煤氣泄漏報警器7頁

1、 燃氣泄露報警器一摘要: 本文介紹了一種基于單片機技術(shù)的燃氣泄漏報警及應急處理器。該系統(tǒng)不僅能及時準確地檢測出燃氣的泄漏，發(fā)出聲、光報警，還能實施應急處理，同時具有閥門開閉裝置安裝簡便，傳感器損壞能自查報警與方便更換等特點。因此特別適合于無條件建立或加入集群監(jiān)控系統(tǒng)的廣大燃氣用戶使用。二關(guān)鍵字：傳感器 燃氣 報警器三、前言：隨著城鎮(zhèn)管道和罐裝燃氣的推廣普及，由于使用不當和設(shè)備老化導致的燃氣泄漏爆炸或中毒事故時有發(fā)生，因此安裝燃氣報警器已越來越受到重視。然而，目前燃氣報警器的發(fā)展很不平衡，由PC機值守的大型集群監(jiān)控系統(tǒng)雖技術(shù)先進但價格昂貴，須設(shè)專用機房和專人管理，使用范圍局限于條件較好，物業(yè)管理

2、水準較高的住宅區(qū)或單位。而一般的燃氣報警器卻大都存在一些缺陷，有的功能單一，可靠性差，傳感器損壞不易發(fā)現(xiàn)，不能更換，有的產(chǎn)品利用燃氣管道專用電磁閥控制氣源，其安裝需拆動原管路，須報請燃氣公司派專人處理，十分麻煩，因此也難為廣大用戶所用。據(jù)此現(xiàn)狀，我們研制了一種基于單片機技術(shù)的燃氣泄漏報警與應急處理器。該系統(tǒng)不僅能及時準確地檢測出燃氣的泄漏，進行聲光報警，還能實現(xiàn)自動應急處理（排風和關(guān)閉閥門切斷氣源）；傳感器損壞能自查報警，用戶可及時發(fā)現(xiàn)并能自行更換；閥門開閉裝置設(shè)計獨特，安裝無需拆動原管路，使用十分方便，因此特別適合于無條件建立或加入集群監(jiān)控系統(tǒng)的廣大燃氣用戶使用。四、電路設(shè)計41方案設(shè)計方案

3、1， 采用QM氣敏傳感器、單片機控制系統(tǒng)、蜂鳴器報警、繼電器控制排氣扇強制通風，用繼電器保持故障信號。方案2， 采用QM氣敏傳感器、模擬集成電路控制系統(tǒng)、蜂鳴器報警、繼電器控制排氣扇強制通風，用繼電器保持故障信號。方案3， 采用QM氣敏傳感器、單片機控制系統(tǒng)、蜂鳴器報警、由觸發(fā)器控制可控硅控制排氣扇強制通風，用觸發(fā)器保持故障信號。經(jīng)比較采用方案1完成設(shè)計，實現(xiàn)所需的功能。41總體設(shè)計系統(tǒng)框圖系統(tǒng)主要由單片機電路、檢測電路、報警電路和應急處理電路組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。當有燃氣泄漏時，檢測電路產(chǎn)生“氣電”信號送單片機，單片機控制蜂鳴器發(fā)出預報警信號，經(jīng)延時、判斷，確認為事故泄漏后，發(fā)出紅光報警，

4、同時啟動應急處理程序，關(guān)閉閥門，切斷氣源，并開啟排風扇排除室內(nèi)被污染的空氣；若檢測到氣敏元件損壞，系統(tǒng)關(guān)閉閥門并點亮黃色報警燈，提示用戶更換氣敏傳感器。 42 單片機電路單片機電路是系統(tǒng)控制的核心。單片機選用Atmel公司的AT89C51，其引腳分配如圖2所示。基本外設(shè)有晶振電路（18、19腳）和上電復位電路（9腳），氣敏元件損壞信號和燃氣泄漏信號分別從P3.2（INT0）、P3.3（INT1）輸入，作為AT89C51的兩個中斷觸發(fā)信號，下降沿觸發(fā)方式。P1.0、P1.1分別接開關(guān)SD1和SD2，用于手動控制排氣扇和燃氣閥門，報警與應急處理驅(qū)動信號分別從P2.0P2.4輸出。43 檢測電路檢測

