《開題報告樣例》word版

1、 中國海洋大學(xué)青島學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計開題報告題 目便攜式甲烷報警儀的設(shè)計系（中心） 信息工程系 年 級 2006級 專 業(yè) 電子信息工程 姓 名 于 天 學(xué) 號 200602305151 指導(dǎo)教師 王 敏 教務(wù)處制表2009年 12 月 12 日一、選題依據(jù)課題來源、選題依據(jù)和背景情況；課題研究目的、學(xué)術(shù)價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值隨著人們生活水平的提高，越來越多的人對生活空間安全和舒適性有了更高的要求?，F(xiàn)在家用的天然氣主要成分為甲烷，一旦泄露會使大腦缺氧且導(dǎo)致中毒，遇明火產(chǎn)生爆炸，給人的生命財產(chǎn)安全帶來重大威脅。便攜式甲烷報警儀可隨時監(jiān)測甲烷的泄漏情況，當(dāng)空氣中甲烷氣體達(dá)到一定濃度時，報警儀立即進(jìn)行聲、光

2、報警，有效的防止了事故的發(fā)生，滿足人們對家用天然氣安全的需求。中國是一個產(chǎn)煤大國，是一個嚴(yán)重依賴煤炭能源的國家，同時也是礦難大國。近年來多次礦難使眾多家庭支離破碎，礦井中甲烷氣體濃度的控制是關(guān)鍵問題。便攜式甲烷報警儀可隨時監(jiān)測空氣中甲烷氣體的濃度，達(dá)到限定濃度時立即報警，保證了在礦井采礦工人的生命安全。單片機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了探索、完善、MCU化、百花齊放四個階段后，已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍采用的智能化控制工具，內(nèi)部有著和電腦功能類似的模塊，主要用來作控制部分的核心部件。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與

3、數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所以我選用單片機(jī)作為便攜式甲烷報警儀的控制系統(tǒng)。利用單片機(jī)實現(xiàn)以下功能：時鐘顯示：顯示年、月、日、時、分；采樣記錄：按下“采樣鍵”記錄此時環(huán)境的甲烷濃度和時間；紀(jì)錄最高濃度：可顯示和自動存儲甲烷濃度最高值和最高值得時間；顯示剩余電量；超限報警；報警點可調(diào)。本論文主要運(yùn)用單片機(jī)AT89s51實現(xiàn)，實踐表明本報警儀對

4、居家安全以及采礦安全具有很大的實用價值。二、文獻(xiàn)綜述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)；查閱的主要文獻(xiàn)研究現(xiàn)狀甲烷濃度監(jiān)測報警系統(tǒng)從儀器結(jié)構(gòu)和方法上分為便攜式和固定式，便攜式儀器可在井下任意位置采樣檢測，固定式儀器用于煤礦井下固定地點氣體監(jiān)測。目前的用于檢測可燃性氣體的報警儀器有很多，如光干涉式、熱導(dǎo)式、熱催化式等。我國根據(jù)熱催化式甲烷報警儀原理制成的便攜式甲烷檢測報警儀大體分為兩類:一類是由電橋輸出的電信號直接驅(qū)動電表指示甲烷濃度,AQJ-9 型甲烷檢測報警儀就是這一類產(chǎn)品。另一類是電橋輸出的電信號經(jīng)電子線路放大后,再驅(qū)動電表指示或數(shù)字顯示電路顯示甲烷濃度。放大后的信號還可與聲、光顯示電路連接給出甲烷

5、的超限顯示和聲、光報警信號。把A/ D 轉(zhuǎn)換、數(shù)字寄存、譯碼驅(qū)動等集成于一身,使儀器的體積和重量進(jìn)一步減小,精度和穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。國外甲烷濃度檢測系統(tǒng)是 20 世紀(jì) 60 年代開始發(fā)展起來的，至今已經(jīng)有四代產(chǎn)品。從技術(shù)特性來看，主要是從信息傳輸發(fā)生的進(jìn)步來劃分監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展階段的第一代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)采用空分制來傳輸信息。煤礦監(jiān)控技術(shù)的第二代產(chǎn)品的主要技術(shù)特征是信道頻分制技術(shù)的應(yīng)用。頻分制的應(yīng)用，體現(xiàn)了以晶體管電路為主的信息傳輸技術(shù)的發(fā)展，而集成電路的出現(xiàn)推動了時分制系統(tǒng)的發(fā)展，從而產(chǎn)生以時分制為基礎(chǔ)的第三代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)，其中發(fā)展較快的是英國。到了 80 年代，形成了以分布式微處理機(jī)為基礎(chǔ)的第四代

6、煤礦監(jiān)控系統(tǒng)。我國監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用較晚，80 年代初，從國外引進(jìn)了一批安全監(jiān)測系統(tǒng)，裝備了部分煤礦，在引進(jìn)的同時，通過消化、吸收并結(jié)合我國煤礦的實際情況，先后研制出 KJZ、KJ4、KJS等煤礦有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)。其中 KJ95 代表了國內(nèi)煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的先進(jìn)水平。KJ95煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)采用光纖傳輸數(shù)據(jù)，適合用于煤礦實現(xiàn)井下環(huán)境和井上/下生產(chǎn)工況監(jiān)測，井下通信及工業(yè)電視監(jiān)視等全礦井綜合監(jiān)測監(jiān)控，為礦井監(jiān)測監(jiān)控提供了高速的信息傳輸通道。查閱主要文獻(xiàn)： 李曉帆，可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋銛y式礦井甲烷檢測儀的研究，論文，中北大學(xué)趙延明 高軍，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展，煤礦機(jī)電，2007年第3期

