基于单片机煤气泄漏报警器设计(附件)【字数：9497】
摘 要在当今社会使用可燃气体的种类越来越多，相关应用也越来越广泛。煤气，作为比较易得到的能源，早已走入千万家庭。在煤气使用过程中，因泄漏造成火灾、爆炸、一氧化碳中毒事故时有发生。从安全考虑，设计一款煤气泄漏自动报警的装置是顺应当前市场需求的。本设计对煤气泄漏报警、检测器进行了深入研究，通过“传感器+单片机控制电路”的方法完成设计，具有稳定性好，反应灵敏，抗干扰能力强等优点。选用MQ-7传感器对CO气体进行浓度检测。采用具有8位CPU，32个可编程I/O口的STC89C51单片机作为为控制器。加上A/D转换模块、键盘模块、报警模块组成一基于单片机煤气泄漏报警器。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2主要的气体传感器及其原理 2
1.3气体浓度检测发展现状 3
1.4设计的主要工作内容 3
第二章 总体方案设计 5
2.1 设计任务要求及预期目标 5
2.2系统原理及方案论证 5
2.3主要元器件选择 6
第三章 硬件电路设计 8
3.1 控制模块 8
3.2 CO气体采集及A/D转换模块 10
3.3 LCD1602显示模块 11
3.4 声光报警模块 12
3.5键盘模块 13
第四章 软件系统设计 14
4.1程序设计步骤和思路 14
4.2系统主程序流程图 14
4.3 A/D模块流程图 16
4.4按键模块流程图 17
4.5报警模块流程图 17
4.6显示模块流程图 18
第五章 硬件功能实现与测试 19
5.1 实物图 19
5.2系统调试 19
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25 第一章 绪论
1.1课题的背景和意义
随着石油化工技术的发展，天然气、液化石油气、水煤气等化工燃料已经走进千家万户，给人类的日常生产生活带来了翻天覆地的影响。这些比干柴、秸秆、煤炭更清洁高效的燃料给人们的生活带来便 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
利的同时，也增加了日常的安全隐患。这些气体若在日常的生产、运输、使用中发生了泄漏，可能引起火灾，气体中毒，甚至是爆炸等重大事故,对人民的生命和财产安全造成严重威胁，所以对可燃气体泄漏的预警措施必不可少。
在发生泄漏后，这些无色无味的可燃气体在风力和自身浓度梯度的因素下，将会沿着地面向四周扩散，在事故现场形成燃烧爆炸区和毒害危险区。2010年1月4日10时50分，位于邯郸武安市西南约45公里山区的河北普阳钢铁有限公司发生重大煤气中毒事故，造成21人死亡、9人受伤，直接经济损失980万元。这类燃气泄漏事故的共同特点是扩散速度快，救援难度大，危害范围广，容易造成人员伤亡。在事故发生时，如何让工作人员尽早发现燃气泄漏，就成了挽回人员生命安全及财产损失的关键。可燃气体传感器和相应的检测设备应运而生。时至今日，可燃气体传感器已经广泛应用于我们生产生活中的方方面面，包括石油化工、矿井、厨房、天然气管道等。
在人们日常使用的煤气中主要成分为CO和H2。其中CO对人的威胁最大。CO是一种无色无味有毒气体，一旦泄漏，人难以察觉。CO分子质量为28，空气平均质量为29，所以CO更容易扩散到空气中并向外围扩散。倘若人体暴露在事故现场，无法避免吸入一氧化碳，进而威胁生命安全。一个成人在CO浓度（PPM）为50～100ppm连续工作（呼吸）4小时以上会有轻微头痛；100～150ppm连续工作（呼吸）4小时以上会感到耳鸣、头痛出现轻微中毒；150～250ppm连续工作（呼吸）3小时以上，就会感到耳鸣、头痛、头晕、恶心、呕吐、心跳加快出现轻度中毒；250～450ppm连续工作（呼吸）1小时以上，就会感到耳鸣、头痛、头晕、心跳加快及口唇、指甲、皮肤粘膜出现樱桃红色、多汗，出现中度中毒；450～600连续工作（呼吸）1小时以上,就会感到耳鸣、多汗、头痛、心跳加快及呕吐,心律失常、烦躁、出现中度中毒；600～900连续工作（呼吸）20～30分钟出现头痛，四肢无力、呕吐，丧失行动能力及昏迷症状属于重度中毒。
中毒机理是因为一氧化碳与血红蛋白亲和力比氧高200～300倍，一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息。对人体各类组织细胞均有毒性，尤其对大脑皮质的影响最为严重，可能带来严重的后遗症。我国工业卫生标准规定，生产现场一氧化碳浓度不允许超过50ppm。
