣扇的開合,當P2.2為高電平時,經反相器7404變?yōu)榈碗娖?使發(fā)光二極管發(fā)光,光敏三極管導通,進而使三極管8050導通繼電器觸點閉合,使220V驅動電源接通,使得氣源閥門關閉。同理P2.3口為高電平時,使繼電器觸點閉合,電源接通,排氣扇打開,使CO濃度降低。圖中所示電阻R1為限流電阻,二極管D的作用是保護晶體管8050。當感應電壓與VCC之和大于三極管反向擊穿電壓時,三極管易損壞,加入二極管D,繼電器線圈產生的感應電流從二極管D流過,可有效保護三極管8050。3.5lm010l通訊系統(tǒng)顯示部分采用LM016L液晶塊,其內集成有常用的指令集,并含控制器,可以實現(xiàn)字符閃爍、移動等功能,單片機與LM016L通訊可采用并行傳輸方式,本系統(tǒng)采用8位并行通訊。顯示電路如圖6,液晶LM016L的控制線RS、RW、RE連接單片機AT89C52的P2.5、P2.6、P2.7口,數(shù)據(jù)線D0-D7分別連接單片機AT89C52的P0.0-0.7口。4初始和功能6系統(tǒng)軟件以KeiluVision2為開發(fā)環(huán)境,程序采用C語言編寫,主程序流程圖如圖7,可實現(xiàn)一氧化碳濃度測量和報警功能。系統(tǒng)首先初始化、MQ-7傳感器采集的信號放大送模數(shù)轉換器、再由AT89S52單片機處理,最終由液晶LCD顯示。系統(tǒng)包括模數(shù)轉換,顯示、鍵盤、報警、顯示等子程序構成。主程序采用循環(huán)方式,順序查詢各個輸入端口和控制端口,當有信號輸入時,主程序跳至對應的子程序執(zhí)行,執(zhí)行結束又跳至主程序循環(huán)。5系統(tǒng)運行仿真完成系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計后,采用Proteus軟件對系統(tǒng)進行調試并仿真運行,可以看到虛擬的基于單片機的系統(tǒng)的運行情況,以下為仿真過程:(1)編譯結束,添加HEX文件到仿真圖中運行。(2)系統(tǒng)接下來顯示基本操作功能。(3)選擇“開始”,單擊“OK”鍵,便有下面測量選擇界面。(4)再按“OK”,則顯示檢測數(shù)據(jù),范圍0-10ppm。仿真結果如圖8所示。6煤氣報警系統(tǒng)系統(tǒng)以AT89S5