基于单片机控制的甲烷浓度报警监控仪_李鸿燕

1、基于单片机控制的甲烷浓度报警监控仪Design of Methane Concentration Alarm MonitorControlled by Chip Microprocessor李鸿燕张立毅(太原理工大学太原030024【摘要】介绍了一个用单片机控制的甲烷浓度报警监控仪,能够准确地检测甲烷含量,当被测气体中甲烷浓度超过预定数值时,将声光报警,同时开始排风,可将测量结果传送20km 之远。具有消除安全生产的最大隐患、电路设计新颖、参数测量准确、操作方便等特点。【关键词】甲烷浓度,气体检测,气体监控,微机控制,敏感元件,电路设计ABSTRACT The paper presents t

2、he methane co ncentra tio n a la rm mo nito r co ntro lled by chip micro pr ocessor ,tha t can detect the concentra tio n of methane co r rectly.W hen the methane co ncentr atio n in tested air ex ceeds the ra ted va lue,the mo nito r will giv e alarm a nd same time star t the ex haust uni t ,and th

3、e tested r esult ca n be se nt far 20km aw ay .The monitor can remov e the most hid-den peril o f sa fety productio n and is char acterized with new design of circuit ,cor rect measurement par ameter s and conve nient oper a-tio n,etc.KEYWORDS methane co ncentr atio n,g as detectio n,g as monito r ,

4、micro processor contr ol,sensitiv e element,circuit desig n在工业生产中,准确检测有害气体尤其是甲烷的含量,并及时给予报警,消除安全生产的最大隐患,具有重要的意义。因此,研制工作可靠、经济、简单的甲烷浓度报警监控仪就显得很有必要。1报警监控仪的工作原理甲烷浓度报警监控仪的工作原理如图1所示 。图1甲烷浓度报警监控仪工作原理图CPU 通过I /O 口输出低电平经反相器加在催化元件电源端,使催化元件开始工作,输出一个与甲烷浓度相对应的电压信号,此电压经过放大电路放大后,分别送到A /D 转换、报警电路。A /D 转换电路将模拟信号转换为数字

5、信号送入CPU ,CPU 对采样值进行数值计算,处理后驱动显示器显示出被测气体中的甲烷浓度值。若被测气体中甲烷浓度超过报警、断电电路预定的数值时,报警电路发出声、光报警信号,同时启动排风设备。当计算机控制系统需要查询甲烷浓度时,只要发出相应信息,报警监控仪即可将测量结果经串行口及通信电路传送出去,最长传输距离可达20km 。2硬件电路设计为了满足安全生产的需要,保证系统输出为本质安全型,同时还要满足体积小、耗电少、精度高的要求,硬件电路设计中尽可能选用功耗小、性能稳定的集成电路。2.1微控制器CPUCPU 是报警监控仪的核心,完成数据采集、处理、输出、显示等功能。选择通用性强、功耗小、性能良好

6、的8位CM OS 微处理器芯片AT 89C 51,它与常用M CS51型单片机兼容,工作电压为2.7 6.0V ,具有32条可编程I /O 端口,3个16位定时/计数器,256×8位内部RAM ,内带8k 字节快闪EPPROM 等特点,大大简化了电路的设计。2.2敏感元件敏感元件是准确检测气体浓度的关键。采用热催化元件与热导元件分别与金属膜电阻组成测量电桥,在气体的电源端加入高电平时,元件开始工作,当环境中无甲烷气体时,调整电桥平衡,使之输出为零。当有甲烷气体时,甲烷气体以扩散方式进入测量气室,接于桥臂的热催元件或热导元件发生氧化还原反应,引起元件温度升高,阻值增大,使电桥失衡,输出

7、与甲烷浓度相对应的电压信号,测量该电压信号即可获得甲*20020423收到,20020520改回*李鸿燕,女,1973年生,在读硕士,研究方向:智能检测技术。·29·第15卷第8期电脑开发与应用(总395图2甲烷浓度报警监控仪软件流程图烷浓度。2.3小信号放大电路小信号放大电路采用LM324集成运算放大器,放大敏感元件输出的电压信号。2.4A/D转换电路A/D转换电路采用Texas仪器公司的T LC542A/D转换器。该转换器是采用CMO S工艺, 11路输入,8位输出的串行A/D转换器,与CPU接口简单,转换速度快,而且功耗小,最大耗只有10mW。2.5通信电路通信电路采

8、用日本O KI公司的M SM7512B远距离、低功耗、高可靠性的调制解调芯片,使用该芯片编程容易,外围电路简单,通信距离可达20km,远远大于其它常用通信芯片的距离。并且小信号传送稳定可靠,克服了模拟传送中小信号失真大的缺点,满足使用需要。2.6可编程看门狗电压监控电路可编程看门狗电压监控电路选用Xicor公司的X25045芯片,它是集看门狗定时器功能、电压监控功能、快闪EPPROM存储功能为一体的集成芯片。看门狗定时器功能对微控制器提供独立的保护系统,可编程设置三种周期,当系统出现故障时,在预先设定的周期之后也不改变。电压监控功能可以保护系统使之免受电压变化的影响,当V cc低于最小转换点时

9、,系统复位,直到电压升高且稳定为止。EPPROM可存放数据,安全可靠。这种组合不仅减小电路板,降低成本,而且与C PU接口简单,性能稳定。3软件设计系统软件采用模块化结构程序设计方法设计,主要包括主程序、定时器中断服务程序、串行口中断服务程序、各子程序模块等。主程序完成系统初始化、打开催化元件、查询各种状态并控制相应操作等功能,流程图如图2所示。4结束语本监控仪硬件结构简单,软件设计灵活,充分发挥了单片机结构紧凑,功能强的优点,并且具有自动报警的功能,是一种电路设计新颖、参数测量准确、操作方便的甲烷浓度报警监控仪。参考文献(上接第28页3结束语温岭市土地利用数据库的更新充分利用了3S等现代空间科学技术,进行土地利用现状变更,使土地利用现状的调查精度和调查质量上了一个台阶,满足了土地资源日常管理的需要。今后3S技术在土地利用现状变更中的应用将得到不断充实和完善,形成一套完整、快速、成熟的土地利用现状更新技术方法和技术流程,并逐步向产业化方向发展。土地利用现状数据库作为国土资源信息网络中最基础数据之一,将为土地利用总体规划、基本农田保护、建设用地管理等土地资源的宏观分析与决策提供了依据。拓宽思路,运用新方法、新技术,进一步扩大土地利用遥感动态监测应用领域:利用中、高空间分辨率卫星