煤气泄漏监控系统硬件设计(附件)
当今社会,由于燃气的广泛使用，越来越多因燃气使用不当所造成的事故时有发生。为了减少此类事故的发生，我们设计了煤气泄漏监控系统。本设计主体包括以下几大模块：气体检测模块、A/D转换模块、单片机模块、声光报警模块、按键模块、时钟模块。系统的工作过程是由气体传感器检测燃气泄漏，传感器的内阻会因燃气浓度的改变而改变，随之产生不同的电信号，传送到后级电路进行处理，经过放大整流使其成为与燃气浓度大小成比例的电压信号，然后送入微机处理，经过单片机的分析，然后发出各种控制信号。若燃气发生泄漏，并且已经达到报警浓度范围，系统会启动声光报警装置并关闭电磁阀，使煤气不在泄漏，然后打开排风扇进行换气通风，避免意外的发生。关键词 煤气泄漏，单片机，气体传感器，数据采集目录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外研究状况 1
1.3本文研究的主要目的 2
2 系统总体方案设计 2
2.1设计思路 2
2．2设计框图 3
3 硬件单元模块电路设计 4
3.1主控模块的设计 4
3.2气体检测模块设计 8
3.3复位电路设计 10
3.4声光报警以及显示模块设计 10
3.5按键模块设计 14
3.6 A/D转换模块设计 15
3.7时钟模块设计 16
4调试与功能说明 17
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录一 电路原理图 24
附录二 PCB图 26
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
当前社会，越来越多的城镇居民以及农村居民用上了天然气、煤气等清洁能源，这不仅为保护环境做出了巨大贡献，也使得人民的生活也更方便。在此基础上我国的燃气行业发展迅速，国家也越来越重视燃气行业，“西气东输工程”的实施，表示我国已然进入天然气时代，西气东输工程的投入使用，使得西部资源优势和东部的广阔市场系上了天然纽带。给两部的经济发展带来了巨大的提升。西气东输工程投入使用后，使得东部城市燃气普及与应用更为广泛，这对改善城市环境以及促进城
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农村居民用上了天然气、煤气等清洁能源，这不仅为保护环境做出了巨大贡献，也使得人民的生活也更方便。在此基础上我国的燃气行业发展迅速，国家也越来越重视燃气行业，“西气东输工程”的实施，表示我国已然进入天然气时代，西气东输工程的投入使用，使得西部资源优势和东部的广阔市场系上了天然纽带。给两部的经济发展带来了巨大的提升。西气东输工程投入使用后，使得东部城市燃气普及与应用更为广泛，这对改善城市环境以及促进城市发展有着巨大的作用。西气东输工程使得每年向长三角提供100亿立方米天然气，大大的解决了上海等地资源危机的问题。甲烷是天然气的主要成分、一氧化碳是煤气的主要成分之一。这两种气体对人体危害很大，在浓度较高的情况下会导致人的窒息死亡，且易燃易爆，这就造成了对居民生命以及财产安全的一种潜在隐患。由于燃气泄漏所引发的中毒、爆炸、火灾等事故常有发生，例如：2014年4月8日3时53分，辽宁省鞍山市西区一小区居民楼内发生爆炸。经初步调查，爆炸系铁西一道街33甲栋3单元43号居民住户煤气泄漏引发；2015年6月9日凌晨5点，广东江门市高新区东宁路70号高新小区发生煤气泄漏并引发火灾，导致一人死亡，三人大面积烧伤；2016年4月18日下午五点二十分，珠海市拱北一餐馆厨房煤气瓶泄漏，引发爆炸。此类事件屡见不鲜，这些情况不仅危害了人民的生命财产安全，也增添了城市的不安全性和不稳定性。为了减少此类事件的发生，为了更安全的使用燃气，并使然更好地为我们服务。在使用燃气的场所安装燃气泄漏监控系统是一种必要的做法。
“防患于未然”说明预防很重要，“报警早、损失少”说明了报警的重要性，所以在燃气使用过程中也是如此，提前的预防以及及时的报警，不仅能解除隐患，还可以避免人身安全以及财产的损失。虽然目前煤气中已加入能使人感到刺鼻气味的添加剂，但这只能机械的告知人们煤气泄漏，未能做出后续的反应。依然会导致灾难的发生。基于此现实，设计一款能检测煤气、天然气泄漏，并能作出后续处理工作的装置，从而杜绝燃气中毒、爆炸、火灾的发生。保障人民的生命财产安全，减少不必要的损失，实为必要之举。
1.2 国内外研究状况
