畢業(yè)設(shè)計（論文）智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)設(shè)計

1、1 緒論1.1 研究背景及課題意義 煤氣作為現(xiàn)代家庭的炊用燃料，已得到廣泛運用。它的快捷、低污染的優(yōu)點，給人們的生活帶來了舒適和方便，但隨著煤氣燃具的普及，煤氣燃具安全使用問題日益突出。煤氣屬易燃、易爆、易中毒物質(zhì)，使用不當或一時疏忽，極易發(fā)生事故，且事故一旦發(fā)生，往往造成財產(chǎn)的巨大損失。防止煤氣漏出，一定要引起足夠的重視。因煤氣漏出而引起火災(zāi)，造成人身傷亡，屢有發(fā)生，要引以為戒。造成事故的原因有三：1.管道泄漏；2.灶火被風(fēng)吹滅；3.灶具在燃，用戶卻遺忘外出等。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，各種現(xiàn)代化住宅對煤氣泄漏報警系統(tǒng)和自動關(guān)閉氣源系統(tǒng)提出了更高的要求。大型酒店、飯店、廚房、學(xué)生食堂等，智能多

2、功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)己成為必不可少的裝置。設(shè)置功能完善的智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)，對保障人民生命財產(chǎn)的安全，無疑是極為重要的。一般的煤氣報警器功能單一或是必須手動復(fù)位閥門系統(tǒng)，性能穩(wěn)定性低；而大型的監(jiān)控系統(tǒng)又價格不菲，需專門的技術(shù)人員來管理，不適用于中小企業(yè)和家庭。為此，本人畢業(yè)時決定開發(fā)了一種用單片機控制的智能煤氣監(jiān)控系統(tǒng)，使它具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、易于操作等特點。智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)是將報警與關(guān)閉氣源聯(lián)動并加以控制的系統(tǒng)。為了及時發(fā)現(xiàn)煤氣泄漏隱患和關(guān)閉氣源，工業(yè)和民用廚房、餐廳、學(xué)生食堂以及現(xiàn)代智能建筑都已采用智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)。智能多功能煤氣灶安全防護報警系統(tǒng)用

3、于探測可燃氣體并給出聲響警示信號和關(guān)閉氣源，具體由煤氣灶的探測器、傳輸線路、控制器和驅(qū)動器組成。探測器感受煤氣灶安放現(xiàn)場的各種物理參數(shù)，將判斷結(jié)果或模擬量值通過現(xiàn)場總線傳回控制器，控制器做進一步處理后給出報警信號并關(guān)閉氣源，同時也獲取來自驅(qū)動模塊的運行狀態(tài)信息。1.2 智能多功能煤氣灶的發(fā)展過程智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)從發(fā)展過程來看，大體可分為三個階段:第一階段為多線型煤氣自動報警系統(tǒng)，每個傳感器除需提供兩根電源線外，還需要提供一根報警信號線，傳感器電源由報警系統(tǒng)提供，傳感器的信號線均連接到報警顯示盤上，報警時點亮相應(yīng)的指示燈。此類系統(tǒng)的功能一般以報警為主，輔以一些簡單的聯(lián)動功能，如驅(qū)動警

4、報燈等，其報警器對傳感器，無故障檢測功能，只會對電源線的斷線做出故障反應(yīng)，安裝此類系統(tǒng)比較繁鎖，工作量較大1。第二階段為總線型智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)，已采用微處理器控制。其線制一般為四線制、三線制、二線制。傳感器和模塊通過總線與控制器實現(xiàn)信號傳送。其傳感器的輸出形式為開關(guān)量，它的靈敏度在制造時，通過硬件決定，不可調(diào)整。此類系統(tǒng)可通過各種模塊對各聯(lián)動設(shè)備實行較復(fù)雜的控制2。此類系統(tǒng)已具有系統(tǒng)自檢測以及對外圍器件的故障檢驗等功能，但對故障類型不能區(qū)分。目前國內(nèi)生產(chǎn)的煤氣灶安全防護系統(tǒng)大多數(shù)為此類產(chǎn)品.由于此類產(chǎn)品具有先進的報警和控制功能，安裝較為方便，且價格較低，已被大量使用。第三階段為智能

5、多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)，由于采用了先進的計算機控制技術(shù)，對傳感器輸出信號的調(diào)理具有智能性，其智能化程度大大提高。傳感器的輸出形式采用模擬量，并可通過軟件對其靈敏度根據(jù)使用場合、時間進行設(shè)定和調(diào)整，如可設(shè)定白天、夜間、休息日不同靈敏度。對探測器的使用環(huán)境參數(shù)變化較大的場所，靈敏度設(shè)定相對低一些，對環(huán)境較穩(wěn)定或一些重要的場所，靈敏度設(shè)定相對高一些，這一功能可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，減少誤報。1.3 智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)的組成簡介智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)是由煤氣手動控制閥、同步開關(guān)、單片機、既能敏感煤氣又可敏感煙霧的新型氣敏檢測電路、按鍵、顯示、聲響電路、輸出控制電路、報警單元、安全

