化工现场的环境检测系统设计与制作(附件)
摘 要摘 要化工工业的高速发展有好有坏。人们不仅从中获得了大量的经济利益，也使得自己的生活更加便捷、精彩。但是由于其特殊的生产活动，高温高压、有毒有害、易燃易爆，也使得企业经常因事故而损失很多利益，也破坏了环境。不管是在环境保护方面，还是在人身安全方面，实时检测化工现场的可燃有毒气体是非常重要的。本文研究的用于化工环境检测的多气体检测装置，能够对乙醇、甲烷、氢气、氨气及一氧化碳等化工现场常见的可燃有毒气体进行检测，并当被测气体含量达到一定量后高于预设值时，进行报警。本文所设计的多气体检测装置，利用MQ-3、MQ-5、MQ-8、MQ-135、MQ-7气体传感器来获取可燃有毒气体的浓度信号，获取到的反应气体浓度的电压值经过ADC0809转变为电压的数字信号；单片机读取ADC0809的电压数字信号后经过分析计算，如果可燃或有毒气体浓度达到系统预设的临界值时单片机将驱动LED和蜂鸣器发出声、光报警信号；且LCD1602会显示当前气体的相关信息：气体名称、预设浓度、实际浓度和输出电压值。本文所设计的多气体检测装置体积小，功耗低，操作简单，实验证明，能够用于检测化工环境下的可燃有毒气体。关键词：单片机；化工环境；LCD显示；可燃有毒气体；ADC0809模数转换 目 录
第一章 绪 论 1
1.1 课题的目的及意义 1
1.2 国内外的研究近况及存在不足 1
1.3 本文的研究内容简介及总体方案的确定 2
1.3.1 本文的研究内容简介 2
1.3.2 总体方案的确定 2
1.4 本章小结 3
第二章 化工环境下检测与处理可燃有毒气体的相关介绍 4
2.1 被测对象的选定及其危害与处理 4
2.1.1被测气体的选定 4
2.1.2被测气体的危害与处理 4
2.2 检测器的配置与安装 6
2.2.1 检测器的配置 6
2.2.2 检测器的安装 6
2.3 量程及报警值设定 7
2.4 本章小结 8
第三章 可燃有毒气体检测仪的硬件设计 9
3.1 可燃有毒气体检测仪系统简介 9
3.1.1 系统硬件结构及原理
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
1.2被测气体的危害与处理 4
2.2 检测器的配置与安装 6
2.2.1 检测器的配置 6
2.2.2 检测器的安装 6
2.3 量程及报警值设定 7
2.4 本章小结 8
第三章 可燃有毒气体检测仪的硬件设计 9
3.1 可燃有毒气体检测仪系统简介 9
3.1.1 系统硬件结构及原理 9
3.1.2 STC89C52单片机简介 10
3.2 传感器介绍及选择 12
3.2.1 气体传感器基础知识 12
3.2.2 MQ系列气体传感器 14
3.2.3 传感器的选择 19
3.3 模拟量获取电路的设计 21
3.4 模拟量转数字量电路的设计 23
3.5 声光报警电路的设计 24
3.6 液晶显示电路的设计 25
3.7 复位电路和按键电路的设计 26
3.8 USB供电与编程电路的设计 27
3.9 本章小结 27
第四章 可燃有毒气体检测仪的程序设计 29
4.1 系统软件设计思路 29
4.1.1 编程语言的选择 29
4.1.2 软件功能需求 29
4.2 软件模块设计 30
4.2.1 主程序模块 30
4.2.2 AD转换模块 31
4.2.3 液晶显示模块 32
4.2.4 声光报警模块 33
4.2.5 按键模块 33
4.3 本章小结 34
第五章 电路仿真 35
5.1 Proteus电路仿真 35
5.1.1 显示电路仿真 35
5.1.2 按键显示及气体测量电路仿真 35
5.1.3 声光报警与解除报警电路仿真 38
5.2 实物展示 39
5.3 本章小结 41
结论与展望 42
(1)结论 42
(2)展望 42
致谢 43
参考文献 44
附录 45
附录一 采集电路原理图 45
附录二 处理电路原理图 46
附录三 PCB板 47
附录四 PCB板3D图 48
附录五 程序清单 49
第一章 绪 论
课题的目的及意义
