煤气浓度监测与报警系统学号：姓名：日期：目录第1章绪论 (1)选题的背景与意义 (1)课题研究的背景 (1)课题研究的目的与意义 (1)国内外研究的现状及发展 (1)第2章系统总体设计 (3)方案的选择 (3)方案一 (3)方案二 (3)系统总体设计 (3)系统的基本功能 (3)系统电路设计 (4)第3章硬件设计 (5)硬件选型 (5)气敏传感器的选择 (5)单片机的选择 (5)硬件电路设计 (6)复位电路的设计 (6)信号采集放大器的设计 (7)运放电路及A/D转换电路 (7)执行控制电路的设计 (8)声光报警电路的设计 (9)第4章软件设计....................................................................................错误!未定义书签。
系统流程....................................................................................错误!未定义书签。
系统总流程图.................................................................. 错误!未定义书签。
A/D转换子程序流程图...................................................错误!未定义书签。
第5章仿真结果 (13)仿真测试 (13)A/D转换模块仿真 (13)显示模块测试 (14)煤气报警系统仿真 (15)结论 (16)参考文献 (17)附录A：硬件电路总图 (18)附录B：程序清单 (19)第1章绪论选题的背景与意义课题研究的背景21世纪科学技术获得了飞速的发展，在其推动下，越来越多的可燃性气体作为能源应用于工业生产和人们的日常生活中。
然而，随着气体燃料的应用和普及，伴之而来的是气体泄漏造成的中毒、爆炸、火灾等事故，直接威胁着人民的生命和财产安全。
为了减少这类事故的发生，就必须对这些可燃性气体进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中可燃性气体的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。
而家用智能煤气报警器就是为了预防煤气泄漏的一种家用的自动报警器，也是一种高灵敏度的气体探测器，能够准确无误的检测出有没有发生气体泄漏情况。
当在空气中含有可燃、危险气体之时报警器会发出声光报警、并及时切断气源,同时还可启动排气扇将有毒气体排出室外。
课题研究的目的与意义可燃性气体检测报警装置是能够检测环境中的可燃性气体浓度并具有报警功能的仪器。
该报警装置是石油化学工业、有可能发生可燃性气体泄漏的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。
但是，一般的煤气报警器功能单一，或是必须手动复位阀门系统，性能稳定性低；而大型的监控系统又价格不菲，需要专门的技术人员来管理，不适合于中小企业和家庭。
所以，为了防止中毒事件的再次发生，提出了利用单片机系统进行有效地预防对策。
单片机能应用在很多领域，利用它完成的报警系统有很多。
使用单片机构成的计算机系统能够实现准确的采样煤气浓度，能够达到题目的设计要求。
国内外研究的现状及发展国外煤气报警器发展很快，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是由于煤气报警器市场增长受到政府安全法规的推动。
我国在70年代初期开始研制可燃性气体报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。
但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。
随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得气体检测仪器的体积也逐渐变小，提高了气体检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。
近年来，在气体选择性和产品稳定性上也有很大进步。
第2章系统总体设计方案的选择方案一方案一：采用EDA技术和单片机技术,系统所有功能的实现均有FPGA来实现，采用VHDL语言的自顶向下方式设计。
FPGA与单片机相比，一个非常明显的优势就在于它的高速性，这种方式结合了两者的优点，在按键较少的情况下采用独立式按键，由单片机控制，其消抖性能好，且能准确输出逻辑电平送给FPGA，从而确保系统稳定工作。
方案二方案二：采用单片机软件控制技术,利用MCS-51内部的定时/计数器进行中断定时，配合软件对煤气进行实时监控；从而实现其各项功能。
比较上述几种方案，方案一虽然电路结构简单、工作可靠、成本低和易于实现,但该系统功能单一,软件控制方案一整个系统设计起来需要很多时间且系统硬件资源昂贵，需要全方位地利用计算机自动设计、仿真和测试技术及编写硬件语言；方案二此系统硬件资源简洁、价格低廉，系统能将复杂的硬件功能全部采用软件实现，因此系统控制灵活，能很好地满足本课题的基本要求及其扩展要求；且能够使人在定时/计数器的使用、中断及程序设计方面得到锻炼与提高，故本次设计采用方案二。