6、閥等組成，其特征是具有安全控制裝置，以及具有其它輔助功能的裝置組成。當煤氣外泄或灶具在燃而用戶遺忘導(dǎo)致食物燒焦散發(fā)出煙霧時,既能敏感煤氣又可敏感煙霧的新型氣敏檢測電路將煤氣等物理量變成電信號，傳給單片機,單片機控制安全閥的啟閉動作,從而實現(xiàn)煤氣灶的安全防護并同時記錄煤氣泄漏發(fā)生的時間。一般智能煤氣灶安全防護系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、防火門、防火卷簾等相關(guān)設(shè)備聯(lián)動，可自動或手動發(fā)出指令，啟動相應(yīng)的防火裝置3。觸發(fā)器件:指在智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)中，自動或手動產(chǎn)生煤氣報警信號的器件稱為觸發(fā)器件，主要包括可燃氣體探測器和手動報警按鈕?？扇細怏w探測器是

7、能對氣體參數(shù)（煙、煤氣濃度等）做出響應(yīng)，并自動產(chǎn)生報警信號的器件，按照響應(yīng)煤氣濃度等物理參數(shù)的不同，煤氣探測器分成感煙火災(zāi)探測器、可燃氣體探測器等基本類型。不同類型的煤氣探測器適用于不同類型的煤氣灶和不同的場所。手動煤氣報警按鈕是手動方式產(chǎn)生煤氣泄漏報警信號從而啟動煤氣泄漏自動報警系統(tǒng)的器件，也是煤氣自動報警系統(tǒng)中不可缺少的組成部分之一。煤氣外泄報警裝置:在智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)中，用以接收、顯示和傳遞煤氣報警信號，并能發(fā)出控制信號和具有其它輔助功能的控制指示設(shè)備稱為煤氣報警裝置。煤氣外泄報警控制器就是其中最基本的一種。煤氣外泄報警控制器擔(dān)負著為煤氣探測器提供穩(wěn)定的工作電源；監(jiān)視探測器及

8、系統(tǒng)自身的工作狀態(tài)；接受、轉(zhuǎn)換、處理煤氣探測器輸出的報警信號；進行報警；指示報警的時間，同時執(zhí)行相應(yīng)輔助控制等任務(wù)，是智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)中的核心組成部分。煤氣警報裝置:在智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)中，用以發(fā)出區(qū)別于環(huán)境聲、光的警報信號的裝置稱為煤氣外泄警報裝置，煤氣外泄警報器是一種最基本的煤氣外泄警報裝置，通常與煤氣外泄報警控制器組合在一起，它以聲、光音響方式向報警區(qū)域發(fā)出煤氣外泄警報信號，以警示人們采取安全疏散、關(guān)閉氣源、防火等措施。警鈴是一種警報裝置，用于將報警信號進行聲音中繼的一種電氣設(shè)備，警鈴大部分安裝于建筑物的公共空間部分，如走廊、大廳等。安全防護控制設(shè)備:在智能多功能煤

9、氣灶安全防護系統(tǒng)中，當接收到來自觸發(fā)器件的煤氣報警信號后， 能自動或手動啟動相關(guān)安全防護設(shè)備并顯示其狀態(tài)的設(shè)備，稱為安全控制設(shè)備。主要包括煤氣外泄報警控制器，自動關(guān)閉煤氣的控制裝置，室內(nèi)防火系統(tǒng)的控制裝置，防煙排煙系統(tǒng)及空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的控制裝置，常開防火門、防火卷簾的控制裝置，煤氣警報裝置、通信設(shè)備、疏散指示標志裝置等控制裝置中的部分或全部。電源: 智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)屬于安全防護用電設(shè)備，其主電源應(yīng)當采用消防的電源，備用電源采用蓄電池。系統(tǒng)電源除為煤氣報警控制器供電外，還為與系統(tǒng)相關(guān)的安全防護控制設(shè)備等供電。1.4 研究智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)的意義煤氣作為現(xiàn)代家庭的炊用燃料,已得

10、到廣泛運用。但在使用過程中,引發(fā)的事故較多,且事故一旦發(fā)生,往往造成財產(chǎn)的巨大損失。造成事故的原因有: (1) 管道泄漏；(2) 煤氣灶火被風(fēng)吹滅；(3) 灶具在燃,用戶卻遺忘外出等。目前,市面上已有能防火被風(fēng)吹滅的灶具,但管道泄漏、灶具在燃,用戶卻遺忘外出等問題尚未解決。針對這一問題,本文提出一種“智能多功能煤氣灶安全防護器”的設(shè)計。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，建筑物、構(gòu)筑物應(yīng)用材料的多樣性，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，易燃材料增多，加之人們生活環(huán)境和生活方式的變革，煤氣使用引發(fā)的事故日益增加，特別是引起火災(zāi)等事故，火災(zāi)造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失逐漸增多。尤其是近幾年來，高層建筑人量增加，一旦發(fā)生火災(zāi)，滅火的難度

