煤气报警器的毕业论文设计
第1章 绪 论
1.1、课题研究的背景
随着经济和科学技术的快速发展,人们对生活质量的提高和生活环境的改善越来越重视,液化气、煤气进入家庭的使用为人们带来了方便,人民生活水平的提高，管道煤气和罐装煤气已深入到寻常百姓家。
我国燃气的变革及西气东输工程的进行，煤气和天燃气已成为多数家庭的燃料。每年，因煤气泄露造成的煤气中毒事故中，因使用热水器不当或产品本身的质量问题，造成的煤气中毒事故，事故发生频率随年增长。因室内煤气浓度过高，引起煤气爆炸的事故也不少见。所以怎样防止煤气中毒与爆炸已经成为人们的迫切需要。为此我们开发研制了智能煤气报警系统。目前家用煤气，液化气、天然气作为气体燃料，已用于家庭、旅馆，深入人民的生活之中。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、火灾等事故也时有发生。家用煤气有时会因各种原因发生泄漏，煤气的主要成分是甲烷、CO等气体，甲烷是一种可燃性气体，遇到明火会发生燃烧，当浓度达到一定数量时甚至爆炸，所以如果在煤气泄漏时打电话，煤气遇到电火花可能会发生爆炸事故。人呆在煤气泄漏的空间内，甲烷的不完全燃烧可能会生成一氧化碳，一氧化碳泄漏中毒死亡尤为严重。众多周知由于CO与血液中的血红素的结合能力是氧的240倍,因此,当它进入人体血液循环系统后,就会大量取代氧而与血红素结合,抑制血液中氧气的释放,使得人体缺氧，从而导致发生头痛、耳鸣、呕吐、血压降低等不同程度的症状发生。如果CO中毒,轻者于康复过程中可能会头昏眼花、丧失记忆或引起视觉及神经上的障碍,严重者会导致脑部受损甚至发生死亡。
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表1.1 CO对人体的有害程度
空气中一氧化碳的浓度 200ppm 400ppm 800ppm 1600ppm 3200ppm 6400ppm 12800ppm 吸入时间和中毒症状 2-3小时前头部轻度头痛 1-2小时前头痛恶心2.5-3小时后头痛 45 分钟头晕眼花2小时精神失常 20分钟头晕、头痛眼花2小时死亡 5-10分钟头晕、头痛、眼花30分钟死亡 1-2分钟头晕、头痛、眼花10-15分钟死亡 1-3分钟死亡 1.2、课题研究的目的
可燃性气体通常指煤气、石油液化气、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然气以及煤矿瓦斯等。这些气体主要含有烷类（甲烷）、烃类、烯类、醇类、苯类以及一氧化碳和氢气等成分，这些气体易燃、易爆、不易贮存，在使用这些气体的过程中，如违反操作规程或者设备密封不好，都有可能发生可燃气体泄漏事故，进而酿成火灾或爆炸事故，给人民的生命财产造成损失。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。使用可燃气检测报警器是对付燃气无形杀手的重要且非常有效的手段之一。当今社会计算机科学技术的普及和信息技术的迅猛发展，人们己不在满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入人们的生活中，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境的要求日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、更加舒适而且更安全。如今单片机的应用越来越广泛，煤气泄漏则是人们日常生活中常常需要测量和控制的一个问题。单片机有利于为现代人工作、科研、生活、提供更好的、更方便、更安全的设施。为了防止中毒事件再次发生，提出利用单片机系统进行有效的预防对策。所以怎样防止煤气中毒与可燃性气体爆炸已成为人们的迫切需要。为此我们开发研制了智能煤气报警系统。
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1.3、国内外研究现状及发展动态
报警器其实按检测气体可分为：可燃气体报警器，有毒气体报警器和复合式气体报警器，其中复合式气体报警器可同时检测可燃和有毒气体气体报警器，使用不同传感器检测不同气体。
按自身形态可分为：固定式气体报警器和便携式气体检测仪。
燃气泄漏报警器从功能上可分为：仅有泄漏报警功能的泄漏报警器和可以指示所探测到的燃气浓度并具有报警功能的检测报警器；燃气报警器从使用场所上可分为：民用燃气泄漏报警器和商用报警器。其中民用报警器通常是独立的在住宅中使用的燃气报警器，功能较简单，容易实现，且价格便宜；商用报警器主要使用燃气的运输、储存场所、使用燃气和可能有燃气泄漏的的工厂和公共场所。城市燃气规范中规定地下室、半地下室、建筑的管道井、地上密闭空间的用气房间、封闭计量表房等可能出现可燃气泄露的地方都要安装燃气报警器。建筑和燃气的相关规范和法规也推荐使用民用燃气泄漏报警器。
民用可燃气体报警器为居民家庭用的燃气报警器，一般安装在厨房、浴室等安装了煤气设备的地方。遇燃气泄漏时，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动外部设备。有的报警器可自动开启排风扇，把燃气排出室外；还有的报警器在报警时可自动关闭燃气阀门，以防燃气继续泄漏。在应用方面，目前最广泛的是可燃性气体气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控，从工厂企业到居民家庭，应用十分广泛。
