室內(nèi)煤氣泄漏自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1、    室內(nèi)煤氣泄漏自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計    熊杰【摘 要】本文設(shè)計了一種基于單片機(jī)技術(shù)的智能型煤氣監(jiān)控系統(tǒng)，可對煤氣濃度進(jìn)行實(shí)時檢測、監(jiān)控和報警，并能實(shí)現(xiàn)自動關(guān)閉煤氣管道閥門，精確度、靈敏度和穩(wěn)定性高，造價低，操作方便，可廣泛作為室內(nèi)煤氣智能監(jiān)控系統(tǒng)來使用。【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；煤氣泄露；監(jiān)控系統(tǒng)1.引言煤氣泄漏具有巨大危害性，因此對煤氣泄漏實(shí)時精確監(jiān)控是十分必要而且重要的。 近年來隨著人民生活水平的提高，管道煤氣和罐裝煤氣已深入到尋常百姓家。但由于使用不當(dāng)或設(shè)備老化等原因?qū)е碌拿簹庑孤O大地威脅著人們的生命財產(chǎn)安全。目前，一般的煤氣報警器功能單一，性能穩(wěn)

2、定性低；而大型的監(jiān)控系統(tǒng)又價格不菲，并需專門的技術(shù)人員來管理，不適用于家庭。本設(shè)計研制了一種基于單片機(jī)技術(shù)的燃?xì)庑孤﹫缶c應(yīng)急處理器。該系統(tǒng)不僅能及時準(zhǔn)確地檢測出燃?xì)獾男孤?，進(jìn)行聲光報警，還能實(shí)現(xiàn)自動應(yīng)急處理（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(dú)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?xì)庥脩羰褂谩?.總體設(shè)計本系統(tǒng)所采用的氣敏傳感器為半導(dǎo)體式氣敏傳感器，工作原理是隨著探頭附近煤氣濃度上升，通電預(yù)熱后的半導(dǎo)體構(gòu)件對敏感氣體的吸附作用，內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)加快，氣敏探頭感應(yīng)體電阻值成指數(shù)下降。這種電阻的變化

3、被信號轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)變成可以測量的電信號，反映出是否有燃?xì)庑孤┈F(xiàn)象。設(shè)計在監(jiān)測電路后級的單片機(jī)可計算出所探測到的燃?xì)鉂舛葏?shù)，當(dāng)檢測濃度值超過預(yù)先設(shè)置的危險門限時，立刻驅(qū)動聲光報警并應(yīng)急處理電路閥門開閉裝置系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由單片機(jī)電路、檢測電路、報警電路和應(yīng)急處理電路組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 系統(tǒng)硬件框圖3.硬件設(shè)計3.1 檢測電路系統(tǒng)加熱電源使氣敏元件工作在200300下，檢測電路將氣敏元件的電阻值轉(zhuǎn)換為直流電壓并輸入單片機(jī)，電壓高表示可燃性氣體濃度高，單片機(jī)依一定算法判定現(xiàn)場可燃性氣體的濃度情況，以輸出適當(dāng)?shù)膱缶刂菩盘柡蜌庠纯刂菩盘?。?dāng)有燃?xì)庑孤r，其表面會發(fā)生化學(xué)吸附，使本身電阻

4、下降，且燃?xì)鉂舛仍礁?，電阻下降越多。利用該特性并通過q1等元件組成的開關(guān)電路即可獲得“氣電”信號，完成燃?xì)庑孤┑臋z測。氣敏傳感器在使用中，其熱絲可能燒斷但難以發(fā)現(xiàn)，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。燃?xì)庑孤z測和氣敏元件損壞檢測的原理電路如圖2所示。3.2 單片機(jī)電路系統(tǒng)單片機(jī)電路是系統(tǒng)控制的核心，單片機(jī)選用atmel公司的低功耗、高性能的8位cmos芯片at89c51；a/ d轉(zhuǎn)換芯片采用adc0809，可以實(shí)現(xiàn)將連續(xù)采集的煤氣濃度信號轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，以便系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時的判斷和智能化的處理。圖2 檢測電路3.3 聲光報警電路系統(tǒng)光報警由紅、黃、綠發(fā)光二極管完成。當(dāng)

5、燃?xì)鉂舛却笥陬A(yù)報警限值時，單片機(jī)驅(qū)動紅色led點(diǎn)亮；當(dāng)氣敏元件損壞時，單片機(jī)驅(qū)動黃色led工作；當(dāng)正常工作時，單片機(jī)驅(qū)動綠色led點(diǎn)亮。蜂鳴音報警的發(fā)音器件采用壓電式蜂鳴器。當(dāng)燃?xì)鉂舛却笥陬A(yù)報警限值時，單片機(jī)輸驅(qū)動蜂鳴器報警。3.4 應(yīng)急處理電路系統(tǒng)電磁閥采用二位二通節(jié)能型直動式燃?xì)怆姶砰y。當(dāng)正向脈沖供電時閥門開啟并保持，此時電源切斷閥門為開啟位置；當(dāng)反向脈沖供電時閥門關(guān)閉并保持，此時電源切斷閥門為關(guān)閉位置。由于電磁閥需由脈沖信號驅(qū)動，系統(tǒng)采用在單緩沖方式下工作的dac0832作為波形發(fā)生器以提供正負(fù)脈沖，故其能夠自動啟閉實(shí)現(xiàn)安裝位置的可調(diào)性。應(yīng)急處理的原理電路如圖3所示。圖3 電磁閥驅(qū)動電路

6、4.軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件程序主要由主程序、外部中斷0和外部中斷1服務(wù)程序組成。主程序設(shè)計成一死循環(huán)結(jié)構(gòu)，處于隨時可以響應(yīng)中斷的狀態(tài)，如圖 4所示。當(dāng)傳感器損壞時，采樣子程序0服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)完成黃光報警和關(guān)閥門的功能。當(dāng)傳感器檢測到燃?xì)庑孤r，采樣子程序1服務(wù)程序發(fā)出聲報警控制信號；調(diào)用延時程序后，再次進(jìn)行檢測以確定之前的信號是否由于某些干擾或短時可控泄漏（如燃?xì)庠铧c(diǎn)火時可能產(chǎn)生的瞬時泄漏）引起的；如確定為事故泄漏，則即刻發(fā)出紅光報警、關(guān)閉閥門切斷氣源等指令。其程序流程如圖5所示。圖4 主程序流程圖5.結(jié)論本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)煤氣泄露自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能多樣化和智能化，硬件系統(tǒng)簡單，并可作為集群監(jiān)控系統(tǒng)中的下位機(jī)和現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)。在實(shí)際應(yīng)用中，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、靈敏，可廣泛應(yīng)用于家庭、賓館、公寓等存在可燃?xì)怏w的場所。與同類報警系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)成本低，性價比高，使用更為方便，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：1 孫海濤，劉濤，袁賡等.城市燃?xì)庑孤﹫缶刂葡到y(tǒng)j.煤氣與熱力，2002，（6）： 503-5052 王化祥，任思明，郝愧紅等.可燃性氣體監(jiān)測報警控制儀f.儀表技術(shù)與傳感器，2002，（4）： 19-213 熊正中，徐建成.高層建筑燃?xì)庑孤﹫缶刂葡到y(tǒng)的探討與實(shí)施j.煤氣與熱力，1998 18（5）：30-324 曾令國，鄭淑清.智能