11、更大。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，各種現(xiàn)代化居民樓對煤氣報警、自動防火和自動滅火系統(tǒng)提出了更高的要求。大型賓館、酒店、食堂、廚房等，智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)己成為必不可少的安全防護裝置。設(shè)置功能完善的安全防護設(shè)施，對保障人民生命財產(chǎn)的安全，無疑是極為重要的?！翱扇細怏w防護”已逐漸形成一門獨立的學(xué)科，專門研究如何預(yù)防和控制可燃物燃燒的發(fā)生和蔓延。當今世界，由于電子技術(shù)、自動控制技術(shù)及計算機技術(shù)的高速發(fā)展，有力地促進了智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)的發(fā)展?，F(xiàn)代安全防護系統(tǒng)，無論在結(jié)構(gòu)上還是在功能上，都已達到很高的水平?，F(xiàn)代安全防護系統(tǒng)中采用了先進的煤氣探測器、煙霧探測器和火災(zāi)探測器，自動確認煤氣泄漏

12、、煙霧和火災(zāi)并發(fā)出相應(yīng)的報警信號，自動安全閥、防火、排煙和滅火等設(shè)備。智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)的設(shè)計，涉及到許多領(lǐng)域和學(xué)科，如化學(xué)、微電子、信息科學(xué)、通訊、網(wǎng)絡(luò)、信號處理、電氣等，并且己經(jīng)大量融入計算機技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)以及現(xiàn)代自動控制技術(shù)?？傊?，現(xiàn)代智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)適應(yīng)了各種居民樓的需要，是人們高度的安全意識的體現(xiàn)，又是現(xiàn)代科技發(fā)展的高度結(jié)晶。智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求較高，再加上部分生產(chǎn)廠家對自身技術(shù)實施保密措施，使得系統(tǒng)的維護管理難度增大。1.5 本設(shè)計研究內(nèi)容及本文概況本設(shè)計的工作是研發(fā)設(shè)計一種用于廚房的智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)。該安全防

13、護系統(tǒng)是以89c5l單片機作為控制中心，接受、處理可燃氣體探測器輸出的報警信號并進行聲光報警，同時執(zhí)行相應(yīng)的輔助控制等任務(wù);監(jiān)視探測器及系統(tǒng)自身的工作狀態(tài)并能為可燃氣體探測器提供穩(wěn)定的工作電源。論文一共分為四部分介紹。第一部分是緒論，介紹了國內(nèi)外智能煤氣灶安全防護系統(tǒng)的研究背景,課題意義,發(fā)展過程，簡要說明了研制智能煤氣灶安全防護系統(tǒng)的意義和硬件部分的研制過程；第二部分是智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)硬件組成及原理；第三部分是智能煤氣灶安全防護系統(tǒng)的軟件設(shè)計；第四部分是系統(tǒng)可靠性分析。該設(shè)計的樣機實現(xiàn)了煤氣泄漏報警及切斷煤氣等功能，有效防止了因煤氣使用引起的意外災(zāi)害的發(fā)生，大大提高了廣大煤氣用戶

14、的安全，對減災(zāi)防災(zāi)具有十分重要的意義。設(shè)計中有些技術(shù)我甚至都還沒有接觸過，因此這次畢業(yè)設(shè)計對我來說是一個難度相當大的挑戰(zhàn)。但我覺得這次設(shè)計如果我認真做的話，將會讓我對以前所學(xué)的一些單片機和傳感器有了更深刻的理解和把握，如果能夠熟練的進行單片機和傳感器設(shè)計的話，將會為自己以后的生活道路鋪上一層更牢固的奠基石！2 智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)硬件組成及原理2.1 系統(tǒng)功能及總體框圖 2.1.1 系統(tǒng)基本功能智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)的基本功能如下：(1)實現(xiàn)對煤氣管道泄漏的實時監(jiān)測； (2)根據(jù)監(jiān)測情況自動報警;(3)根據(jù)報警狀況自動關(guān)閉煤氣管道電磁閥并開啟排氣裝置；2.1.2 系統(tǒng)硬件總體框圖

15、本系統(tǒng)硬件部分主要由傳感器單元，單片機單元，驅(qū)動單元，報警單元四部分組成,其系統(tǒng)硬件總體框圖如圖2.1所示。圖2.1 智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)硬件總體框圖傳感器單元主要由既能敏感煤氣又可敏感煙霧的新型氣敏檢測電路組成。為了提高系統(tǒng)可靠性，減少誤報和漏報，本系統(tǒng)采用了高精度的新型傳感器，能根據(jù)具體情況發(fā)出煤氣管道泄漏信號。以89c51單片機為核心，接收并處理煤氣管道泄漏信號，輸出報警信號、驅(qū)動步進電機關(guān)閉安全閥信號等。電機驅(qū)動單元為電機驅(qū)動電路，由單片機發(fā)出控制信號從而控制電機相應(yīng)的正反轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)安全閥的關(guān)閉操作。2.2 設(shè)計所用系列單片機的介紹圖2.2 89c51芯片2.2.1 mcs-

16、51系列單片機的特點單片機因其功能豐富、軟件設(shè)計靈活、體積小且價格低廉，而在家電產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。mcs-51是intel公司生產(chǎn)的一系列單片機的總稱，這一系列單片機包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在8051的基礎(chǔ)上進行功能的增、減、改變而來的7，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼mcs-51系列單片機，而8031是前些年在我國最流行的單片機，所以很多場合會看到8031的名稱。intel公司將mcs-51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機，當然，功能或多或