目前许多可燃性气体泄漏报警器以及气敏传感器已经普及应用到许多行业，例如采矿、挖煤等检测可燃性气体浓度，以防止意外的发生。欧美大部分发达国家已经明确规定家庭、公寓以及公共场所等安装相应要求的气体传感报警器。由于人们的安全意识增强，以及对环境安全性和生活舒适性的追求；另一个原因是受到政府法规的限制。所以国外的可燃性气体泄漏监控系统发展的很快。美国从20世纪30年代开始研究可燃性气体报警器，而后几年更是以每年27%~30%的增长速率飞速发展，而日本1963年5月开始研究接触式家用燃气泄漏报警器，1964年12月做出成品。
我国是在70年代初期开始研究可燃性气体传感器的，发展至今我国已经发展型号多样的传感器，可用于各种危险行业的检测，可燃性气体传感器分为民用和工业用可燃性传感器，民用可燃性气体报警器常安装在厨房，伴有显示装置，并有外部联运设备，例如：排风扇、声光报警装置、电磁阀等。工业用可燃性气体报警器与民用内部构造差别不大，只是探头有一定的差异。根据探测场合不同，体积也有所不同，用于燃气查漏与巡检的检漏仪体积小，可随身携带，如果遇到燃气泄漏，检漏仪将发出声光报警同时将显示气体浓度。运用这些仪器大大降低了由于可燃性气体泄漏所引发的中毒、爆炸及火灾等灾害，保证了人民的生命财产安全。
1.3本文研究的主要目的
根据要求系统可分为声光报警模块、信号采集模块、单片机模块、A/D转换模块、显示模块、按键模块。本设计所能达到的主要目的有：
(1)人性化设计，能够自定义调节气体泄露的报警浓度，由按键模块通过键盘输入并通过显示模块显示。
(2)能够实现精准的信号采集，以通过显示器显示当前的煤气浓度。
(3)能够在系统发现有煤气泄漏的情况下作出相应的反应，如声光报警、启动排风扇，以及关闭电磁阀等。
2 系统总体方案设计
2.1设计思路
本设计是运用于家庭使用的煤气泄漏监控系统，要求方便安装，成本低廉且切实有效。经过用的上面的对总体方案以及需要实现的功能的讨论，开始设计硬件系统，硬件系统是软件设计的基础，也是应用的基础。本设计核心模块为气体浓度检测，运用气体传感器将气体浓度变化转化为电信号，并送入单片机进行处理，通过对单片机的编程将浓度通过数码管显示出来。若发生气体浓度超过设定浓度报警值，单片机能控制其它部件进行相应的处理，从而防止灾害的发生。
主机的选用非常重要，在这里我们选用AT89C51型单片机作为主控CPU，因为其总体功能以及各方面的性价比都满足上面所需要求且设计方便。其它部件根据需要进行配备。
2．2设计框图
根据设计所要实现的目的所绘硬件框图如图2.1所示：
硬件框图设计完成后，根据框图设计相应模块电路。本课题总体分为五大模块。分别为：气
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 国内外研究状况 1
1.3本文研究的主要目的 2
2 系统总体方案设计 2
2.1设计思路 2
2．2设计框图 3
3 硬件单元模块电路设计 4
3.1主控模块的设计 4
3.2气体检测模块设计 8
3.3复位电路设计 10
3.4声光报警以及显示模块设计 10
3.5按键模块设计 14
3.6 A/D转换模块设计 15
3.7时钟模块设计 16
4调试与功能说明 17
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录一 电路原理图 24
附录二 PCB图 26
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
当前社会，越来越多的城镇居民以及农村居民用上了天然气、煤气等清洁能源，这不仅为保护环境做出了巨大贡献，也使得人民的生活也更方便。在此基础上我国的燃气行业发展迅速，国家也越来越重视燃气行业，“西气东输工程”的实施，表示我国已然进入天然气时代，西气东输工程的投入使用，使得西部资源优势和东部的广阔市场系上了天然纽带。给两部的经济发展带来了巨大的提升。西气东输工程投入使用后，使得东部城市燃气普及与应用更为广泛，这对改善城市环境以及促进城
