畢業(yè)設計(論文)-燃氣泄漏報警器的設計

摘要隨著城鎮(zhèn)化的腳步加快，越來越多的家庭開始使用煤氣作為常用燃料已經(jīng)進入各家各戶，但是在日常生活中，因煤氣使用不當造成的火災、爆炸事故，經(jīng)常發(fā)生。更有嚴重者，因室內(nèi)煤氣濃度過高，又沒有采取及時的急救措施而引起中毒的事故也不少見。怎樣防止煤氣泄露，設計出合理有效的燃氣報警控制系統(tǒng)，保障人們的生命和財產(chǎn)安全已成為人們迫切關心的問題。本論文以半導體氣敏傳感器和單片機技術為核心設計的氣體報警器可實現(xiàn)濃度監(jiān)測、聲光報警、并可以自動關閉燃氣閥功能，是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的氣體報警器，具有一定的實用價值。我選用MQ-7傳感器實現(xiàn)對氣體的檢測，具有靈敏度高、響應快、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且價格低廉，使用壽命長。氣體信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字信號，經(jīng)AT89C51單片機處理送往數(shù)碼管顯示，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否大于某個預設值，如果大于則會自動啟動報警電路發(fā)出報警聲音，再者大于最高預設值，燃氣閥將會進行自動關閉，反之則為正常狀態(tài)。關鍵詞：燃氣MQ-7報警器燃氣閥單片機第一章緒論1.1燃氣泄漏報警的概述燃氣泄漏報警器是非常重要的燃氣安全設備，由氣敏傳感器、單片機和報警器組成。它是安全使用城市燃氣的最后一道保護。燃氣泄漏報警器通過氣敏傳感器探測周圍環(huán)境中的低濃度可燃氣體，通過采樣電路，將探測信號用模擬量或數(shù)字量傳遞給控制器或控制電路，當氣體濃度超過控制器或控制電路中設定值時，控制器通過執(zhí)行器或執(zhí)行電路發(fā)出聲音報警信號和燈光報警信號。氣體報警器的探測氣敏傳感器主要半導體型、接觸燃燒式、電化學氣敏傳感器，還有少量的其他類型。這些傳感器都是通過對周圍環(huán)境中的可燃氣體的吸附，在傳感器表面產(chǎn)生化學反應或電化學反應，造成傳感器的電物理特性的改變，經(jīng)單片機處理后報警。1.2燃氣泄漏報警的現(xiàn)狀燃氣檢測報警產(chǎn)品是一個系列產(chǎn)品，包括氣體探測設備、信息傳輸設備、報警分析控制器，是物理傳感技術、自動控制、計算機技術、數(shù)據(jù)傳輸和管理、智能樓宇等技術的綜合集成，屬于高新技術。依托中國多年的基本建設的發(fā)展，這個行業(yè)也得到發(fā)展，具備了和國外知名企業(yè)抗衡的能力。在目前中國許多冠名以高新技術的行業(yè)中，中國企業(yè)大多做的是下游的制造和服務，分取極少一部分的利潤，像安防報警產(chǎn)品那樣又擁有自我知識產(chǎn)權，又擁有大量市場的行業(yè)其實是很少的。在安防報警產(chǎn)品的技術含量上，國內(nèi)產(chǎn)品和國外產(chǎn)品差距不是很大，許多指標已經(jīng)超越，存在的問題是：類似于國外安防報警產(chǎn)品的大批量規(guī)?；纳a(chǎn)才剛起步，有待于積累經(jīng)驗和技術，也因此在產(chǎn)品一致性和長期穩(wěn)定性上有一些差距；國內(nèi)正在形成權重的大型企業(yè)和集團，這樣可以帶領國內(nèi)的各家企業(yè)去沖擊海外市場，并最終占領海外的安防報警市場。1.3燃氣泄漏報警的發(fā)展趨勢二十多年前，我國的安防報警產(chǎn)品剛剛起步，無論產(chǎn)品技術含量、產(chǎn)品系列完整性、使用性，還是社會影響程度都是相當?shù)偷?。國外的產(chǎn)品和品牌卻占領我們的大部分市場。由于中國的建設正在面臨飛速發(fā)展，我們應該抓住廣闊的市場空間，慶幸的是中國企業(yè)抓住了這次機遇，頂住了挑戰(zhàn)，先是一批國家的科研院所，后是一批國營企業(yè)、民營企業(yè)，業(yè)內(nèi)也吸引和凝聚一大批國內(nèi)的技術和管理精英，花了多年時間，通過幾次產(chǎn)品更新?lián)Q代，就使自己的產(chǎn)品緊緊跟上了國際水平，并且奪回了大部分國內(nèi)市場，使得現(xiàn)在大多國外產(chǎn)品只有招架之勢，這是典型的自力更生，走自己的路。當然目前而言，我們基本占據(jù)的是國內(nèi)市場，對外還剛剛啟動。