基于a89s52单片机的天然气报警系统设计

基于a89s52单片机的天然气报警系统设计

1天然气泄漏报警系统天然气在能源国家的能源消耗结构中所占比例较大。这是非常方便的，改善了我们的生活环境，但也带来了一些安全隐患。天然气中主要成分是一氧化碳,一氧化碳是一种易爆、无色无味剧毒的可燃性气体,其在使用中,若管道和阀门密封不好,导致泄露,轻者引起中毒,重者引起火灾,造成安全事故。天然气泄漏报警系统被广泛的应用于各个领域,如石油化工企业、石油运输管线、城市自来水地下管线、锅炉炉管、发动机箱体、缸盖等各种领域。报警系统主要针对室内天然气中主要成份一氧化碳进行监控,以单片机为主控核心,MQ-7传感器为传感元件,液晶显示结果,是一集数据采集处理、对象控制、结果显示等功能于一体的报警系统。2氧化碳检测电路系统功能:将被测气体中有害气体(一氧化碳)的浓度检测出来,由液晶显示出被测气体浓度值,同时被测气体浓度达到预设值时,系统产生声光报警。报警系统主要包括:AT89S52单片机主控电路、一氧化碳浓度采集电路、A/D转换电路、液晶显示电路、报警电路,光电隔离电路等。其工作流程为:由MQ-7传感器采集一氧化碳气体浓度的信号,经过温度补偿和放大处理后,送入A/D转换,再由单片机进行数据处理,得到一氧化碳浓度值,并由液晶LCD显示并保存,同时判断一氧化碳浓度是否超出系统预设值,如果超出微控制器立即向光隔离接口发送指令,由执行机构继电器产生动作,使排气扇打开,如果再超出极限值,继电器切断阀门,并开始进入危险期计时,计时超过预置时间如果一氧化碳浓度还高,系统启动发出声光报警,提示室内人员立即关闭气源、打开门窗,并撤离事故现场。3系统硬件设计3.1时钟脉冲的电路设计系统采用AT89S52单片机为主控核心,图2为AT89S52单片机构成的最小系统,其核心为AT89C52芯片、外围由复位电路和晶振电路构成。复位电路采用按键复位,其由按键S,10μF电容和10k电阻构成,按下开关S系统自动复位。因为系统需要记录测试发生的时间,所以需要时钟芯片来记录在不同时间的监测数据。AT89S52单片机时钟脉冲采用石英晶体构成,在AT89S52的XL1和XL2端口外接石英晶体,加电后自激振荡产生脉冲信号,作为单片机时钟脉冲信号。图中电容器C1和C2稳定频率和快速起振,电容值在5-30pF,典型值是22pF,晶振CYS选择的是12MHz晶振。3.2mq-7传感器MQ-7气敏元件由SnO2敏感层、微型Al2O3陶瓷管、加热器和测量电极组成,采用金属或树脂封装。主要参数:工作温度20℃±2℃;环境相对湿度65%±5%;探测范围:10ppm-1000ppm;相对湿度:小于95%RH;工作电压:Vcc=5.0V±0.1VVH(高)=5.0V±0.1VVH(低)=1.5V±0.1V。探测范围:10ppm-1000ppm。MQ-7传感器气室采用活性炭过滤层可改善传感器的选择性。报警系统一氧化碳浓度的测量是关键,针对监测室内一氧化碳浓度大概范围,选用了一种专门用于一氧化碳气体浓度检测MQ-7传感器,该传感器是一种半导体气体传感器,采用全微电子工艺制成,其对一氧化碳响应的选择性好,在信号采集的同时自动进行温度补偿,并具有灵敏度高,性能稳定等特点。MQ-7传感器为四端元件,其中2、4引脚为加热器的电源接线端,1、3引脚为传感器输出端。图3是传感器的基本测试电路。该传感器需要施加2个电压:加热器电压(VH)和测试电压(VC)。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度。VC则是用于测定与传感器串联的负载电阻(RL)上的电压(VRL)。这种传感器具有轻微的极性,VC需用直流电源。在满足传感器电性能要求的前提下,VC和VH可以共用同一个电源电路。为更好利用传感器的性能,需要选择恰当的RL值。MQ-7气体传感器工作原理:采用高低温循环检测方式,低温1.5V加热时,检测一氧化碳,传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大,高温(5.0V加热)清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化,转换为与该气体浓度相对应的输出信号。3.3运放控制器信号调理电路采用仪表放大器AD620,其内部结构是由OP-07组成的三运放结构,由于它的外围电路十分简单,由AD620构成的放大器在系统中如图4所示。其基本接法是在1脚与8脚之间外接电阻RG,增益由式G=1+49.4KÙ/RG确定,设计的放大器的增益控制在30-50分贝可调。3.4基于co的光栅电极保护光电隔离器具有响应速度较快、寿命长、体积小耐冲击等好处,使其在强-弱电接口,特别是在单片机系统中获得广泛应用。其由GaAs红外二极管与光敏三极管组成,当红外二极管加正向电压导通时,发射红外光,其光谱范围为700-1000nm,光敏三极管接收到该红外光后导通。单片机AT89S52的P2.2、P2.3口控制着管道阀门和排气扇的开合,当P2.2为高电平时,经反相器7404变为低电平,使发光二极管发光,光敏三极管导通,进而使三极管8050导通继电器触点闭合,使220V驱动电源接通,使得气源阀门关闭。同理P2.3口为高电平时,使继电器触点闭合,电源接通,排气扇打开,使CO浓度降低。图中所示电阻R1为限流电阻,二极管D的作用是保护晶体管8050。当感应电压与VCC之和大于三极管反向击穿电压时,三极管易损坏,加入二极管D,继电器线圈产生的感应电流从二极管D流过,可有效保护三极管8050。3.5lm010l通讯系统显示部分采用LM016L液晶块,其内集成有常用的指令集,并含控制器,可以实现字符闪烁、移动等功能,单片机与LM016L通讯可采用并行传输方式,本系统采用8位并行通讯。显示电路如图6,液晶LM016L的控制线RS、RW、RE连接单片机AT89C52的P2.5、P2.6、P2.7口,数据线D0-D7分别连接单片机AT89C52的P0.0-0.7口。4初始和功能6系统软件以KeiluVision2为开发环境,程序采用C语言编写,主程序流程图如图7,可实现一氧化碳浓度测量和报警功能。系统首先初始化、MQ-7传感器采集的信号放大送模数转换器、再由AT89S52单片机处理,最终由液晶LCD显示。系统包括模数转换,显示、键盘、报警、显示等子程序构成。主程序采用循环方式,顺序查询各个输入端口和控制端口,当有信号输入时,主程序跳至对应的子程序执行,执行结束又跳至主程序循环。5系统运行仿真完成系统的硬件设计和软件设计后,采用Proteus软件对系统进行调试并仿真运行,可以看到虚拟的基于单片机的系统的运行情况,以下为仿真过程:(1)编译结束,添加HEX文件到仿真图中运行。(2)系统接下来显示基本操作功能。(3)选择“开始”,单击“OK”键,便有下面测量选择界面。(4)再按“OK”,则显示检测数据,范围0-10ppm。仿真结果如图8所示。6煤气报警系统系统以AT89S5