在当今社会追求绿色环保可持续发展的大背景下，人类渐渐抛弃了柴、煤、炭等燃料，选择使用更为环保的天然气、液化石油气、沼气、水煤气等气体燃料。但仍会出现燃料燃烧不充分产生一氧化碳的情况。在人们日常生活生产中，因管道煤气泄漏、灶具不合格导致燃气不合格燃烧、燃气热水器使用不当或产品不合格造成一氧化碳中毒的事故时有发生，造成严重人员伤亡。预防措施有很多，其中最经济有效的方法就是安装CO报警器，尽早发现尽早处置。一氧化碳检测设备用途广泛，可以用于冶金，化工，煤炭，家庭，环保，汽车尾气检测等目前我国生产气体传感器技术相对比较成熟，不再受限于国外进口，成本因数降低；加上安全环保意识渐渐深入人心，未来市场需求量会迅速增涨。
1.2主要的气体传感器及其原理
（1）金属氧化物半导体传感器
金属氧化物半导体式传感器利用被测气体吸附在半导体表面，通过改变半导体电导率，比较前后电流变化，输出浓度信号。这类半导体式传感器在测量过程中受环境影响较大，输出线性不稳定。金属氧化物半导体传感器也因其反应十分灵敏，目前被广泛应用于检测气体微漏的情况。
（2）催化燃烧式传感器
催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理，可燃气体在传感器内无焰燃烧，燃烧产生温度升高使感应电阻的阻值发生变化，打破电桥平衡，输出电流信号，再经过放大电路、A/D转换电路最后得到浓度数值。具有输出信号线形良好、价格低廉、不会受到非可燃性气体干扰等优点。但需要预热，不能长时间可靠工作。
（3）红外式传感器
红外气体传感器，是基于不同的物质对红外线具有不同的吸收能力这一特性，利用气体浓度与吸收强度的关系（朗伯比尔LambertBeer定律）鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。它与其它类别气体传感器如电化学式、催化燃烧式、半导体式等相比应用更加广泛、使用寿命更长、灵敏度高、稳定性好、适合多种类气体、维护成本较低。因此被广泛应用于石油化工，工矿开采，冶金，大气污染检测和农业、医疗卫生等领域。它可以检测多钟气体的同时可靠性还很高，选择性好，精度也高，抗环境干扰能力强，不依赖氧气工作，不消耗被测气体，优势明显，在未来的市场中很可能会成为主流的。由于现今处于起步的阶段，技术有待开发，市面上还较少，制作成本还比较高。这些种种局限对限制了红外气体传感器的广泛使用。希望在未来的技术发展中，可以出现更多更好的技术让它变得更加成熟，更加实用，在市场上的占有更高的位置。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2主要的气体传感器及其原理 2
1.3气体浓度检测发展现状 3
1.4设计的主要工作内容 3
第二章 总体方案设计 5
2.1 设计任务要求及预期目标 5
2.2系统原理及方案论证 5
2.3主要元器件选择 6
第三章 硬件电路设计 8
3.1 控制模块 8
3.2 CO气体采集及A/D转换模块 10
3.3 LCD1602显示模块 11
3.4 声光报警模块 12
3.5键盘模块 13
第四章 软件系统设计 14
4.1程序设计步骤和思路 14
4.2系统主程序流程图 14
4.3 A/D模块流程图 16
4.4按键模块流程图 17
4.5报警模块流程图 17
4.6显示模块流程图 18
第五章 硬件功能实现与测试 19
5.1 实物图 19
5.2系统调试 19
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25 第一章 绪论
1.1课题的背景和意义
随着石油化工技术的发展，天然气、液化石油气、水煤气等化工燃料已经走进千家万户，给人类的日常生产生活带来了翻天覆地的影响。这些比干柴、秸秆、煤炭更清洁高效的燃料给人们的生活带来便 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
利的同时，也增加了日常的安全隐患。这些气体若在日常的生产、运输、使用中发生了泄漏，可能引起火灾，气体中毒，甚至是爆炸等重大事故,对人民的生命和财产安全造成严重威胁，所以对可燃气体泄漏的预警措施必不可少。