但是，中國企業(yè)已經(jīng)做好準備進軍海外市場。1.4燃氣泄漏報警研究意義與目的面對燃氣泄漏而造成的種種事故威脅，我們需要一個解決辦法。使用燃氣報警器是對付燃氣無形殺手的重要手段之一。燃氣專家指出，燃氣泄漏或廢氣排放而大量產(chǎn)生的一氧化碳是燃氣中毒事件的根源，如采用燃氣泄漏報警器就能得到及時的警示。有關部門經(jīng)長期測試得出結論，燃氣報警器防止煤氣泄漏事故發(fā)生的有效率達95%以上。計算機的普及和信息技術的迅猛發(fā)展，人們己不滿足于傳統(tǒng)的居住環(huán)境，對家庭及住宅小區(qū)提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地發(fā)展起來。人們對居住環(huán)境要求的日見增高，體現(xiàn)在希望住宅不僅更便利、舒適而且更安全。單片機在日用電子產(chǎn)品中的應用越來越廣泛，燃氣泄漏則是人們?nèi)粘Ｉ钪谐３Ｐ枰獪y量和控制的一個問題。單片機有利于為現(xiàn)代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設施。為了防止中毒事件再次發(fā)生，提出利用單片機系統(tǒng)進行有效的預防對策。所以怎樣防止燃氣中毒與爆炸已成為人們的迫切需要[1]。1.5設計任務本文設計了一種靈敏度高、響應快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜的煤氣檢測系統(tǒng)，采用氣敏傳感器，氣敏傳感器是能夠感知環(huán)境中某種氣體及其濃度的一種敏感器件，它將氣體成分、濃度等有關的信息轉(zhuǎn)換成電信號，從而可以進行檢測。目前，人們對氣敏傳感器的測試方法主要停留在用人工手動的方式來操作，開發(fā)出一種實用高效的智能化傳感器測試裝置是極為必要的。而聲光信號是信息的又一主要載體，如果在這些測量場合能用聲光信號直接報出結果，將給操作人員帶來極大方便，本文就介紹一種新型的氣敏傳感器測試系統(tǒng)，從組成框圖、硬件設計以及程序流程及代碼等幾方面對其進行了詳細的介紹。第二章燃氣泄漏報警系統(tǒng)的方案設計2.1燃氣報警系統(tǒng)的設計思路燃氣報警系統(tǒng)是能夠檢測環(huán)境中的可燃性氣體濃度，并具有報警功能的儀器，儀器的最基本組成部分應包括：氣體信號采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路。氣體信號采集電路一般由氣敏傳感器和模擬放大電路組成，將氣體信號轉(zhuǎn)化為模擬的電信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從燃氣檢測電路送出的模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的數(shù)字信號后送入單片機。單片機對該數(shù)字信號進行處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析，是否大于或等于某個預設值(也就是報警限)，如果大于則會自動啟動報警電路發(fā)出報警聲音，反之則為正常狀態(tài)。為使報警裝置更加完善，可以在聲音報警基礎上，加入光報警，紅光信號可以引起用戶注意，彌補嘈雜環(huán)境中聲音報警的局限。以上是根據(jù)報警器應具備的功能，提出的整體設計思路。氣敏傳感器及單片機是燃氣泄漏報警器的兩大核心，根據(jù)報警器功能的需要，選擇合適、精確、經(jīng)濟的氣敏傳感器及單片機芯片是至關重要的。傳感器的選型在下一節(jié)介紹。單片機作為硬件電路的核心，它的選型將在第三章詳述。2.2氣體傳感器的選型氣體傳感器屬于氣敏傳感器，是氣-電變換器，它將可燃性氣體在空氣中的含量(即濃度)轉(zhuǎn)化成電壓或者電流信號，通過A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機，進而由單片機完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報警控制等工作。氣體傳感器作為燃氣泄漏報警器的信號采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，氣體傳感器的選型是非常重要的。2.2.1氣體傳感器介紹1、氣體傳感器的分類氣體傳感器種類繁多，從檢測原理上可以分為三大類：(1)利用物理化學性質(zhì)的氣體傳感器：如半導體氣體傳感器、接觸燃燒氣體傳感器等。