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农村居民用上了天然气、煤气等清洁能源，这不仅为保护环境做出了巨大贡献，也使得人民的生活也更方便。在此基础上我国的燃气行业发展迅速，国家也越来越重视燃气行业，“西气东输工程”的实施，表示我国已然进入天然气时代，西气东输工程的投入使用，使得西部资源优势和东部的广阔市场系上了天然纽带。给两部的经济发展带来了巨大的提升。西气东输工程投入使用后，使得东部城市燃气普及与应用更为广泛，这对改善城市环境以及促进城市发展有着巨大的作用。西气东输工程使得每年向长三角提供100亿立方米天然气，大大的解决了上海等地资源危机的问题。甲烷是天然气的主要成分、一氧化碳是煤气的主要成分之一。这两种气体对人体危害很大，在浓度较高的情况下会导致人的窒息死亡，且易燃易爆，这就造成了对居民生命以及财产安全的一种潜在隐患。由于燃气泄漏所引发的中毒、爆炸、火灾等事故常有发生，例如：2014年4月8日3时53分，辽宁省鞍山市西区一小区居民楼内发生爆炸。经初步调查，爆炸系铁西一道街33甲栋3单元43号居民住户煤气泄漏引发；2015年6月9日凌晨5点，广东江门市高新区东宁路70号高新小区发生煤气泄漏并引发火灾，导致一人死亡，三人大面积烧伤；2016年4月18日下午五点二十分，珠海市拱北一餐馆厨房煤气瓶泄漏，引发爆炸。此类事件屡见不鲜，这些情况不仅危害了人民的生命财产安全，也增添了城市的不安全性和不稳定性。为了减少此类事件的发生，为了更安全的使用燃气，并使然更好地为我们服务。在使用燃气的场所安装燃气泄漏监控系统是一种必要的做法。
“防患于未然”说明预防很重要，“报警早、损失少”说明了报警的重要性，所以在燃气使用过程中也是如此，提前的预防以及及时的报警，不仅能解除隐患，还可以避免人身安全以及财产的损失。虽然目前煤气中已加入能使人感到刺鼻气味的添加剂，但这只能机械的告知人们煤气泄漏，未能做出后续的反应。依然会导致灾难的发生。基于此现实，设计一款能检测煤气、天然气泄漏，并能作出后续处理工作的装置，从而杜绝燃气中毒、爆炸、火灾的发生。保障人民的生命财产安全，减少不必要的损失，实为必要之举。
1.2 国内外研究状况
目前许多可燃性气体泄漏报警器以及气敏传感器已经普及应用到许多行业，例如采矿、挖煤等检测可燃性气体浓度，以防止意外的发生。欧美大部分发达国家已经明确规定家庭、公寓以及公共场所等安装相应要求的气体传感报警器。由于人们的安全意识增强，以及对环境安全性和生活舒适性的追求；另一个原因是受到政府法规的限制。所以国外的可燃性气体泄漏监控系统发展的很快。美国从20世纪30年代开始研究可燃性气体报警器，而后几年更是以每年27%~30%的增长速率飞速发展，而日本1963年5月开始研究接触式家用燃气泄漏报警器，1964年12月做出成品。
我国是在70年代初期开始研究可燃性气体传感器的，发展至今我国已经发展型号多样的传感器，可用于各种危险行业的检测，可燃性气体传感器分为民用和工业用可燃性传感器，民用可燃性气体报警器常安装在厨房，伴有显示装置，并有外部联运设备，例如：排风扇、声光报警装置、电磁阀等。工业用可燃性气体报警器与民用内部构造差别不大，只是探头有一定的差异。根据探测场合不同，体积也有所不同，用于燃气查漏与巡检的检漏仪体积小，可随身携带，如果遇到燃气泄漏，检漏仪将发出声光报警同时将显示气体浓度。运用这些仪器大大降低了由于可燃性气体泄漏所引发的中毒、爆炸及火灾等灾害，保证了人民的生命财产安全。
1.3本文研究的主要目的
根据要求系统可分为声光报警模块、信号采集模块、单片机模块、A/D转换模块、显示模块、按键模块。本设计所能达到的主要目的有：
(1)人性化设计，能够自定义调节气体泄露的报警浓度，由按键模块通过键盘输入并通过显示模块显示。
(2)能够实现精准的信号采集，以通过显示器显示当前的煤气浓度。
(3)能够在系统发现有煤气泄漏的情况下作出相应的反应，如声光报警、启动排风扇，以及关闭电磁阀等。
2 系统总体方案设计
2.1设计思路
本设计是运用于家庭使用的煤气泄漏监控系统，要求方便安装，成本低廉且切实有效。经过用的上面的对总体方案以及需要实现的功能的讨论，开始设计硬件系统，硬件系统是软件设计的基础，也是应用的基础。本设计核心模块为气体浓度检测，运用气体传感器将气体浓度变化转化为电信号，并送入单片机进行处理，通过对单片机的编程将浓度通过数码管显示出来。若发生气体浓度超过设定浓度报警值，单片机能控制其它部件进行相应的处理，从而防止灾害的发生。
主机的选用非常重要，在这里我们选用AT89C51型单片机作为主控CPU，因为其总体功能以及各方面的性价比都满足上面所需要求且设计方便。其它部件根据需要进行配备。
2．2设计框图
根据设计所要实现的目的所绘硬件框图如图2.1所示：
硬件框图设计完成后，根据框图设计相应模块电路。本课题总体分为五大模块。分别为：气
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