城市管道燃气防泄漏检测系统的硬件设计
随着工业化及城市化的发展，石油、煤炭、天然气作为三大主要能源得到了大力的开采和使用。但是在使用的过程中，这些燃气存在着很多安全隐患.所以为了保证市民的人身和财产安全，需要设计更周密的城市燃气管道防泄漏检测系统。如果管道燃气发生泄漏的话，管道内的温度、压力、流量等参数会发生相应的变化，温度会降低，流量也会减少，用温度传感器、压力传感器、罗茨流量计测量这些量的数值，传送到单片机MSP430F149内，通过程序处理，比较测量值与管道正常运行的基准值，来判断燃气是否发生泄漏。如果发生泄漏，蜂鸣器报警电路会报警，提示检修人员及时处理管道出现的问题，尽量避免事故的发生。首先选择需要用的元器件类型，对各模块电路进行单独构思，画出电路图，再按电路图进行焊接，再下载软件相应程序，对焊接好的硬件进行调试，最终基本实现任务书中的功能。并且找出设计中的不足，进行总结，最后对将来城市管道燃气防泄漏检测系统的发展方向作出展望。关键词 城市管道燃气，防泄漏检测，MSP430F149，容积流量计，DS18B20
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 2
2 城市管道燃气检测系统的总体设计 2
2.1 城市管道燃气检测系统的设计思想 2
2.2 总体功能 3
3 硬件设计 3
3.1 总体框图 3
3.2 微处理器 4
3.3 温度采集电路的设计 8
3.4 压力采集 10
3.5 流量采集电路 11
3.6 LCD显示屏 14
3.7 报警电路 17
4 防泄漏检测系统的调试与测试 19
4.1 调试 19
4.2 调试结果分析 22
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
随着时代的发展，城市化的推进，天然气已经发展成为21世纪最受关注的能源之一。从1997年至今，中国的天然气行业发展迅速，天然气消耗量的复合增长率达到15%。从数据上看 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
，天然气的增长速度高于煤、原油、石油等其它常用能源。考虑到煤、原油是不可再生能源，且不属于清洁能源，而天然气可再生并且是清洁能源，符合现代环保生活的理念，所以现代生产生活对天然气的需求较旺盛。[1]但是任何事物都有两面性，天然气在给生活带来便利时，也带来了安全隐患。如果使用不当或者是在管理方面出现问题，就会提高天然气事故发生的概率，造成人民财产损失，威胁市民人身安全。
近年来，因燃气泄漏导致的安全事故数不胜数，1995年4月28日，在韩国大邱一所中学校门前面发生一起严重天然气爆炸事故，由于地铁工人施工不慎挖断了地下的天然气管线，导致天然气大量泄漏，弥漫到整个场地，再接触到焊枪发出的火花，随即发生了强烈的爆炸。导致107人死亡，200多人受伤，100多辆汽车被毁，是较为严重的事故；1998年6月13日，重庆一职工出门买东西未关闭灶具，导致锅内汤水溢灭火焰，室内小孩发现气体异味，关闭灶具，但是随即产生火花，发生爆炸燃烧，小孩严重烧伤，室内家具被毁；2000年8月9日，辽宁省葫芦岛市，位于火车站东侧一栋楼的3楼发生了液化石油气泄漏并发生爆炸，导致4人死亡，10多人受伤，多辆汽车受到损坏；2006年7月21日，云南玉溪市一钢铁公司在对高炉进行修理时，3名工作人员被泄漏的煤气熏死；2011年4月11日，北京市朝阳区一居民楼发生燃气爆炸事故，造成6死一伤，导致该居民楼东侧5单元整体塌陷等等。这些年来，我国平均每年发生的燃气泄漏事故超过4000起，造成了大量的人员伤亡和财产损失。因而，燃气相关工作人员以及用户必须足够重视燃气的安全使用问题。[12]