系统总体设计系统的基本功能本系统是针对家庭监控的实际要求完成的，实现功能如下：1）、实现对煤气泄漏的实时监测。
2）、具有超限声光报警功能。
3）、根据报警状态自动关闭煤气管道电磁阀并开启排气装置。
4）、故障排除后可自动煤气管道电磁阀进行供气。
系统电路设计该电路以AT89S52单片机为核心，其工作原理是：当检测到可燃气体的浓度增大时, 气敏传感器将煤气的浓度值转换成对应的电压信号，再经过信号放大整形、滤波后，送入A/D转换器模拟输入引脚转换成相应的数字量，然后单片机再根据用户自己设定的报警浓度值进行比较,当浓度超过系统设定值的时候,单片机的端口便输出一个高电平,使得三极管导通,驱动蜂鸣器报警同时点亮发光二极管,此时,端口也输出一个高电平驱动三极管导通,使得固态继电器SSR闭合,从而启动执行电路, 即接通排气扇排掉可燃气体和关闭煤气通路。
随着周围环境中煤气浓度的下降，气敏传感器的极间电阻将逐步增大，检测信号逐渐变小,不能驱动后级电路而使其工作，此时单片机P0口输出低电平，固态继电器SSR断开，停止声音报警电路、关闭排气扇并打开煤气通路，系统又进行下一轮的实时监控。
图2-1系统的总体结构框图第3章硬件设计硬件选型气敏传感器的选择CO传感器用于探测空气中一氧化碳的浓度，它通过一个低通滤波器滤去干扰的部分，在通过放大器送入模数转换器进行模数转化。
这个时候给一氧化碳的浓度设置一个阀值400ppm，当浓度低于这个值的时候模数转化器向单片机发出的请求不会产生报警，当超过这个值的时候，向单片机发出的中断请求将会产生报警信号。
Motorola一氧化碳(CO)传感器MGS1100是一种新型的专门设计定位于家庭用途的CO气体检测器。
其结构特点是采用微电子工艺，在微型硅桥结构中嵌入的加热器上制作一层SnO2薄膜对CO气体在很宽的温度范围内都具有敏感性，且由于珪膜减少了热传导的热损失，从而大大降低了功耗。
单片机的选择本设计采用AT89S52单片机实现，AT89S52是一种低功耗、高性能的片内4 kB快闪可编程/擦除只读存储器CMOS微控制器，与MCS-51微控制器产品系列兼容，使用高密度、非易失存储技术制造。
该单片机内部资源丰富功能强大，集成了内部看门狗、双数据指针、在系统编程（串行下载目标程序）等功能，软硬件调试方便，对于毕业设计时间紧、任务多的开发来说是极为有利的。
另外，其本身较大的存储器使得本系统不需要扩展即能满足设计要求。
AT89S52具有如下特点：40个引脚，芯片封装：DIP，8k Bytes片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片内时钟振荡器。
AT89S52单片机引脚图如3-1所示：图3-1 AT89S52的引脚图硬件电路设计复位电路的设计（1）电路原理图图3-2 复位电路原理图(T2) (T2) (MOSI) (MISO) (SCK))RST (RXD) (TXD) (INTO) (INT1) (T0) (T1) (WR) (RD)XTAL2 GNDVCC (AD0) (AD1) (AD2) (AD3) (AD4) (AD5) (AD6) (AD7) EA/VPP ALE/PROG PSEN (A15) (A14) (A13) (A12) (A11) (A10) (A9) (A8)（2）复位电路作用：a.完成单片机的的作用初始化,即把系统的PC值初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。
b.当系统由于程序运行出错或操作失误使系统处于死锁状态时，可以通过复位操作重新启动单片机。
信号采集放大器的设计由于气体传感器采集的电信号一般很小，而且存在共模成分，需要经过放大器放大，之后方可进行A/D转换。
气体传感器输出的信号幅度很小，存在着不同程度的电磁干扰，因此在本设计中，放大器采用仪表放大器AD623，对来自传感器的信号经行精度放大，同时抑制共模成分提高信号质量。
AD623的主要特点是：使用一只外接电阻设置增益G，计算公式为G=1+100kΩ/R,其中G可达1000，从而给用户带来了极大的方便。
其输入共模范围很宽，允许比地电压低150mV的共模电压。
单电源供电（+～+12V）能达到最佳性能。
但双电源供电（+～+）也能够提供优良的性能：低功耗、宽电源范围和电源限输出特性非常合适电池供电的应用场所；可取代分立器件构成的仪表放大器，具有线性度优良、温度稳定性高和体积小、可靠性高等优点。
运放电路及A/D转换电路从一氧化碳传感器输出信号为差分信号，该模拟信号需要经过运放后送入A/D转换器。
本系统中运放采用了AD623仪用放大器实现，运放后信号送入A/D 转换器。
如图3-3中AIN0-AIN10为模拟输入端；/CS为片选端；DIN为串行数据输入端；DOUT为A/D转换结果的三态串行输出端；EOC为转换结束端；CLK为I/O时钟；REF+为正基准电压端；REF-为负基准电压端；VCC为电源；GND为地。
图3-3 TLC2543引脚图执行控制电路的设计(1) 电路工作原理输入信号从单片机的口接入，当输入为低电平“0”时，三极管Q1截止，SSR1、SSR2的输入端无输入开启电压，各自的输出端断开，系统不工作；当输入为高电平“1”时，三极管Q1导通，SSR1、SSR2、的输入端有输入开启电压，各自的输出端接通，即打开排气扇以及关闭煤气通路，本系统的设计达到了由一个输入端口控制多个输出端“通”、“断”的目的。