可自锁的危险气体检测与报警系统设计
摘要 ........................................................................................................................................ 1 1概述........................................................................................................................................ 2 1．1选题背景及研究意义 ........................................................................................................ 2 1-2危险气体报警检测研究现状 ......................................................................................... 3 1.3气体传感器概述 .................................................................................................... 5 2危险气体监测系统总体设计 .................................................................................................. 7 3危险气体监测系统硬件电路设计 ......................................................................................... 10 3 .1 传感器及信号调理的工作电压 ................................................................................ 11 3. 2检测电路的设计及危险气体的信号电路 .................................................................. 12 3 .3控制器的选择及电路设计 ......................................................................................... 13 3 .4 液晶LCD1602显示器的电路设计............................................................................. 13 3.5 A/D TLC 549模数转换电路 ..................................................................................... 15 3.6报警电路 ..................................................................................................................... 18 4气体监测系统软件设计........................................................................................................ 18 4.1软件设计步骤概述 ...................................................................................................... 18 4.2 Proteus ISIS 7 Professional仿真系统创建单片机仿真程序步骤 ....................... 20 4 .3按键模块程序设计 .................................................................................................... 22 4 .4AD 转换模块程序 ....................................................................................................... 23 4.5液晶显示模块程序 ...................................................................................................... 23 4.6控模块设计及主要程序 .............................................................................................. 26
摘要
本论文以MQ-2电阻式烟雾传感器和模拟电子技术为核心， 设计出一种技术水平较
好的烟雾报警器。其中选用MQ-2型半导体可燃气体敏感元件烟雾传感器实现烟雾的检测，具有灵敏度高、响应快、抗干扰能力强等优点，而且价格低廉，使用寿命长。是一种结构简单、性能 稳定、使用方便、智能化的烟雾报警器。近年来，在医疗、空气净化、家用燃气和热水等方面，得到了广泛应用。
This paper has MQ-2 resistance-type smoke sensor and analog electronics
technology as the core, to design a good technical level of the smoke alarm. Which use MQ-2 combustible gas sensor-type semiconductor sensors to achieve smoke smoke detection, high sensitivity, fast response, strong