17、少有些改變，以滿足不同的需求，其中89c51與傳統(tǒng)的單片機相比指令執(zhí)行速度有很大的提高，這也是本設(shè)計選擇此款單片機的主要原因。mcs-51系列單片機的主要功能如下：1. 8位cpu2. 4kbytes 程序存儲器(rom)3. 8bytes的數(shù)據(jù)存儲器(ram)4. 32條i/o口線5. 111條指令，大部分為單字節(jié)指令6. 21個專用寄存器7. 2個可編程定時/計數(shù)器8. 5個中斷源，2個優(yōu)先級9. 一個全雙工串行通信口10. 外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kb11. 外部程序存儲器尋址空間為64kb12. 邏輯操作位尋址功能13. 雙列直插40pindip封裝14. 單一+5v電源供電mcs

18、-51具有比較大的尋址空間，地址線寬達16條，即外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址范圍達216=64kb，這作為單片機控制來說已是比較大的，這同時具備對i/o口的訪問能力。此外，mcs-51采用模塊化結(jié)構(gòu)，可方便地通過增刪一個模塊就可使引腳和指令兼容的新產(chǎn)品，從而容易使產(chǎn)品形成系列化。由于mcs-51集成了幾乎完善的8位中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機及各種邏輯運算和轉(zhuǎn)移指令，這給應(yīng)用提供了極大的便利。mcs-51的指令系統(tǒng)近乎完善，指令系統(tǒng)中包含了全面的數(shù)據(jù)傳送指令、完善的算術(shù)和邏輯運算指令、方便的邏輯操作和控制指令、對于

19、編程來說，是相當靈活和方便的。mcs-51單片機的工作頻率為2-12mhz，當振蕩頻率為12mhz時，一個機器周期為1us,這個速度應(yīng)該說是比較快的。mcs-51把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，可靠性更高，運行速度更快。由于屬于芯片化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達到最優(yōu)化，抗干擾能力加強，工作亦相對穩(wěn)定。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。mcs-51的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，介紹其功能特性書籍和開發(fā)軟件隨處可取，只需配備一臺pc（個人電腦對電腦的配置基本上無要求），一臺仿真編程器即可實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)，早期的開發(fā)

20、軟件多使用dos版本，隨著windows視窗軟件的普及，現(xiàn)在幾乎都使用 windows版本，并且軟件種類繁多，琳瑯滿目，在眾多的單片機品種中，c51的環(huán)境資源是最豐富的，這給c51用戶帶來極大的便利。根據(jù)本系統(tǒng)的需要，我們采用了mcs-51系列中的89c51單片機。89c51是高性能coms 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的flash只讀程序存儲器和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），32個可編程i/o口線，2個16位定時計數(shù)器8，6個中斷源。器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用位中央處理器（ram）和fla

21、sh存儲單元，功能強大89c51單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域9。2.2.2 89c51單片機芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳概述89c51單片機與早期intel的8051/8751/8031芯片的外部引腳和指令系統(tǒng)完全兼容，只不過用flash rom替代了rom/eprom而已。89c51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)由運算器、控制器、存儲器和i/o接口組成，如圖2.3所示。圖2.4是89c51的引腳結(jié)構(gòu)圖，有雙列直插封裝（dip）方式和方形封裝方式。 圖2.3 89c51單片機芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖2.4 89c51單片機引腳圖2.2.3 at89c5l端口輸入/輸出介紹p0.0p0.7：p0

22、口8位雙向口線。p1.0p1.7：p1口8位雙向口線。 p2.0p2.7：p2口8位雙向口線。 p3.0p3.7：p3口8位雙向口線。p0口是一組8位漏極型雙向i/o口，也即地址總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個ttl邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。10在flash編程時，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，且要求接上拉電阻。p1口、p2口、p3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，輸出緩沖極可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯

23、門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作 輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流11。在flash編程時，p1口接收低8位地址，p2口接收高位地址和其他控制信號。p3口除了作為一般的i/o口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表2.1所示：表2.1 p3口第二功能p3口還接收一些用于flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。2.2.4 89c51的中斷系統(tǒng)89c51單片機有5個中斷源(89c52有6個)，4個用于中斷控制的寄存器ie、ip、tcon（用65位）和scon（用2位），用來控制中斷的類型、中斷的開/關(guān)和

24、各種中斷源的優(yōu)先級別。5個中斷源有兩個中斷優(yōu)先級，每個中斷源可以編程為高優(yōu)先級或低優(yōu)先級中斷，可以實現(xiàn)二級中斷服務(wù)程序嵌套14。中斷是單片機的重要功能。采用中斷技術(shù)能實現(xiàn)分時操作、實時處理、故障處理功能。2.3 檢測電路簡介2.3.1 傳感器既能敏感煤氣又可敏感煙霧的新型氣敏傳感器通常又叫做探頭，是我們監(jiān)視保護區(qū)域發(fā)現(xiàn)煤氣管道泄漏等問題的第一線感覺器官。既能敏感煤氣又可敏感煙霧的新型氣敏傳感器是把煤氣灶發(fā)生煤氣泄漏時的煤氣濃度等特性進行“感覺”，并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，傳給“大腦”煤氣報警控制器，由它來處理判斷，一旦信號值大于原來設(shè)定的閥值，就立即報警且關(guān)閉氣源，同時立刻啟動其它消防設(shè)施防止火災(zāi)。嚴格