目前，化工工业高速发展，特别是由于人们对汽油、柴油、液化气等石油衍生品的需求不断增大，使得石油化工工业迅速发展；随着化工工业的发展，在给社会带来巨大财富和给人们带来极大便利的同时，各种安全隐患也逐渐增加。化工工业里常需用到各种有毒或可燃气体，然而气体是很难被大量储存的，因此通常需要经过高压等处理后将其储存在高温、高压设备中，一旦不慎泄漏这些气体，将造成非常严重的后果[1]。除此之外，化工工业常需要管道来输送各种可燃有毒液体或气体，用来传输的管道不仅长，而且错综复杂，一旦发生泄漏，同样会造成非常严重的后果，所以，对化工环境下各种易燃有毒蒸汽或气体进行检测并报警是及其重要的。众所周知，单纯靠人来定期的检测化工厂房或传输管道处的可燃有毒气体的浓度是很难及时发现隐患的，因此，利用电子产品来实时监测并处理化工环境下可燃有毒气体是非常便利的。
在化工现场环境比较恶劣的情况下，在日益强调安全第一的呼声下，设计开发一个能检测多种混合气体浓度，并能报警与处理的检测报警装置是有现实意义的。目前虽然市面上有各种用来检测气体的仪表，但大都只能检测单一的气体，且并不具备一些基本的自动控制调节功能，所以一定程度上并不适合化工企业。本文设计的用于化工环境下的多气体检测装置，旨在能够对可燃有毒气体进行实时监测，并且当浓度超过一定值时能实现报警与处理，比如将本文所设计的装置与厂房内的排风扇相连，当浓度达到一定值时，启动排风扇或加大排风扇的转速，以便尽快的减少车间内可燃有毒气体，以保障生产及人身安全。
国内外的研究近况及存在不足
正如毕业设计题目，需要设计制作一个可燃有毒气体检测报警系统，即利用气体传感器与单片机设计一个检测仪器，目前气体检测器的研究方向主要有提高检测系统的综合性，即将检测系统与报警系统尽量集成在一起，以减少成本；有努力提高传感器的质量；有提高系统的使用寿命等。
当前国内关于气体检测方面的产品，也许是为了缩短开发周期，或许也为了节约成本，大多只是单一的产品，即要么是只检测，要么是只处理，并没有很好地将二者结合起来，因此在综合设计方面尚有很大的研究余地。张国胜等人在设计室内有害气体的检测系统时就将处理系统与电话报警系统结合在了一起[2],黄仕凰等人也在他们的研究中加强了系统的综合性，做成传感器阵列，并集成报警模块[3]。虽然在前两位的研究中都注重了集成，但在传感器的选型方面都有些不足，他们所选的传感器都是根据传统的湿化学法设计的传感器，比如半导体式传感器、催化燃烧式传感器，但这些传感器会伴随使用时间的增长，会因探测器性能的降低、电子器件老化、放大器漂移等原因，造成系统测量精度的下降，因此在文献[4]中，作者就使用了红外气体传感器来改善传统传感器的不足，文献[5]同样也根据测定红外波波长的原理设计了一个新型的传感器，对于各
第一章 绪 论 1
1.1 课题的目的及意义 1
1.2 国内外的研究近况及存在不足 1
1.3 本文的研究内容简介及总体方案的确定 2
1.3.1 本文的研究内容简介 2
1.3.2 总体方案的确定 2
1.4 本章小结 3
第二章 化工环境下检测与处理可燃有毒气体的相关介绍 4
2.1 被测对象的选定及其危害与处理 4
2.1.1被测气体的选定 4
2.1.2被测气体的危害与处理 4
2.2 检测器的配置与安装 6
2.2.1 检测器的配置 6
2.2.2 检测器的安装 6
2.3 量程及报警值设定 7
2.4 本章小结 8
第三章 可燃有毒气体检测仪的硬件设计 9
3.1 可燃有毒气体检测仪系统简介 9
3.1.1 系统硬件结构及原理
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
1.2被测气体的危害与处理 4
2.2 检测器的配置与安装 6
2.2.1 检测器的配置 6
2.2.2 检测器的安装 6
2.3 量程及报警值设定 7
2.4 本章小结 8
第三章 可燃有毒气体检测仪的硬件设计 9
3.1 可燃有毒气体检测仪系统简介 9
3.1.1 系统硬件结构及原理 9
3.1.2 STC89C52单片机简介 10
3.2 传感器介绍及选择 12
3.2.1 气体传感器基础知识 12
3.2.2 MQ系列气体传感器 14
3.2.3 传感器的选择 19
3.3 模拟量获取电路的设计 21