anti-interference, etc, and the price low, long service life. Is a simple structure, stable performance, easy to use, intelligent smoke detectors. In recent years, health care, air purification, domestic gas and hot water, etc, has been widely applie.
1章 概述
1．1选题背景及研究意义
随着现代化工业生产的发展，易燃、易爆、有毒气体及液体的种类和应用范围都得到了增加。在化工、石油、染料以及其它行业中就有许多有害物质，如液化石油气、氨、氯及
硫化氢、二氧化硫、二氧化氮等，如果在生产或运输过程中由于操作失误或其它原因，致使这些危险性物质泄漏出来，由于气体本身存在的扩散性，发生泄漏之后，在外部风力和内部浓度梯度的作用下，气体会沿地表面扩散，在事故现场形成燃烧爆炸或毒害危险区，扩大危害区域。化学毒物，特别是易于扩散的有毒液化气体发生泄漏后，将严重危害人们的生命安全与健康，这一点已成为人们的共识。
导致事故发生的罪魁祸首是设备老化等因素产生的危险物质的泄漏，尽管我们不能完全避免泄漏，但可以在发生泄漏的早期作出准确判断并及时进行处理。一旦发生气体泄漏事故，必须及时可靠地探测空气中某些气体的含量，及时采取有效措施进行补救，采取正确的处置方法，减少泄漏引发的事故，避免造成重大财产和人员伤亡。这就需要采用恰当的报警检测方法，准确地将检测系统安放在易燃、易爆、有毒有害气体的生产、储运、使用等场所中，尤其是将气体传感器安装在容器的关键部位，及时有效的检测有毒有害气体含量，及早诊断泄漏的发生；另一方面，将泄漏诊断与保护系统联系起来构成自反馈，使保护系统在气体到达危险程度之前动作，以最短的时间进行处理，将事故损失控制在最低程度
1-2危险气体报警检测研究现状
随着计算机技术以及传感器技术的发展，气体检测技术从原来单方面的应用一些化学反应发展为多方面、多学科交叉应用，在多方面获得了发展。气体检测，可以分成主动检测和被动检测。主动检测的方法，是将要进行检测的气体吸入某个密闭空间，通过一些物理、化学方法对气体的内部成份进行分析、检测。主动检测有光谱分析法、气相检测法等检测方法。吸收光谱是基于物质对于电磁辐射具有吸收现象形成。由于分子的结构不同，每一种物 质都有其各自的特征吸收光谱。吸收光谱分析法就是利用物质的这种光谱吸收特性来测定其浓度，该方法是进行定量分析的有用工具，可以用于常量和超微量组分的测定，由于光的叠
加性原理也可以对多组分进行同时测定。气相色谱法是对气体物质或可以在一定温度下转化为气体的物质进行检测分析。由于物质的物性不同，其试样中各组份在气相和固定液相间的分配系数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组份就在其中的两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同，虽然载气流速相同，各组份在色谱柱中的运行速度却不同，经过一定时间的流动后，便彼此分离，危险气体泄漏检测系统的研究按顺序离开色谱柱进入检测器，产生的讯号经放大后，在记录器上描绘出各组份的色谱峰。根据出峰位置，确定组分的名称，根据峰面积确定浓度大小。被动检测的方法，是一种检测元件被动的与气体进行接触，并产生将因此而产生的物理、化学反应变成电信号，多用于环境的监测或报警信号的产生。实际上，在工业环境中，最常见的检测方法还是利用气体传感器进行气体泄漏的检测与报警。市面上出现的气体报警仪器根据检测对象分为可燃气体检测报警仪、有毒气体检测报警仪、氧气报警仪三大类。从检测原理上分为半导体式 、催化燃烧式、热导式、光谱吸收等。从结构和方法上分为三类：袖珍式、便携式和固定式。固定式监测仪，用于实时在线监测，安装于可能产生危险的事故现场，实现实时监测报警，其检测方法以扩散法为主。固定式又分为三类，一是单片机智能化监控系统，二是工控机监控系统，三是以DCS控制技术为基础发展起来的监控系统。无疑，报警的及时性以及准确的故障分析，对工作人员尽快科学合理地处理事故至关重要。
1.3气体传感器概述
过去的气体传感器主要用于煤气、液化石油气、天然气及矿井中的瓦斯气体的检测与报
警，目前需要检测的气体种类由原来的还原性气体(H2,C4H10,CH4)等扩展到毒性气体(CO,NO2,H2S,NO,NH3,PH3)等。
气体传感器种类繁多。按所用气敏材料及气敏特性不同，可分为半导体式、固体电解质式、电化学式、接触燃烧式、高分子式等。 A. 半导体气体传感器
这种传感器主要使用半导体气敏材料。自从1962年半导体金属氧化物气体传感器问世以来，由于具有灵敏度高、响应快等优点，得到了广泛的应用，目前已成为世界上产量最大、使用最广的传感器之一。按照检测气敏特征量方式不同分为电阻式和非电阻式两种。 电阻式半导体气体传感器是通过检测气敏元件随气体含量的变化情况而工作的。主要使用金属氧化物陶瓷气敏材料。随着近年来复合金属氧化物、混合金属氧化物等新型材料的研究和开发，大大提高了这种气体传感器的特性和应用范围。例如：WO3气体传感器可检测NH3的浓度范围为5 ppm～50 ppm,ZnO-CuO气体传感器对200 ppm的CO非常敏感。
非电阻式半导体气体传感器是利用气敏元件的电流或电压随气体含量而变化的原理工作的。主要有MOS二极管式和结型二极管式，以及场效应管式气体传感器。检测气体大多为氢气、硅烷等可燃气体。 B.固体电解质气体传感器
固体电解质气体传感器使用固体电解质气敏材料做气敏元件。其原理是气敏材料在通
过气体时产生离子，从而形成电动势，测量电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高，灵敏度和选择性好，得到了广泛的应用，运用于石化、环保、矿业等各个领域，仅次于金属氧化物半导体气体传感器。如测量H2S的YST-Au-WO3、测量NH3的NH+4CaCO3等。