25、說來，這種系統(tǒng)還是一個初步智能系統(tǒng)，它的智能是單向性的。它只在控制機中有智能功能而在探測器中沒有智能功能，而真正的智能系統(tǒng)應(yīng)該是可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境自動調(diào)整運行參數(shù)，具有自我學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力等一系列高級功能的系統(tǒng)。盡管目前煤氣探測器的誤報率低，但是隨著煤氣自動探測系統(tǒng)應(yīng)用的日益普遍，其絕對數(shù)量不斷增加，經(jīng)常產(chǎn)生誤報會降低自動探測系統(tǒng)的可信度，造成不必要的損失，影響它的應(yīng)用。因此，尋找適當?shù)男盘柼幚砗吞綔y方式一直是煤氣自動探測研究的首要任務(wù)15。根據(jù)煤氣探測方法和原理，目前主要有以下幾種煤氣探測器:1）可燃氣體探測器：可燃氣體探測器是對單一或多種可燃氣體濃度相應(yīng)的探測器?？扇細怏w探測器有催化型和半導(dǎo)

26、體型兩種類型。催化型可燃氣體探測器是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來測定可燃氣體濃度。當可燃氣體進入探測器時，使鉑絲表面引起氧化反應(yīng)（無焰燃燒），其產(chǎn)生的熱量使鉑絲的溫度升高，從而使鉑絲的電阻率發(fā)生變化。半導(dǎo)體可燃氣體探測器要用靈敏度較高的氣敏半導(dǎo)體元件，它在工作狀態(tài)時，遇到可燃氣體，半導(dǎo)體電阻下降，下降值與可燃氣體濃度有對應(yīng)關(guān)系。2)煙霧探測器：在煤氣灶使用過程中，灶具在燃用戶卻遺忘外出等問題時常發(fā)生，這樣很可能造成食物燒焦產(chǎn)生大量煙霧。煙霧是早期火災(zāi)的重要特征之一，煙霧探測器是能對可見或不可見的特定的煙霧粒子響應(yīng)的探測器。它是將探測部位煙霧濃度的變化轉(zhuǎn)化為電信號實現(xiàn)報警目的的一種器件。煙

27、霧探測器有離子感煙式、光電感煙式、激光感煙式等幾種型式。3) 可燃氣體、煙霧探測器：可用于家庭和工廠的氣體泄漏檢測裝置，適宜于液化氣、甲烷、丁烷、丙烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。它是對可燃氣體、煙霧等兩種或兩種以上的參數(shù)響應(yīng)的探測器16。2.3.2 本系統(tǒng)所用探測器簡介本系統(tǒng)采用的是可燃氣體、煙霧探測器mq-2。在煤氣泄漏瞬間能夠準確地發(fā)現(xiàn)，并且對非可見的高傳輸?shù)碾姇灛F(xiàn)象可以完全解除。它具有很小的體積和很寬敏感角度，并能迅速準確的發(fā)現(xiàn)煤氣灶泄漏的可燃氣體和食物燒焦的煙霧。它的實物圖如圖2.5所示。圖2.5 可燃氣體、煙霧探測器實物圖mq-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖2.6所示，由微型al2o3陶

28、瓷管、snno2敏感層，測量電極和加熱構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱氣器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6只針狀管腳，4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。 圖2.6 傳感器內(nèi)部測量電路2.3.3 傳感器檢測原理簡介傳感器受煤氣等影響其阻值發(fā)生相應(yīng)變化,從而導(dǎo)致電阻上的電壓發(fā)生變化， 電阻上的電壓用u 表示。u 通過lm101a比較器和v- 電壓進行比較。當u大于v-時lm101a輸出電壓為4.6伏，當u小于v-時lm101a輸出電壓為0伏18。lm101a的輸出電壓通過p2.2送至89c51單片機內(nèi)通過軟件進行比較。當p2.2輸入為高電平時，單片機發(fā)出

29、指令驅(qū)動安全閥關(guān)閉煤氣，并且驅(qū)動報警器進行報警；當p2.2輸入為低電平時，單片機可根據(jù)指令進行定時運行等其他正常運行。圖2.7 傳感器檢測電路2.4 安全閥驅(qū)動電路模塊在中央控制單元中，輸入的信號經(jīng)過邏輯處理以后來判斷是屬于煤氣管道泄漏、煙霧、正常的哪一種情況，根據(jù)具體判斷來做出相應(yīng)控制。采用復(fù)合管以提高驅(qū)動能力, t1 、t2 為中功單管。采用晶體管避免了采用普通繼電器的電火花問題,既延長了使用壽命,又保證了安全。電路中的r5 、r6 選用了10、1 w 的電阻。裝置的外殼也是特點之一，外殼能夠有效的防止塵埃進入裝置，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。安全閥的設(shè)計與使用是本方案設(shè)計成功與否的關(guān)鍵之一。