(2)利用物理性質(zhì)的氣體傳感器：如熱導氣體傳感器、光干涉氣體傳感器、紅外傳感器等。(3)利用電化學性質(zhì)的氣體傳感器：如電流型氣體傳感器、電勢型氣體傳感器等。2、氣體傳感器應滿足的基本條件:一個氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個完整的氣體傳感器都必須具備以下條件：（1）能選擇性地檢測某種單一氣體，而對共存的其它氣體不響應或低響應；（2）對被測氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測允許范圍內(nèi)的氣體濃度；（3）對檢測信號響應速度快，重復性好；（4）長期工作穩(wěn)定性好；（5）使用壽命長；（6）制造成本低，使用與維護方便。3、常見氣體傳感器簡介（1）半導體氣體傳感器半導體氣體傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器，以及用單晶半導體器件制作的氣體傳感器。自1962年半導體金屬氧化物氣體傳感器問世以來，由于具有靈敏度高、響應快、輸出信號強、耐久性強、結構簡單、價格便宜等諸多優(yōu)點，得到了廣泛的應用。該傳感器己成為世界上產(chǎn)量最大、使用最廣的氣體傳感器之一。按照敏感機理分類，可分為電阻型和非電阻型。（2）固體電解質(zhì)氣體傳感器固體電解質(zhì)氣體傳感器使用固體電解質(zhì)氣敏材料作為氣敏元件，其原理是利用氣敏材料在通過氣體時產(chǎn)生電阻，測量其形成電動勢從而測量氣體濃度。由于這種傳感器電導率高，靈敏度和選擇性好，因而得到了廣泛的應用，幾乎打入了石化、環(huán)保、礦業(yè)等各個領域，其產(chǎn)量僅次于半導體氣體傳感器的一類傳感器。但這種傳感器制造成本高，檢測氣體范圍有限，在檢測環(huán)境污染領域中有優(yōu)勢。（3）接觸燃燒式氣體傳感器當易燃氣體接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發(fā)生氧化反應而燃燒，故得名接觸燃燒式傳感器。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲(也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層)，使用時將鉑絲通電，保持300°C~400°C的高溫，此時若與氣體接觸，氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升,通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道氣體的濃度。（4）高分子氣體傳感器利用高分子氣敏材料制作的氣體傳感器近年來得到很大的發(fā)展。高分子氣敏材料在遇到特定氣體時，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣敏材料由于具有易操作性、工藝簡單、常溫選擇性好、價格低廉、易與微結構傳感器和聲表面波器件相結合，在毒性氣體和食品鮮度等方面的檢測中具有重要作用。高分子氣體傳感器具有對特定氣體分子靈敏度高，選擇性好，且結構簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它氣體傳感器的不足。（5）電化學傳感器電化學傳感器由膜電極和電解液封裝而成。氣體濃度信號將電解液分解成陰陽帶電離子，通過電極將信號傳出。它的優(yōu)點是：反映速度快、準確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短(大約兩年)。它主要適用于毒性氣體檢測。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。（6）熱傳導傳感器熱傳導傳感器與接觸燃燒式傳感器具有類似的結構形式，但是測量原理不同。它的測量原理是：將加熱后的鉑電阻線圈置于目標煙霧中，由于向目標氣體傳送熱量造成溫度降低，引起電阻值變化，傳感器即測量電阻值的變化情況。溫度的變化情況是目標氣體熱傳導率的函數(shù)，而對于一種給定的氣體，熱傳導率是它固有的物理特性。（7）紅外傳感器紅外傳感器通常用兩束紅外光進行氣體測量，主光束通過測量元件內(nèi)的目標氣體，參考光束通過比較元件內(nèi)的參考氣體。在測量和比較元件中，紅外射線被氣體有選擇地吸收了。未吸收的紅外光由光電探測器測量，產(chǎn)生一個正比于目標氣體濃度的差分信號。