总结过往燃气事故，管道腐蚀老化和第三方人为破坏是引发城市燃气事故的主要原因。燃气事故主要又分为三类：胶管老化破裂、老鼠食咬造成的燃气泄漏，做饭未及时关火造成的溢灭灶火，阀门未关、液化气罐泄漏等属于室内燃气泄漏；装置设备发生故障，第三方人为违章施工破坏管道属于户外管网类；最后一种是其他类，包括煤矿、工厂、气站事故，煤气中毒等。[2]室内燃气管道泄漏造成的安全事故所占的比例最大，为54.7%，并且室内燃气管道泄漏事故发生的几率最大，占有28.18%。第二类燃气事故占总事故率的25.13%，其中第三方人为原因是第二大因素，占17.7%。如果能在事故发生时及时检测到燃气发生泄漏并报警的话，会避免很多的人员伤亡和财产损失，所以做好城市管道燃气检测系统对城市居民的人身安全有着重要的作用。
1.2 研究现状和发展趋势
在我国，传统的燃气泄漏检测是人工巡检，人工巡检实际上是间断性检测，根据检测对象的特点可以分为固定式和便携式。固定式是指把检测设备装设在固定点如厨房燃气管道内，阀门处等，其主要是对检测系统附近的一定空间内进行监测，当燃气浓度超过基准值，就会发出报警信号，通知用户或者检修人员采取应急措施。而便携式，是巡检人员随身携带的检测设备。巡检人员用该设备对燃气管道的各个管点进行检测，这样的话，就提高了检测工作的准确性和灵敏度。但是传统的检测方法存在着很多的缺陷，如果在夜间或者人烟稀少的地方发生燃气泄漏，就很难及时发现并处理，另外城市燃气管道较长并且复杂，巡检周期就会拉长，不利于及时发现泄漏。[23]
随着时代的发展，计算机监控运行正在进入城市燃气管网的运行。SCANDA系统是以计算机为基础的远程调度和生产过程控制相结合的自动化系统，它可以实现对燃气网络的中央监控和管理。在实际生活中一般会采用多种管道检测方法，如压力流量检测分析法，质量体积平衡法，压力点检漏法，压力波检漏法，统计检漏法等。以上检测分析的方法易于维护，费用不高，但缺点是不能确定泄漏点的具体位置，及时进行处理，对于缓慢进行的泄漏也不能及时发觉。
燃气管道的完整性是管道工程的研究重点，只有具有良好的完整性，才能达到管道系统标准化、科学化、规范化的要求。因此，燃气管道相关工作人员应该积极学习先进的管理设计技术，严格执行国家规定的管道安全条例，为国家燃气管道建设发展做出自己的贡献。
2 城市管道燃气检测系统的总体设计
2.1 城市管道燃气检测系统的设计思想
本课题的设计思路：在管道内装设检测硬件，通过罗茨流量计、温度传感器、压力传感器检测管道内的流量、温度和压力，将数据显示在LCD显示屏上，并与基准值进行比较，若果超过基准值，就报警通知工作人员及时进行检修。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 研究现状和发展趋势 2
2 城市管道燃气检测系统的总体设计 2
2.1 城市管道燃气检测系统的设计思想 2
2.2 总体功能 3
3 硬件设计 3
3.1 总体框图 3
3.2 微处理器 4
3.3 温度采集电路的设计 8
3.4 压力采集 10
3.5 流量采集电路 11
3.6 LCD显示屏 14
3.7 报警电路 17
4 防泄漏检测系统的调试与测试 19
4.1 调试 19
4.2 调试结果分析 22
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
随着时代的发展，城市化的推进，天然气已经发展成为21世纪最受关注的能源之一。从1997年至今，中国的天然气行业发展迅速，天然气消耗量的复合增长率达到15%。从数据上看 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
，天然气的增长速度高于煤、原油、石油等其它常用能源。考虑到煤、原油是不可再生能源，且不属于清洁能源，而天然气可再生并且是清洁能源，符合现代环保生活的理念，所以现代生产生活对天然气的需求较旺盛。[1]但是任何事物都有两面性，天然气在给生活带来便利时，也带来了安全隐患。如果使用不当或者是在管理方面出现问题，就会提高天然气事故发生的概率，造成人民财产损失，威胁市民人身安全。