30、采用普通電磁閥不妥,因為電磁閥本身的打火存在隱患。方案中的安全閥采用電機控制球形閥芯旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)煤氣管路的開閉。實驗表明能很好地解決這一問題，該安全閥已通過防爆鑒定20。中央控制單元控制電機的硬件框圖如圖2.8所示，從單片機數(shù)據(jù)口送出的控制信號經(jīng)過光偶隔離后再經(jīng)過反相器后輸入到放大電路從而驅(qū)動安全閥。單片機可分別送出兩個信號輸入到放大器中分別控制電機的兩相通電以及電機反向控制；電機是帶動球形閥芯旋轉(zhuǎn)，電機控制的球形閥芯旋轉(zhuǎn)有一個限定范圍，當接收到關(guān)閉安全閥的驅(qū)動信號時，電機正轉(zhuǎn)控制球形閥芯正向旋轉(zhuǎn)達到極限時電機停止轉(zhuǎn)動；當接收到開啟安全閥的信號時，電機反轉(zhuǎn)從而控制球形閥芯反向旋轉(zhuǎn)達到極限時電機停

31、止轉(zhuǎn)動。圖 2.8 安全閥驅(qū)動電路2.5 按鍵及顯示鍵盤采用薄膜開關(guān),既美觀又方便。接通電源后,按下系統(tǒng)開按鍵，系統(tǒng)開始正常運行;按下系統(tǒng)關(guān)閉按鍵,系統(tǒng)停止工作. 圖 2.9 系統(tǒng)按鍵系統(tǒng)工作狀態(tài)可通過數(shù)碼管顯示.接通電源時,顯示0,如圖2.10所示;圖2.10 接通電源時數(shù)碼管顯示系統(tǒng)正常工作時,顯示1,如圖2.11所示: 圖2.11 系統(tǒng)正常工作時數(shù)碼管顯示傳感器發(fā)現(xiàn)危險時,顯示2,如圖2.12所示:圖2.12 發(fā)現(xiàn)險情時數(shù)碼管顯示2.6 系統(tǒng)電源電源是各種電子設(shè)備必不可少的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標及能否安全可靠地工作?？刂葡到y(tǒng)由電源引入的干擾約占32%，成為工業(yè)控

32、制系統(tǒng)的主要干擾源。我國市電電壓波動較大，噪聲污染較嚴重，控制系統(tǒng)由電源引起的故障要占更大比例，所以精心設(shè)計電源是一項重要工作。2.6.1 電源器件介紹集成穩(wěn)壓器是一種將功率調(diào)整管、取樣電路、基準穩(wěn)壓、誤差放大、啟動和保護電路等全部集成在一個芯片上的集成電路。開關(guān)電源是相對線性電源說的。由于變壓器的磁芯大小與它的工作頻率的平方成反比，這樣就可以大大減小變壓器，使電源減輕重量和體積。而且由于它直接控制直流，使這種電源的效率比線性電源高很多，并且通過用電子線路組成開關(guān)式(方波)震蕩電路來達到對電能的轉(zhuǎn)換.這種方式有好多優(yōu)點，一是穩(wěn)壓范圍寬，在一定范圍內(nèi)輸出電壓與輸入電壓變化無關(guān)，是其它方式電源無法

33、比擬的。二是效率高，由于采用開關(guān)震蕩工作方式，熱損耗特別少，發(fā)熱低。三是結(jié)構(gòu)簡單，相對于其它相同功率的電源，開關(guān)電源的體積與重量要少得多。因此，在眾多的電子設(shè)備中，開關(guān)式電源己經(jīng)是相當普遍。2.6.2 系統(tǒng)電源設(shè)計方案煤氣報警控制器的電源有驅(qū)動電機、揚聲器工作所需要的5v電源，單片機系統(tǒng)所需要的3.3v 電源以及各種芯片所需要的sv工作電壓。我們通過一個5v 的開關(guān)電源。把交流電轉(zhuǎn)化為5v直流電，然后再通過集成穩(wěn)壓器將5v直流電轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)需要的sv和3.3v 的直流電壓。由于系統(tǒng)接入開關(guān)電源的電壓是安全防護用電，因此可以避免電源掉電。為了確保電源散熱及時，加入散熱片進行散熱保護。根據(jù)系統(tǒng)輸入電

34、壓電流大小，集成穩(wěn)壓器選用7815和7808 芯片，然后再用貼片式穩(wěn)壓器進行變換得到最終需要的電源。2.7 系統(tǒng)報警模塊系統(tǒng)報警模塊采用雙保險的報警方式。當煤氣泄漏發(fā)生時，一方面在煤氣泄漏現(xiàn)場通過揚聲器發(fā)出報警聲音，同時，再由單片機引腳輸出給報警燈控制電路，能夠控制報警燈的閃爍。單片機通過兩個引腳輸出信號為了雙重保險，使得報警系統(tǒng)更加可靠。當系統(tǒng)判斷達到煤氣泄漏的一定濃度后，單片機從p1.2引腳輸出高電平信號。單片機報警電路圖如圖2.13所示。圖2.13 報警模塊注：圖2.13中,d3為系統(tǒng)指示燈；out1為危險只是燈；out2接報警器。報警模塊接線方式為：圖2.14 報警模塊接線圖第3章 系

