基于a89s52單片機(jī)的天然氣報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于a89s52單片機(jī)的天然氣報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)天然氣在能源國(guó)家的能源消耗結(jié)構(gòu)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(lái)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(wú)色無(wú)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(dǎo)致泄露,輕者引起中毒,重者引起火災(zāi),造成安全事故。天然氣泄漏報(bào)警系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,如石油化工企業(yè)、石油運(yùn)輸管線、城市自來(lái)水地下管線、鍋爐爐管、發(fā)動(dòng)機(jī)箱體、缸蓋等各種領(lǐng)域。報(bào)警系統(tǒng)主要針對(duì)室內(nèi)天然氣中主要成份一氧化碳進(jìn)行監(jiān)控,以單片機(jī)為主控核心,MQ-7傳感器為傳感元件,液晶顯示結(jié)果,是一集數(shù)據(jù)采集處理、對(duì)象控制、結(jié)果顯示等功能于一體的報(bào)警系統(tǒng)。2氧化碳檢測(cè)電路系統(tǒng)功能:將被測(cè)氣體中有害氣體(一氧化碳)的濃度檢測(cè)出來(lái),由液晶顯示出被測(cè)氣體濃度值,同時(shí)被測(cè)氣體濃度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí),系統(tǒng)產(chǎn)生聲光報(bào)警。報(bào)警系統(tǒng)主要包括:AT89S52單片機(jī)主控電路、一氧化碳濃度采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路、報(bào)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?xì)怏w濃度的信號(hào),經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和放大處理后,送入A/D轉(zhuǎn)換,再由單片機(jī)進(jìn)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(shí)判斷一氧化碳濃度是否超出系統(tǒng)預(yù)設(shè)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(jī)構(gòu)繼電器產(chǎn)生動(dòng)作,使排氣扇打開(kāi),如果再超出極限值,繼電器切斷閥門,并開(kāi)始進(jìn)入危險(xiǎn)期計(jì)時(shí),計(jì)時(shí)超過(guò)預(yù)置時(shí)間如果一氧化碳濃度還高,系統(tǒng)啟動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警,提示室內(nèi)人員立即關(guān)閉氣源、打開(kāi)門窗,并撤離事故現(xiàn)場(chǎng)。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1時(shí)鐘脈沖的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)為主控核心,圖2為AT89S52單片機(jī)構(gòu)成的最小系統(tǒng),其核心為AT89C52芯片、外圍由復(fù)位電路和晶振電路構(gòu)成。復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位,其由按鍵S,10μF電容和10k電阻構(gòu)成,按下開(kāi)關(guān)S系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。因?yàn)橄到y(tǒng)需要記錄測(cè)試發(fā)生的時(shí)間,所以需要時(shí)鐘芯片來(lái)記錄在不同時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。AT89S52單片機(jī)時(shí)鐘脈沖采用石英晶體構(gòu)成,在AT89S52的XL1和XL2端口外接石英晶體,加電后自激振蕩產(chǎn)生脈沖信號(hào),作為單片機(jī)時(shí)鐘脈沖信號(hào)。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(cè)量電極組成,采用金屬或樹(shù)脂封裝。主要參數(shù):工作溫度20℃±2℃;環(huán)境相對(duì)濕度65%±5%;探測(cè)范圍:10ppm-1000ppm;相對(duì)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(cè)范圍:10ppm-1000ppm。MQ-7傳感器氣室采用活性炭過(guò)濾層可改善傳感器的選擇性。報(bào)警系統(tǒng)一氧化碳濃度的測(cè)量是關(guān)鍵,針對(duì)監(jiān)測(cè)室內(nèi)一氧化碳濃度大概范圍,選用了一種專門用于一氧化碳?xì)怏w濃度檢測(cè)MQ-7傳感器,該傳感器是一種半導(dǎo)體氣體傳感器,采用全微電子工藝制成,其對(duì)一氧化碳響應(yīng)的選擇性好,在信號(hào)采集的同時(shí)自動(dòng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償,并具有靈敏度高,性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。