国外从20世纪30年代开始研究及开发气体传感器，发展非常迅速，其一方面是因为人们安全意识越来越强，对环境安全性和生活舒适性的要求提高；另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的保护和推动，因为发展智能的传感器，可以推动人们的生活水平的发展。据有关统计，美国1996年到2002年气体传感器年均增长率为27%至30%。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，高集成，体积小，功能容易实现，更加利于生产、运输及市场推广。
1963年5月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，又于次年12
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月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气（甲烷）、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。
我国于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，同时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。但是近年来，在气体选择性和产品稳定性上也有很大进步。
1.4、研究内容
本设计针对经常发生的煤气泄漏中毒事件，采用煤气、甲烷及一氧化碳等气体传感器、单片机、电磁阀和电铃，设计一套有毒气体检测、报警电路，显示室内空气质量，用单片机模块分路控制继电器、发光二极管和报警器。
报警系统由硬件和软件两大部分组成。其中硬件部分由各报警感应器、感应器控制器、主控器等设备组成。软件部分主要是报警系统控制程序。CO气体传感器用来检测空气中煤气的浓度，当空气中煤气含量超过允许的标准浓度后，感应器所获得的感应信号均被感应器控制器所接收，再由感应器控制器对各感应信号进行相应识别和处理，并将处理后的感应信号转化为电信号，再通过串口送至主控器，由主控器对其采取相应的警报动作。报警信号加至报警声响电路的控制端后，报警声响电路被触发，发出报警声，同时关闭总气阀。
本课题在硬件设计方面主要研究组成家用煤气泄漏报警控制系统的单片机芯片、CO气体传感器总线的使用方法，同时研究电路设计思路、电路组成，包括控制芯片、气体传感器、单片机等的选用和设计。
本设计主要研究并设计一个基于单片机的煤气报警系统，并实现对A/D数据的采集和声光的报警控制。控制系统主要是由52系列单片机、A/D数据采集电路、传感器电路、看门狗、复位电路、LED显示、声光报警电路等部分组成。单片机通过A/D转换8路传感器来所得到的信号，进行比较处理，并且能够存储各个通道的报警上限和报警时的数据储存，并且在安全值内，轮回显示当前通道的测量值和设定值，但是在安全值外，则产生声光报警，并且轮回显示报警通道的当前值和设定值。
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第2章 系统总体设计
2.1设计要求
2.11 方案的选择
目前存在很多关于煤气报警器设计的方案，很多种设计方法，但是我在这里这里不一一列举，只介绍了几种方案，简单介绍如下：
方案一，通过52系列单片机作为主控单元，并且能够通过传感器把模拟信号通过A/D信号转换为数字信号，并且读取和显示出来。键盘可以通过不同的应用场合和针对不同气体做出相应的浓度设定，并且储存报警的上限和报警时间，从而方便查询和日后的工作调查。
方案二，通过传感器感受到可燃性气体，降低自身的阻值，从而增大电流，并且驱动蜂鸣器报警。电路简单、可靠但是灵活性和实用性相较而言差。
方案三，可以通过传感器感知原始信号多级放大电路，并用电位器调节得到固定的电压值，当得到可燃性气体信号时，电阻值会立刻变小，放大器的放大倍数会增加，电压也就随着增加，驱动三极管导通报警电路。该方案有一定的灵活性和可执性，但是电路比较复杂，智能性差。
方案四，采用的是Rabbit RCM5700模块实现煤气报警器，该方案基于 Rabbit RCM5700模块进行开发设计，Rabbit MiniCore模块用于加速嵌入式系统的开发和实施。编程开发采用我们经过业界广为验证的 Dynamic C开发系统, 一个包括编辑器、链接器、装载器和编译器在内的C语言集成开发环境。从计算机通过 USB端口或串口下载程序，立即在目标硬件上进行调试——无需在线仿真器。这种开发环境减少了工作量，加速了软硬件集成。Rabbit 提供了广泛的驱动函数库和例程、免费的TCP/IP及其源代码。
综合考虑，由于使用52系列的单片机设计方案，灵活性强、高集成、电路简单、
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