城南学院 室内煤气和天然气泄漏报警器的设计
全，减少不必要的损失。本设计用传感器检测室内煤气、天然气的基本状态，并将气体浓度信号转换为电信号，电信号进入单片机，单片机对信号进行处理。当室内煤气、天然气达到一定浓度时，该装置发出声光报警信号，提醒用户燃气泄漏，采取相应的应对措施。
通过本系统设计，使学生能对自己所学专业知识加以综合运用，了解和掌握实际应用系统的设计、实现及应用的整个过程。
1.2 国内外研究状况
当前应用最广泛的可燃性气体泄漏报警器与气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控，仅用于安全保护家用燃气泄漏报警器为例，不少发达国家已经明确规定家庭、公寓等要求安装相应的报警器。国外可燃性气体泄漏报警器发展很快，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；另一方面是由于燃气泄漏报警器市场增长受到政府安全法规的推动。因此，国外燃气报警器技术得到了较快发展，据有关统计猜测，美国在1996年—2002年就煤气报警器的年均增长率为27％～30％。在这些方面，国内应该增强安全意识增强。
日本早在1980年1月开始实施安装城市煤气、液化石油气报警器的法规，1986年5月日本通产省又实施了安全器具料及出尽基本方针。美国目前已有7个州11个城市通过立法，规定家庭、公寓等要安装一氧化碳报警器。随着城市燃气化的扩大，我国已有北京市、辽宁省、黑龙江省、山西省、哈尔滨市、青岛市、等相继发布燃气安全管理文件，做到政府立法和百姓自身提高安全保护意识有机结合。
1.3 设计内容级研究方法
本设计计划按以下思路展开研究：
A根据该设计要实现的基本功能，设计大致应该分为信号釆集放大，信号处理控 制，系统设置报警三个部分。
（1）信号釆集部分即通过气体传感器检测室内气体浓度，将这种变化量转化成电压模拟量的变化，然后通过运放进行必要的放大。
（2）信号处理部分是将采集到的模拟信号转换成数字信号，送入进行处理，并将处理过的信号送存储器保存和送显示器显示。
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（3）系统设置报警部分是通过预定控制方式并利用蜂鸣器报警实现系统的准确操作。
B根据上面所说的思路，得到如下一些基本的结论
（1） 信号釆集部分为了能准确釆集到气体浓度的变化应选用半导体气体传感器，为使其 有效的检测室内气体浓度，釆用电阻型半导体气体传感器：而放大部分使用运放进行比例 和反相两级放大。
（2）信号处理部分为了实现精确控制，釆用单片机较为合适。将模拟信号送A/D模块进行数模转换，经过处理后送存储器保存和送显示器显示。
（3）系统设置报警部分可以考虑蜂鸣器报警。
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2 系统方案及模块设计
2.1 设计思路
用相应的气体传感器检测室内煤气、天然气的基本状态，并将气体浓度信号转换为电信号。通过信号处理电路将有无气体泄漏两种状态转换成高低电平，并将些电平通过单片机I/O接口传入单片机，通过单片机编程控制报警电路的工作状态。室温显示部分通过DS18B20温度传感器，将室内温度值转换为16位二进制数，通过单片机I/O接口传入单片机，并通过编程在七段数码管上显示出当前温度值。
2.2 设计框图
如下图2.1所示：
（1）气体检测模块：主要有气体传感器及LM358组成，其作用是将煤气、天然气的泄漏与否转换为利于单片机识别的高低电平，并将此信号传到单片机。
（2）声光报警模块：由蜂鸣器和LED构成。其作用是当检测到有煤气、天然气泄漏时，发出声光报警信号，提醒用户有煤气、天然气泄漏，采取相应措施。
（3）温度检测模块：由DS18B20温度传感器构成，DS18B20将检测到的温度值转换成二进制数，并传到单片机进行处理。
（4）温度显示模块：主要由74LS245和4位数码管组成，其作用是显示当前温度值。
（5）主控模块：即单片机AT89C51，其作用是根据气体检测模块输出的高低电平，控制声光报警模块的工作状态，并完成温度的采集及显示功能。
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气体检测 单片机 AT89C51 主控模块 声光报警 温度检测
图2.1 设计思路框图
4 位七段数 码管温度显 示模块 2.3 系统模块设计
2.3.1 气体浓度检测模块
传感器是能把实测物理量或化学量转化为与之有确定对应关系的电信号输出的装置。传感器主要是由敏感元件、传感元件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分，如下图3.1.1所示。
敏感元件：敏感元件指能够灵敏地感受被测变量并做出响应的元件。是传感器中能直接感受被测量的部分。
传感元件：又称为转换器，一般情况下，不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转化为电量输出的元件。
传感器按工作原理可分为：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器、压电式传感器等。
在这个设计中先把煤气。天然气气体传感器以以属于电阻式传感器，传感器型号为MQ-7。MQ-7能够同时检测煤气和天然气两种气体，与分别用两种气体传感器检测相比，明显降低了设计成本。
半导体一氧化碳传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。采用高低温循环检测方式低温（1.5V加热）检测 一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V加热）清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化 ，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-7气体传感器对一氧 化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。
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特点：
对一氧化碳灵敏度高 优异的稳定 寿命长
大的电信号输出 优异的选择性
应用：用于家庭、商业、工业环境的一氧化碳、煤气探测装置 MQ-7适用气体： 一氧化碳CO 主要参数
探测范围10～1000ppm 特征气体100ppm一氧化碳
灵敏度 R in air/R in typical gas≥5 敏感体电阻 1KΩ～20KΩ in 100ppm CO 响应时间 ≤150s（70% Response） 恢复时间 ≤150s（70% Response） 加热电阻 31Ω±3Ω 加热电流
加热电压 5.0V±0.2V/1.5V±0.1V 加热功率 约350mW 测量电压 ≤24V MQ-7工作条件
环境温度：-20℃～+55℃ 湿度：≤95%RH 环境含氧量：21% MQ-7贮存条件 温度: -20℃～+70℃ 湿度:≤70%RH
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