5、電路包括燃氣泄漏檢測和氣敏元件損壞檢測兩部分，原理電路如圖3所示。氣敏傳感器選用QM型，這是由金屬氧化物半導體材料制成的“氣電”轉(zhuǎn)換器件。當有燃氣泄漏時，其表面會發(fā)生化學吸附，使本身電阻（圖中AA間的電阻）下降，且燃氣濃度越高，電阻下降越多，利用該特性并通過VT1等元件組成的開關(guān)電路即可獲得“氣電”信號，完成燃氣泄漏的檢測，調(diào)節(jié)RP 1可設(shè)置不同燃氣的報警限，C2為延時電容，用于減小傳感器初始穩(wěn)態(tài)的影響。氣敏傳感器在使用中，其熱絲可能燒斷，但難以發(fā)現(xiàn)，致使用戶在毫不知情的情況下繼續(xù)使用已失效的燃氣報警器。為能及時發(fā)現(xiàn)傳感器的損壞，本系統(tǒng)特別設(shè)計了氣敏元件自檢電路（由R3R7、VT2、VT3等組

6、成），元件正常時，R3上有電壓信號，如熱絲燒斷，該信號為0，VT3集電極輸出低電平至單片機，點亮黃燈報警，能使用戶及時發(fā)現(xiàn)。同時，氣敏傳感器不直接焊入電路，而是通過七腳電子管座與電路連接，若損壞可方便地從管座中撥出換新，從而解決了更換難的問題。44 聲光報警電路聲光報警分別由蜂鳴器和紅、黃發(fā)光二極管完成。燃氣濃度大于預報警限時蜂鳴器由單片機輸出低電平，經(jīng)三極管驅(qū)動報警，發(fā)光二極管則由單片機直接驅(qū)動，當確認為事故泄漏時，紅色LED點亮，當氣敏元件損壞時，黃色LED工作。45 應急處理電路與閥門開閉裝置應急處理包括驅(qū)動閥門開閉裝置關(guān)閉閥門切斷氣源和打開排氣扇排風。閥門開閉裝置由小型交流電動機（與減

7、速器成一體）、托盤、支架、撥塊等組成。電動機通過托盤及支架取與燃氣管道垂直位安裝于表前閥上，并使機、閥兩軸相對，電動機軸端上固定的撥塊套在閥門軸上，如電動機轉(zhuǎn)動則閥門軸也隨撥塊轉(zhuǎn)動，故可模仿人手控制閥門開閉。閥門從開位到閉位或從閉位到開位，閥門軸和電動機軸必須旋轉(zhuǎn)1/4圈即90度，采用軟件編程或通過電路均可實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的這一定位。為提高適應性，本裝置選用后者，其方法是：利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)輸出去控制電動機的通電時間，電路如圖4所示。當單片機P2.4發(fā)出一負脈沖，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121的3、4腳就會受到一負脈沖觸發(fā)，6腳便輸出一正單脈沖，其脈寬t0.7R13C7，而電動機轉(zhuǎn)動1/4圈所需的時

8、間為T1/（4n）15/n秒。n為電動機減速后的轉(zhuǎn)速（單位：圈/分），調(diào)節(jié)R13使t=T，則可確保閥門開或閉準確到位。閥門開閉裝置是為本系統(tǒng)開發(fā)的專用件，除具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低(遠低于燃氣管道專用電磁閥)，開閉動作平穩(wěn)，易控，準確等特點外，由于在撥塊和支架等部件上采用了一些特殊的設(shè)計，使其具有很強的適應性：不論閥軸長短，管道粗細均能適應；不論灶前閥、表前閥、耳型旋鈕閥、手柄式閥都能安裝；不論閥門或管道橫擺、豎放概能固定，尤為重要的是開閉閥門的控制就在原管道和閥門上進行，無需改動或重新安裝管道和閥門，而且固定、使用、維修、更換都很方便，這就克服了使用專用電磁閥時的缺點，因而容易被廣大新老燃氣用戶