35、統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 proteus和keil c軟件開發(fā)平臺單片機開發(fā)除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)閏pu可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼。用于mcs-51單片機的匯編軟件有早期的a51，隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，keil軟件是目前最流行開發(fā)mcs-51系列單片機的軟件。keil提供了包括c編譯器，宏匯編，連接器，庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部分組合在一

36、起。keil c51是keil公司針對80c51系列單芯片，在windows平臺上開發(fā)出的一套工具軟件，通過keil uvision2的ide(整合發(fā)展環(huán)境)，提供80c51匯編語言與c51語言的編譯/連結(jié)、除錯/模擬測試，并具備完善的項目管理系統(tǒng)(project)，以及系統(tǒng)文件說明等功能。 3.2 主程序模塊智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括主程序模塊，中斷服務(wù)子程序程序模塊，數(shù)據(jù)采集模塊， led顯示模塊，計數(shù)中斷程序模塊，延時程序模塊等多個子程序組成。在主程序模塊中，需要完成對各接口芯片的初始化、煤氣灶定時功能的初始化、中斷向量的設(shè)計以及開中斷、循環(huán)等待狀態(tài)等工作。另外，在主程序

37、模塊中還需要設(shè)置啟動/清除標志寄存器、定時寄存器，并對它們進行初始化。根據(jù)各標志寄存器的內(nèi)容，設(shè)置系統(tǒng)處于待機狀態(tài),啟動定時器,隨后進入循環(huán)等待狀態(tài)。主程序還將根據(jù)傳感器檢測電路的信號完成報警和關(guān)閉/開啟安全閥等不同的操作21。其主程序流程圖如圖3.1所示。主程序可實現(xiàn)的功能：切斷控制功能,在煤氣(煙霧) 濃度超標時,立即切斷煤氣管道。當故障排除后可自動開啟煤氣管道。3.3 嵌入式程序的開發(fā)本系統(tǒng)的嵌入式程序主要包括以下幾個功能模塊:1.數(shù)據(jù)采集模塊；2.電機驅(qū)動模塊；3.報警模塊； 圖3.1 主程序流程圖 開始temp flag=1 停止鍵?flag=1? 危險輸入?flag=0? 開始鍵?

38、 判斷中斷來源temp flag=3temp flag=2temp flag=1temp flag=2flag=1 sys=0 disnum=0flag=1 sys=1out=1 dissum=0temp flag=2?flag=0 sys=1out=1 dissum=0temp flag=3?flag=0 sys=1out=0 dissum=2結(jié)束 圖3.2 外部中斷0函數(shù)3.3.1 總程序如附錄a 3.3.2 數(shù)據(jù)采集處理程序該系統(tǒng)是對各種探測器所探測到的信號進行檢測。系統(tǒng)采用既能敏感煤氣又可敏感煙霧的新型氣敏探測器。通過對傳感器的數(shù)據(jù)采集來判斷是否啟動報警系統(tǒng)同時關(guān)閉氣源。3.3.3 電

39、機驅(qū)動模塊步進電機為兩相式，步進電機都是通過信號驅(qū)動，p1.1，p1.2為步進電機兩相電流控制信號的輸出口，控制步進電機的正反轉(zhuǎn)。3.3.4 報警模塊系統(tǒng)報警模塊采用雙保險的報警方式。當煤氣泄漏發(fā)生時，一方面在煤氣泄漏現(xiàn)場通過揚聲器發(fā)出報警聲音，同時，再由單片機引腳輸出給報警燈控制電路，能夠控制報警燈的閃爍。單片機通過p1.1，p1.2引腳輸出信號分別驅(qū)動警鈴進行聲音報警和驅(qū)動警燈進行燈光報警，使得報警系統(tǒng)更加可靠。 4 系統(tǒng)可靠性分析一個煤氣報警控制系統(tǒng)想達到的預(yù)期目的就是:在它的監(jiān)控范圍內(nèi)出現(xiàn)報警目標時，應(yīng)可靠地發(fā)出報警，而當監(jiān)控環(huán)境中不存在目標時，不應(yīng)發(fā)出報警訊號。可靠性是說明一個系統(tǒng)性

40、能的最佳指標。而在報警系統(tǒng)中，探測器、各種硬件軟件的選擇又是影響系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵原因24。下面就本次設(shè)計產(chǎn)品的各個方面的可靠性做具體分析：1、在探測器方面，為了提高系統(tǒng)的可靠性，本系統(tǒng)選用了既能敏感煤氣又可敏感煙霧的新型氣敏元件作傳感器,并選用高性價比的單片機89c2051 作控制單元,進行相應(yīng)的電路設(shè)計和安全閥的設(shè)計制作。當煤氣外泄,或灶具在燃而用戶遺忘導(dǎo)致食物燒焦散發(fā)出煙霧時,氣敏元件接收到上述信號,傳給單片機,單片機控制安全閥的啟閉動作,從而實現(xiàn)煤氣灶的安全防護。此外單片機內(nèi)置的定時器可實現(xiàn)用戶的定時烹煮。2、防塵罩是本設(shè)計的一個特色，在可靠性方面起著重要作用. 3、電源方面通過一個開關(guān)