在发生泄漏后，这些无色无味的可燃气体在风力和自身浓度梯度的因素下，将会沿着地面向四周扩散，在事故现场形成燃烧爆炸区和毒害危险区。2010年1月4日10时50分，位于邯郸武安市西南约45公里山区的河北普阳钢铁有限公司发生重大煤气中毒事故，造成21人死亡、9人受伤，直接经济损失980万元。这类燃气泄漏事故的共同特点是扩散速度快，救援难度大，危害范围广，容易造成人员伤亡。在事故发生时，如何让工作人员尽早发现燃气泄漏，就成了挽回人员生命安全及财产损失的关键。可燃气体传感器和相应的检测设备应运而生。时至今日，可燃气体传感器已经广泛应用于我们生产生活中的方方面面，包括石油化工、矿井、厨房、天然气管道等。
在人们日常使用的煤气中主要成分为CO和H2。其中CO对人的威胁最大。CO是一种无色无味有毒气体，一旦泄漏，人难以察觉。CO分子质量为28，空气平均质量为29，所以CO更容易扩散到空气中并向外围扩散。倘若人体暴露在事故现场，无法避免吸入一氧化碳，进而威胁生命安全。一个成人在CO浓度（PPM）为50～100ppm连续工作（呼吸）4小时以上会有轻微头痛；100～150ppm连续工作（呼吸）4小时以上会感到耳鸣、头痛出现轻微中毒；150～250ppm连续工作（呼吸）3小时以上，就会感到耳鸣、头痛、头晕、恶心、呕吐、心跳加快出现轻度中毒；250～450ppm连续工作（呼吸）1小时以上，就会感到耳鸣、头痛、头晕、心跳加快及口唇、指甲、皮肤粘膜出现樱桃红色、多汗，出现中度中毒；450～600连续工作（呼吸）1小时以上,就会感到耳鸣、多汗、头痛、心跳加快及呕吐,心律失常、烦躁、出现中度中毒；600～900连续工作（呼吸）20～30分钟出现头痛，四肢无力、呕吐，丧失行动能力及昏迷症状属于重度中毒。
中毒机理是因为一氧化碳与血红蛋白亲和力比氧高200～300倍，一氧化碳极易与血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧的能力和作用，造成组织窒息。对人体各类组织细胞均有毒性，尤其对大脑皮质的影响最为严重，可能带来严重的后遗症。我国工业卫生标准规定，生产现场一氧化碳浓度不允许超过50ppm。
在当今社会追求绿色环保可持续发展的大背景下，人类渐渐抛弃了柴、煤、炭等燃料，选择使用更为环保的天然气、液化石油气、沼气、水煤气等气体燃料。但仍会出现燃料燃烧不充分产生一氧化碳的情况。在人们日常生活生产中，因管道煤气泄漏、灶具不合格导致燃气不合格燃烧、燃气热水器使用不当或产品不合格造成一氧化碳中毒的事故时有发生，造成严重人员伤亡。预防措施有很多，其中最经济有效的方法就是安装CO报警器，尽早发现尽早处置。一氧化碳检测设备用途广泛，可以用于冶金，化工，煤炭，家庭，环保，汽车尾气检测等目前我国生产气体传感器技术相对比较成熟，不再受限于国外进口，成本因数降低；加上安全环保意识渐渐深入人心，未来市场需求量会迅速增涨。
1.2主要的气体传感器及其原理
（1）金属氧化物半导体传感器
金属氧化物半导体式传感器利用被测气体吸附在半导体表面，通过改变半导体电导率，比较前后电流变化，输出浓度信号。这类半导体式传感器在测量过程中受环境影响较大，输出线性不稳定。金属氧化物半导体传感器也因其反应十分灵敏，目前被广泛应用于检测气体微漏的情况。
（2）催化燃烧式传感器
催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理，可燃气体在传感器内无焰燃烧，燃烧产生温度升高使感应电阻的阻值发生变化，打破电桥平衡，输出电流信号，再经过放大电路、A/D转换电路最后得到浓度数值。具有输出信号线形良好、价格低廉、不会受到非可燃性气体干扰等优点。但需要预热，不能长时间可靠工作。
（3）红外式传感器
红外气体传感器，是基于不同的物质对红外线具有不同的吸收能力这一特性，利用气体浓度与吸收强度的关系（朗伯比尔LambertBeer定律）鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。它与其它类别气体传感器如电化学式、催化燃烧式、半导体式等相比应用更加广泛、使用寿命更长、灵敏度高、稳定性好、适合多种类气体、维护成本较低。因此被广泛应用于石油化工，工矿开采，冶金，大气污染检测和农业、医疗卫生等领域。它可以检测多钟气体的同时可靠性还很高，选择性好，精度也高，抗环境干扰能力强，不依赖氧气工作，不消耗被测气体，优势明显，在未来的市场中很可能会成为主流的。由于现今处于起步的阶段，技术有待开发，市面上还较少，制作成本还比较高。这些种种局限对限制了红外气体传感器的广泛使用。希望在未来的技术发展中，可以出现更多更好的技术让它变得更加成熟，更加实用，在市场上的占有更高的位置。
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