3.4 模拟量转数字量电路的设计 23
3.5 声光报警电路的设计 24
3.6 液晶显示电路的设计 25
3.7 复位电路和按键电路的设计 26
3.8 USB供电与编程电路的设计 27
3.9 本章小结 27
第四章 可燃有毒气体检测仪的程序设计 29
4.1 系统软件设计思路 29
4.1.1 编程语言的选择 29
4.1.2 软件功能需求 29
4.2 软件模块设计 30
4.2.1 主程序模块 30
4.2.2 AD转换模块 31
4.2.3 液晶显示模块 32
4.2.4 声光报警模块 33
4.2.5 按键模块 33
4.3 本章小结 34
第五章 电路仿真 35
5.1 Proteus电路仿真 35
5.1.1 显示电路仿真 35
5.1.2 按键显示及气体测量电路仿真 35
5.1.3 声光报警与解除报警电路仿真 38
5.2 实物展示 39
5.3 本章小结 41
结论与展望 42
(1)结论 42
(2)展望 42
致谢 43
参考文献 44
附录 45
附录一 采集电路原理图 45
附录二 处理电路原理图 46
附录三 PCB板 47
附录四 PCB板3D图 48
附录五 程序清单 49
第一章 绪 论
课题的目的及意义
目前，化工工业高速发展，特别是由于人们对汽油、柴油、液化气等石油衍生品的需求不断增大，使得石油化工工业迅速发展；随着化工工业的发展，在给社会带来巨大财富和给人们带来极大便利的同时，各种安全隐患也逐渐增加。化工工业里常需用到各种有毒或可燃气体，然而气体是很难被大量储存的，因此通常需要经过高压等处理后将其储存在高温、高压设备中，一旦不慎泄漏这些气体，将造成非常严重的后果[1]。除此之外，化工工业常需要管道来输送各种可燃有毒液体或气体，用来传输的管道不仅长，而且错综复杂，一旦发生泄漏，同样会造成非常严重的后果，所以，对化工环境下各种易燃有毒蒸汽或气体进行检测并报警是及其重要的。众所周知，单纯靠人来定期的检测化工厂房或传输管道处的可燃有毒气体的浓度是很难及时发现隐患的，因此，利用电子产品来实时监测并处理化工环境下可燃有毒气体是非常便利的。
在化工现场环境比较恶劣的情况下，在日益强调安全第一的呼声下，设计开发一个能检测多种混合气体浓度，并能报警与处理的检测报警装置是有现实意义的。目前虽然市面上有各种用来检测气体的仪表，但大都只能检测单一的气体，且并不具备一些基本的自动控制调节功能，所以一定程度上并不适合化工企业。本文设计的用于化工环境下的多气体检测装置，旨在能够对可燃有毒气体进行实时监测，并且当浓度超过一定值时能实现报警与处理，比如将本文所设计的装置与厂房内的排风扇相连，当浓度达到一定值时，启动排风扇或加大排风扇的转速，以便尽快的减少车间内可燃有毒气体，以保障生产及人身安全。
国内外的研究近况及存在不足
正如毕业设计题目，需要设计制作一个可燃有毒气体检测报警系统，即利用气体传感器与单片机设计一个检测仪器，目前气体检测器的研究方向主要有提高检测系统的综合性，即将检测系统与报警系统尽量集成在一起，以减少成本；有努力提高传感器的质量；有提高系统的使用寿命等。
当前国内关于气体检测方面的产品，也许是为了缩短开发周期，或许也为了节约成本，大多只是单一的产品，即要么是只检测，要么是只处理，并没有很好地将二者结合起来，因此在综合设计方面尚有很大的研究余地。张国胜等人在设计室内有害气体的检测系统时就将处理系统与电话报警系统结合在了一起[2],黄仕凰等人也在他们的研究中加强了系统的综合性，做成传感器阵列，并集成报警模块[3]。虽然在前两位的研究中都注重了集成，但在传感器的选型方面都有些不足，他们所选的传感器都是根据传统的湿化学法设计的传感器，比如半导体式传感器、催化燃烧式传感器，但这些传感器会伴随使用时间的增长，会因探测器性能的降低、电子器件老化、放大器漂移等原因，造成系统测量精度的下降，因此在文献[4]中，作者就使用了红外气体传感器来改善传统传感器的不足，文献[5]同样也根据测定红外波波长的原理设计了一个新型的传感器，对于各
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