41、電源和一個集成穩(wěn)壓器層層轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)需要的直流電壓。由于系統(tǒng)接入開關(guān)電源的電壓是安全防護用電，因此可以避免電源掉電。為了確保電源的穩(wěn)定性和提高散熱效果，本系統(tǒng)增加了浪涌保護電路，同時整個電源電路裝在一個電源盒中放于整個裝置外部，散熱好。4、軟件的可靠性也是一個非常關(guān)鍵的方面。事實上，在整個控制系統(tǒng)的設(shè)計中，應(yīng)用軟件的設(shè)計、程序編制所占的工作量是非常大的。一方面保證應(yīng)用軟件的本身的健壯性，使程序能夠持續(xù)穩(wěn)定的運行。要做到這一點，首先精心設(shè)計了應(yīng)用軟件的總體結(jié)構(gòu)，按照面向?qū)ο蟮挠^點，綜合考慮用戶的觀點和程序的易實現(xiàn)性，編制出高效率的應(yīng)用軟件；在編寫代碼時，多次調(diào)試，做到思維嚴密，盡可能減少人為的失誤

42、。另一方面，通過采取軟件方面的措施提供系統(tǒng)的可靠性。在軟件設(shè)計中，對重要環(huán)節(jié)采用多次重復(fù)判斷以提供系統(tǒng)的可靠性。5、傳感器的安裝位置應(yīng)注意避開水蒸氣直接影響的位置(如抽油煙機的內(nèi)側(cè)) ,因為所用的傳感器在水蒸氣中,阻值也有一些變化可能會導(dǎo)致誤報。為避免這種情況,安裝在灶臺偏下或離灶臺幾十公分的位置比較合適23。此外選用的89c51型號的單片機，本身具有一個4kb的片內(nèi)flash存儲器25，我們將系統(tǒng)運行的重要信息，如故障、報警等信息保存起來。同時，當干擾造成程序運行發(fā)生混亂或陷入死循環(huán)時，可以使單片機復(fù)位從而讓程序正常運行?？傊?，智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)是一項復(fù)雜的工程，必須在系統(tǒng)設(shè)計、結(jié)

43、構(gòu)設(shè)計、軟件編制、整機裝備和調(diào)試階段各個環(huán)節(jié)方面統(tǒng)籌安排，嚴格把關(guān)才能保證系統(tǒng)具有高的可靠性26。5 結(jié)束語 本畢業(yè)設(shè)計按照課題“智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)”應(yīng)實現(xiàn)的功能設(shè)計了所需的硬件電路和相應(yīng)的軟件。本文采用89c51作為控制器和處理器，以報警裝置為控制對象，實現(xiàn)對煤氣泄漏自動報警的控制。論文一共分為四部分介紹。第一部分是緒論，介紹了國內(nèi)外智能煤氣灶安全防護系統(tǒng)的研究背景,課題意義,發(fā)展過程，簡要說明了研制智能煤氣灶安全防護系統(tǒng)的意義和硬件部分的研制過程；第二部分是智能多功能煤氣灶安全防護系統(tǒng)硬件組成及原理；第三部分是智能煤氣灶安全防護系統(tǒng)的軟件設(shè)計；第四部分是系統(tǒng)可靠性分析 所完成的硬

44、件電路和相應(yīng)軟件的設(shè)計，基本達到了畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計要求。但由于本人水平有限,設(shè)計尚有許多不足之處,在此本人表示慚愧.畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了，通過畢業(yè)設(shè)計使我深深感受到了，只有全面系統(tǒng)的學(xué)習(xí)才能真正的掌握更多的知識。本次歷時3個多月的畢業(yè)設(shè)計，使我對各芯片的工作原理有了更深入的認識，同時也建立起了很強的思考能力，并學(xué)習(xí)到了課本以外的東西，最重要的是鍛煉了獨立思考和獨立動手的能力，這為我以后走向工作崗位打下了堅實的基礎(chǔ)。附錄a 主程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit sys = p10;sbit out1 = p

45、11;sbit out2 = p12;uchar flag,disnum;uchar code num10 = 0x0c0,0x0f9,0x0a4,0x0b0,0x099,0x092,0x082,0x0f8,0x080,0x090;/09void delayms(uint z)uint i,j;for(i=z;i0;i-)for(j=124;j0;j-);void main()ea = 1;ex1 = 1;flag = 0;disnum = 0;sys = 1;while(1)p0 = numdisnum;void int0() interrupt 2uchar tempp2 = p2;uchar tempflag;ex1 = 0;switch(tempp2)case 0x0fe:tempflag = 1;break;case 0x0fd:tempflag = 2;break;case 0x0fb:tempflag = 3;break;switch(flag)case 0:if(tempflag=1)flag = 1;sys = 0;disnum = 1;if(tempflag=2)flag = 0;sys = 1;out1 = 1;out2 = 1;disnum = 0;break;case 1:if(tempflag=2)flag = 0;sy