7、王建國，我國煤礦安全科技現(xiàn)狀及發(fā)展方向，中國科協(xié)2005年學(xué)術(shù)年會第20分會場論文集，山西經(jīng)濟(jì)出版社 ，山西太原劉明光 陳新軍，我國煤礦甲烷安全監(jiān)控系統(tǒng)綜述，煤礦安全，2007年第3期于霄鵬，高效家用燃?xì)鈭缶鳈z測裝置，科研與實踐（技術(shù)篇）謝望，氣體傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，天津工業(yè)大學(xué)王化祥 張淑英，傳感器原理及應(yīng)用，天津大學(xué)出版社，天津?qū)O良彥 尹麗 孔祥霞 劉正秀，氣體傳感器研究的新動態(tài)張福學(xué)，傳感器應(yīng)用及其電路精選，電子工業(yè)出版社，北京黃曉波，漫談有害氣體檢測報警儀在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用實例李祖斌 姜建偉 文峰，可燃易爆有害氣體自動檢定裝置的研制，中國測試技術(shù)張玉仲，可燃?xì)怏w檢測報警器原理

8、及應(yīng)用，物流技術(shù)，2000.2馬宏偉 周元華 徐志鵬，基于ATMEGA8甲烷報警儀的設(shè)計，論文，西安科技大學(xué)髙京衛(wèi) 李軍 韓毅，基于ADC812單片機(jī)的可燃性氣體檢測報警儀的設(shè)計，現(xiàn)代電子技術(shù)宋毅華，SnO2甲烷氣體傳感器的優(yōu)化設(shè)計與試制，論文，吉林大學(xué)伍樂生，基于PIC16F877的高性能可燃?xì)怏w報警器，應(yīng)用技術(shù)三、研究內(nèi)容學(xué)術(shù)構(gòu)想與思路；主要研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題（或技術(shù)）學(xué)術(shù)構(gòu)想與思路：本論文根據(jù)甲烷的特性及單片機(jī)AT89s51的特點設(shè)計一款專門用來檢測局部空間內(nèi)甲烷氣體的含量，及甲烷氣體含量超標(biāo)時自動進(jìn)行聲、光報警的儀器，欲為家庭及采礦工人安全提供幫助。主要研究內(nèi)容：1）甲烷敏感元

9、件利用甲烷傳感器檢測空氣中甲烷的濃度。擬用催化燃燒式傳感器檢測可燃?xì)怏w，這主要是因為熱催化式甲烷檢測報警儀具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、受背景氣體和溫度的影響小、輸出的電信號大、電信號處理和顯示方便、易實現(xiàn)自動檢測等優(yōu)點。2）信號放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路將信號經(jīng)過放大和A/D轉(zhuǎn)換電路變成數(shù)字信號進(jìn)入單片機(jī)。3）AT89s51單片機(jī)微處理器擬采用AT89S51，它是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指

10、令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。而且AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中

11、斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求，比較靈活。4）顯示、記錄、報警模塊顯示選用LED顯示屏，聲光報警系統(tǒng)。5）電源2擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實施方案及可行性分析檢測電路（甲烷傳感器）A/D轉(zhuǎn)換電路電源單片機(jī)控制聲光報警時鐘功能LED顯示記錄模塊報警點調(diào)節(jié)模塊按鍵控制上圖為本設(shè)計的的大體的設(shè)計框圖，本設(shè)計以單片機(jī)AT89s51為控制核心，首先進(jìn)行甲烷濃度的獲取，獲取到甲烷濃度以后，將這些模擬量的信號利用A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過單片機(jī)對其進(jìn)行

12、處理分析，實現(xiàn)各個分件功能。第一步 設(shè)計檢測電路當(dāng)含可燃性的混合氣體擴(kuò)散到檢測元件上，在氣敏元件表面有一層催化劑，催化劑迅速與可燃性氣體進(jìn)行無焰燃燒，并產(chǎn)生熱量，溫度使感應(yīng)電阻組織發(fā)生變化，打破傳感器中的平衡，產(chǎn)生微小電壓差信號，此信號是和可燃?xì)怏w濃度是成正比的，從而達(dá)到檢測氣體濃度的目的。第二步 設(shè)計A/D電路將傳感器獲得的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號。第三步 連接LED模塊選擇合適的LED器件，實現(xiàn)時間顯示及采樣記錄顯示功能。第四步 設(shè)計聲光報警模塊采用二極管及蜂鳴器，使得甲烷弄懂超過限制時發(fā)出蜂鳴聲及閃爍紅光引起相關(guān)人員注意。第五步 選擇電源可以選擇充電鋰電池、小電瓶或者配備常規(guī)的干電池編寫程序第六步 編寫程序編寫相關(guān)程序使時鐘顯示、采樣記錄、紀(jì)錄最高濃度、顯示剩余電量、超限報警、報警點可調(diào)功能得以實現(xiàn)。從理論上分析此方案是可行的。四、論文（設(shè)計）進(jìn)度安排起止時間主要內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)2010.1.10-2010.3.15-課題準(zhǔn)備階段：主要是進(jìn)行有關(guān)本課題的相關(guān)資料的查詢和收集，并詳細(xì)閱讀和學(xué)習(xí)；與此同時，針對擬解決的問題進(jìn)行開發(fā)平臺和應(yīng)用系統(tǒng)的可行性分析，完成應(yīng)用系統(tǒng)的初步設(shè)計和總體規(guī)劃課題研究與系統(tǒng)開發(fā)階段：本階段將進(jìn)行單片機(jī)電路圖的設(shè)計，并對A/D轉(zhuǎn)化電路，電源電路等進(jìn)行總體規(guī)劃，形成較為完整有效的整體解決方案，為畢業(yè)論文的撰寫作好充分準(zhǔn)備。論文撰寫階段：對本課題的工作進(jìn)行