9、所接受。排風扇也是由三極管與繼電器構(gòu)成的電路驅(qū)動，其原理與圖4類似，不同的是，后者三極管由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出信號驅(qū)動，前者則直接由單片機輸出信號驅(qū)動。4.6程序設(shè)計程序主要由主程序、外部中斷0和外部中斷1服務程序組成。主程序?qū)ο到y(tǒng)狀態(tài)初始化時將兩個外部中斷都設(shè)置為下降沿觸發(fā)方式，開外部中斷后再進入對手動按鍵的檢測，SD1閉合時開排氣扇，斷開時關(guān)排氣扇；與之類似，SD2用來控制閥門的開閉。主程序設(shè)計成一死循環(huán)結(jié)構(gòu)，處于隨時可以響應中斷的狀態(tài)，如圖5所示。當傳感器損壞時，外部中斷0有中斷請求信號，其服務程序完成黃光報警和關(guān)閥門功能，如圖6所示。當傳感器檢測到燃氣泄漏時，外部中斷1有中斷請求信號，其

10、服務程序發(fā)出聲報警控制信號，調(diào)用延時程序后，再檢測P3.3的電平，如變?yōu)楦唠娖剑f明剛有的信號是某些干擾或短時可控泄漏（如燃氣灶點火時可能產(chǎn)生的瞬時泄漏）引起的，則關(guān)聲報警后返回；如仍為低電平，則判為事故泄漏，須進行應急處理，即刻發(fā)出紅光報警、關(guān)閉閥門切斷氣源和打開排氣扇排污。此時若房主不在，系統(tǒng)則進入省電等待狀態(tài)，即：再次檢測P3.3，若為高電平，說明泄漏燃氣已排盡，系統(tǒng)關(guān)閉聲報警和排氣扇，但表前閥仍關(guān)閉，報警紅燈仍點亮，等待房主回后及時檢查處理，程序流程如圖7所示。 4.7結(jié)束語本系統(tǒng)采用單片機技術(shù)，實現(xiàn)了控制功能的多樣化和智能化，簡化了電路，降低了成本，提高了穩(wěn)定性；傳感器損壞報警及方便

11、更換的特點，提高了系統(tǒng)的可靠性，延長了整機的使用壽命；閥門開閉裝置的人性化設(shè)計，使系統(tǒng)更具有通用性和靈活性；另外，如果利用保留的單片機串口，增設(shè)通訊模塊和相關(guān)程序，此系統(tǒng)還可作為集群監(jiān)控系統(tǒng)中的下位機和現(xiàn)場執(zhí)行機。在應用中，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠、靈敏。與同類報警系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)性價比更高，使用更為方便，因此具有廣闊的應用前景。五心得體會 通過這次課程設(shè)計，我體會到了很多學習生活中道理。（1）培養(yǎng)興趣，樂觀自信 剛剛開始時我對傳感器技術(shù)課程設(shè)計信心不是很足?？墒钱斘蚁氲嚼蠋煹墓膭钜覀冏龀龊玫淖髌窌r，我的信心一下子有充滿了內(nèi)心。人們常說“興趣是最好的老師”，只要我們保持對學習新知識的興趣，就會有很

12、多我們意想不到的收獲。（2）善于研究，尋根刨底 學習的過程就是一個不斷遇到問題和不斷解決問題的過程。在器件制作的時候，我遇到了很多的問題，遇到問題首先我就自己先琢磨，研究，查找資料努力弄懂。當然也有好多問題自己解決不了，我就虛心請教別的同學。我相信，只要我們樂于嘗試，善于思考問題、詢問問題，難題是沒有解決不了的。（3）親身體驗，樂在其中哲學上講實踐是認識的動力和來源，也是檢驗認識正確與否的唯一標準，把這一觀點應用到課件制作上就是要親自動手制作課件。也許我們在某一方面的創(chuàng)意是非常好的，可不親自動手，這方面的創(chuàng)意就實現(xiàn)不了。我們可以先從簡單的做起，由簡單到復雜，根據(jù)自己的實際水平動手制作幾個完整的課件，只有這樣，自己的水平才會不斷提高。六參考文獻：1 傳感器原理及工程應用 郁有文、常健、程繼紅 西安電子科技大學出版社2 傳感器與檢測技術(shù) 陳杰、黃鴻 高等教育出版社3 傳感器敏感元件大全 張福學 電子工業(yè)出版社 4 單片機基礎(chǔ) 李廣弟、朱月秀、王秀山 北京航空航天大學出版社5 單片機微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全 王福瑞 北京航空航天大學出版社6 自動檢測技術(shù) 王紹純 冶金工業(yè)出版社7 半導