基于51单片机的可燃气体警报器.doc

51单片机可燃气体警报器 概述及设计方案部分 1.1可燃气易燃易爆气体为可燃气可燃气分多种，例如：氧气、油气、乙炔、甲烷、或乙醇等。可燃气没有固定的限值，任何气体都可变成可燃气。51单片机进行控制的可燃气体探测报警器。当空气中有可燃气体在挥发且浓度达到或超过设定值时，探测器即产生与空气中被测气体浓度成线性关系的电压信号，该信号经过处理后传至控制器并显示气体浓度值，随即发出声、光报警信号，还可以输入相关控制信号，启动相应控制装置，避免重大事故发生。 1.3 可燃气体报警器的工作原理： 选用半导体陶瓷式可燃气体敏感器件为报警器的报警仪及微控制器为报警器的控制核心。半导体陶瓷式可燃性气体敏感器件对以烷类气体为主的多种可燃性气体有良好敏感特性的广谱型半导体敏感器件。传感器送来的可燃性气体浓度对应的微小信号经过放大，送入微控制器，经A/D 转换、浓度比较，线性化数据处理后，转化成相应的十进制浓度值，当可燃气体报警器浓度超出设定的限定值时，发出声光报警并锁定时间。由于气体传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快。为提高响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，可燃气体报警器需要向气体传感器持续输出一个5V 的电压。为了保证其可靠性，在输出5V 的电压的同时，进行故障监测。当传感器加热丝、或电缆线和传感器断线、或接触不良时，进行故障报警。 可燃气体报警器主要由探测器与报警控制器构成。探测器的主要作用是将检测到的环境中的可燃气体浓度转换为电信号。 1.4系统框图： 系统主要由单片机电路、检测电路、报警电路和应急处理电路组成。当有燃气泄漏时，检测电路产生“气—电”信号送单片机，单片机控制蜂鸣器发出预报警信号，经延时、判断，确认为事故泄漏后，发出红光报警，同时启动应急处理程序，关闭阀门，切断气源，并开启排风扇排除室内被污染的空气；若检测到气敏元件损坏，系统关闭阀门并点亮黄色报警灯，提示用户更换气敏传感器。考虑到要实现现场气体浓度显示，超限预警及自动处理等功能，确定可燃气体报警器的总体框架如图1所示。 检测电路 报警电路 应急处理电路 图1 系统框图 1.5可燃气体探测器主要功能以及技术要求： （1）对可燃气体进行检测，可燃气体浓度达到报警设定值时，应能报警。 （2）能设定报警器气体浓度值，范围在1%~25%LEL。（可燃气体在空气中遇明火种爆炸的最低浓度，称为爆炸下限—简称LEL。AT89C51。AT89C51是高性能8位单片机，是一个具有低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 B的随机存取数据存储器（RAM），该器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大。A/D转换器选择了ADC0809。 2.1 检测电路设计： A. MQ—412传感器特点： 可检测天然气、煤气、液化气、氢气等多种可燃性气体。加热电压为+5V，通电电流为150mA，由7805输出直接提供，测量电压选5V。 该传感器具有长期的稳定性，对可燃性气体有较高的灵敏度、良好的抗温性、良好的重复性，测量范围宽；对可燃性气体响应时间10s，从可燃性气体区移到洁净区域恢复时间30s；加热电压为5V，测量电压范围为5-10V；在洁净空气中的测量电阻大于50kΩ；可燃性气体浓度与测量端电阻成线性变化。传感器的测量电路图如图所示，Vb为加热电压，Va为测量电压。 图2 传感器的测量电路图 B.故障检测电路元件： 气敏元件发生短路时，气敏元件检测点连到+5V，为高电平。气敏元件发生开路时，气敏元件输出接近0V，为低电平，而正常工作及可燃气体浓度超过浓度设定值的气敏元件输出范围为0.3-4.0V。根据这一设计要求，选择双运放TL062作为短路和开路的电压比较器。开路比较器基准电压为0.5V，短路比较器基准电压为4.9V。 TL062（A）作开路比较器。2脚为基准电压输入。基准电压由+5V经电阻分压提供，取R20为10kΩ，R21为1 kΩ，则开路电压基准为｛5/（10+1）｝≈0.5V。3脚为断路检测输入点。 TL062（B）作短路比较器。6脚为基准电压输入。基准电压由5V经电阻分压提供，取R23为1 kΩ，R24为47 kΩ，则短路电压基准为｛5/（47+1）｝*47≈4.9V。5脚测输入点。 由电阻R20-R21,R23-R24双运放TL062够成故障检测电路，如图所示。 图3 故障检测电路 2.2 单片机及其外围电路设计 由集成运放7650输出的电压值就是要智能化处理的信号，将此值送入控制部分。控制部分的主要器件是AT89C51，所有的智能化处理都是基于AT89C51的控制。 C.管脚说明：