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(cè)試電路。該傳感器需要施加2個(gè)電壓:加熱器電壓(VH)和測(cè)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(cè)定與傳感器串聯(lián)的負(fù)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(gè)電源電路。為更好利用傳感器的性能,需要選擇恰當(dāng)?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(cè)方式,低溫1.5V加熱時(shí),檢測(cè)一氧化碳,傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中一氧化碳?xì)怏w濃度增加而增大,高溫(5.0V加熱)清洗低溫時(shí)吸附的雜散氣體。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化,轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。3.3運(yùn)放控制器信號(hào)調(diào)理電路采用儀表放大器AD620,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由OP-07組成的三運(yùn)放結(jié)構(gòu),由于它的外圍電路十分簡(jiǎn)單,由AD620構(gòu)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(shè)計(jì)的放大器的增益控制在30-50分貝可調(diào)。3.4基于co的光柵電極保護(hù)光電隔離器具有響應(yīng)速度較快、壽命長(zhǎng)、體積小耐沖擊等好處,使其在強(qiáng)-弱電接口,特別是在單片機(jī)系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。其由GaAs紅外二極管與光敏三極管組成,當(dāng)紅外二極管加正向電壓導(dǎo)通時(shí),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(dǎo)通。單片機(jī)AT89S52的P2.2、P2.3口控制著管道閥門和排氣扇的開(kāi)合,當(dāng)P2.2為高電平時(shí),經(jīng)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(dǎo)通,進(jìn)而使三極管8050導(dǎo)通繼電器觸點(diǎn)閉合,使220V驅(qū)動(dòng)電源接通,使得氣源閥門關(guān)閉。同理P2.3口為高電平時(shí),使繼電器觸點(diǎn)閉合,電源接通,排氣扇打開(kāi),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(hù)晶體管8050。當(dāng)感應(yīng)電壓與VCC之和大于三極管反向擊穿電壓時(shí),三極管易損壞,加入二極管D,繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流從二極管D流過(guò),可有效保護(hù)三極管8050。3.5lm010l通訊系統(tǒng)顯示部分采用LM016L液晶塊,其內(nèi)集成有常用的指令集,并含控制器,可以實(shí)現(xiàn)字符閃爍、移動(dòng)等功能,單片機(jī)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(jī)AT89C52的P2.5、P2.6、P2.7口,數(shù)據(jù)線D0-D7分別連接單片機(jī)AT89C52的P0.0-0.7口。4初始和功能6系統(tǒng)軟件以KeiluVision2為開(kāi)發(fā)環(huán)境,程序采用C語(yǔ)言編寫,主程序流程圖如圖7,可實(shí)現(xiàn)一氧化碳濃度測(cè)量和報(bào)警功能。系統(tǒng)首先初始化、MQ-7傳感器采集的信號(hào)放大送模數(shù)轉(zhuǎn)換器、再由AT89S52單片機(jī)處理,最終由液晶LCD顯示。系統(tǒng)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換,顯示、鍵盤、報(bào)警、顯示等子程序構(gòu)成。主程序采用循環(huán)方式,順序查詢各個(gè)輸入端口和控制端口,當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí),主程序跳至對(duì)應(yīng)的子程序執(zhí)行,執(zhí)行結(jié)束又跳至主程序循環(huán)。5系統(tǒng)運(yùn)行仿真完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)后,采用Proteus軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試并仿真運(yùn)行,可以看到虛擬的基于單片機(jī)的系統(tǒng)的運(yùn)行情況,以下為仿真過(guò)程:(1)編譯結(jié)束,添加HEX文件到仿真圖中運(yùn)行。(2)系統(tǒng)接下來(lái)顯示基本操作功能。(3)選擇“開(kāi)始”,單擊“OK”鍵,便有下面測(cè)量選擇界面。(4)再按“OK”,則顯示檢測(cè)數(shù)據(jù),范圍0-10ppm。仿真結(jié)果如圖8所示。6煤氣報(bào)警系統(tǒng)系統(tǒng)以AT89S5