近年来，因燃气泄漏导致的安全事故数不胜数，1995年4月28日，在韩国大邱一所中学校门前面发生一起严重天然气爆炸事故，由于地铁工人施工不慎挖断了地下的天然气管线，导致天然气大量泄漏，弥漫到整个场地，再接触到焊枪发出的火花，随即发生了强烈的爆炸。导致107人死亡，200多人受伤，100多辆汽车被毁，是较为严重的事故；1998年6月13日，重庆一职工出门买东西未关闭灶具，导致锅内汤水溢灭火焰，室内小孩发现气体异味，关闭灶具，但是随即产生火花，发生爆炸燃烧，小孩严重烧伤，室内家具被毁；2000年8月9日，辽宁省葫芦岛市，位于火车站东侧一栋楼的3楼发生了液化石油气泄漏并发生爆炸，导致4人死亡，10多人受伤，多辆汽车受到损坏；2006年7月21日，云南玉溪市一钢铁公司在对高炉进行修理时，3名工作人员被泄漏的煤气熏死；2011年4月11日，北京市朝阳区一居民楼发生燃气爆炸事故，造成6死一伤，导致该居民楼东侧5单元整体塌陷等等。这些年来，我国平均每年发生的燃气泄漏事故超过4000起，造成了大量的人员伤亡和财产损失。因而，燃气相关工作人员以及用户必须足够重视燃气的安全使用问题。[12]
总结过往燃气事故，管道腐蚀老化和第三方人为破坏是引发城市燃气事故的主要原因。燃气事故主要又分为三类：胶管老化破裂、老鼠食咬造成的燃气泄漏，做饭未及时关火造成的溢灭灶火，阀门未关、液化气罐泄漏等属于室内燃气泄漏；装置设备发生故障，第三方人为违章施工破坏管道属于户外管网类；最后一种是其他类，包括煤矿、工厂、气站事故，煤气中毒等。[2]室内燃气管道泄漏造成的安全事故所占的比例最大，为54.7%，并且室内燃气管道泄漏事故发生的几率最大，占有28.18%。第二类燃气事故占总事故率的25.13%，其中第三方人为原因是第二大因素，占17.7%。如果能在事故发生时及时检测到燃气发生泄漏并报警的话，会避免很多的人员伤亡和财产损失，所以做好城市管道燃气检测系统对城市居民的人身安全有着重要的作用。
1.2 研究现状和发展趋势
在我国，传统的燃气泄漏检测是人工巡检，人工巡检实际上是间断性检测，根据检测对象的特点可以分为固定式和便携式。固定式是指把检测设备装设在固定点如厨房燃气管道内，阀门处等，其主要是对检测系统附近的一定空间内进行监测，当燃气浓度超过基准值，就会发出报警信号，通知用户或者检修人员采取应急措施。而便携式，是巡检人员随身携带的检测设备。巡检人员用该设备对燃气管道的各个管点进行检测，这样的话，就提高了检测工作的准确性和灵敏度。但是传统的检测方法存在着很多的缺陷，如果在夜间或者人烟稀少的地方发生燃气泄漏，就很难及时发现并处理，另外城市燃气管道较长并且复杂，巡检周期就会拉长，不利于及时发现泄漏。[23]
随着时代的发展，计算机监控运行正在进入城市燃气管网的运行。SCANDA系统是以计算机为基础的远程调度和生产过程控制相结合的自动化系统，它可以实现对燃气网络的中央监控和管理。在实际生活中一般会采用多种管道检测方法，如压力流量检测分析法，质量体积平衡法，压力点检漏法，压力波检漏法，统计检漏法等。以上检测分析的方法易于维护，费用不高，但缺点是不能确定泄漏点的具体位置，及时进行处理，对于缓慢进行的泄漏也不能及时发觉。
燃气管道的完整性是管道工程的研究重点，只有具有良好的完整性，才能达到管道系统标准化、科学化、规范化的要求。因此，燃气管道相关工作人员应该积极学习先进的管理设计技术，严格执行国家规定的管道安全条例，为国家燃气管道建设发展做出自己的贡献。
2 城市管道燃气检测系统的总体设计
2.1 城市管道燃气检测系统的设计思想
本课题的设计思路：在管道内装设检测硬件，通过罗茨流量计、温度传感器、压力传感器检测管道内的流量、温度和压力，将数据显示在LCD显示屏上，并与基准值进行比较，若果超过基准值，就报警通知工作人员及时进行检修。
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