非擴散式紅外探測器NDIR(non-dispersiveIR)是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。不同的氣體吸收不同波長的IR，所以傳感器根據(jù)目標氣體而調(diào)整，典型應用包括測量CO和CO2、冷凍劑煙霧和一些易燃氣。由于非碳氫化合物易燃氣體(如氫)不吸收電磁譜中IR部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它氣體的腐蝕以及高濃度目標煙霧的影響。4.常見氣體傳感器可檢測氣體種類由于氣體的種類繁多，一種類型的氣體傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質(zhì)的氣體。例如氧化物半導體氣體傳感器主要檢測各種還原性煙霧，如CO、H2、C2H5OH、CH3OH等。固體電解質(zhì)氣體傳感器主要用于檢測無機氣體，如O2、CO2、H2、Cl2、SO2等。簡要列舉出已經(jīng)研究、開發(fā)的各類氣體傳感器及其可檢測的氣體種類表2.1各種氣體傳感器可檢測的氣體種類傳感器種類COCO2H2SNH3HCNHClCOCI2NOXSO2O2CH4C3H2H2H2OCl2半導體氣體傳感器○○○○○○○○○○○固體電解質(zhì)傳感器○○○○○接觸燃燒式傳感器◎○○○電化學式傳感器○○○○○○○○高分子電解質(zhì)氣體傳感器◎○○○○注：○好◎不太好2.2.2氣體傳感器的選定燃氣泄漏報警器主要應用在石油、化工、冶金、油庫、液化氣站、噴漆作業(yè)等易發(fā)生可燃氣體泄漏的場所，根據(jù)報警器檢測氣體種類的要求，一般選用接觸燃燒式氣敏傳感器和半導體氣敏傳感器。使用接觸燃燒式氣敏傳感器，其探頭的阻緩及中毒,是不可避免的問題。阻緩是當在氣體與空氣的混合物中含有硫化氫等含硫物質(zhì)的情況下，則有可能在無焰燃燒的同時，有些固態(tài)物質(zhì)附著在催化元件表面，阻塞載體的微孔，從而引起響應緩慢反應滯緩，靈敏度降低。雖然將阻緩的傳感器再放回新鮮空氣環(huán)境中有得到某種程度的恢復的可能，但是如果長期暴露在這樣的環(huán)境中，其靈敏度會不斷下降，導致該傳感器最終喪失檢測煙霧的能力。中毒是如果環(huán)境空氣中含有硅烷之類的物質(zhì)時，則傳感器將使催化元件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的中毒，以致靈敏度很快就喪失。當懷疑檢測環(huán)境中存在這些物質(zhì)時，經(jīng)常對探頭進行標定，是必須且有效的辦法。因此，經(jīng)常對傳感器進行標定，是保證其準確性的必要的途徑。一般連續(xù)使用兩個月后應對傳感器進行量程校準，這種經(jīng)常性對傳感器的維護，無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。半導體氣敏傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應快、體積小、結構簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。半導體氣敏傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn)定性(使用壽命)。經(jīng)過對比上述兩種氣敏傳感器的應用特性，發(fā)現(xiàn)半導體氣敏傳感器的優(yōu)點更加突出：靈敏度高、響應快、抗干擾性好、使用方便、價格便宜，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低等。因此，本設計采用半導體氣敏傳感器作為報警器氣體信息采集部分的核心。而在眾多半導體氣敏傳感器中，本設計選用MQ-7型氣敏傳感器，這種型號的傳感器具備一般半導體氣敏傳感器靈敏度高、響應快、抗干擾能力強、壽命長等優(yōu)點。2.3燃氣泄露報警系統(tǒng)的整體設計方案2.3.1燃氣泄露報警器工作原理本論文中的燃氣泄漏報警器以AT89C51單片機為控制核心，采用MQ-7型電阻式半導體傳感器采集氣體信息。首先，氣體傳感器送來的氣體濃度對應的電壓信號送入AT89C51單片機；然后，在AT89C51單片機進行氣體濃度比較，對數(shù)據(jù)進行線性化處理，將數(shù)字化電壓信號轉(zhuǎn)化成為對應的十進制濃度值；最后，判斷氣體濃度值是否超出報警限，當氣體濃度處于正常狀態(tài)紅燈不會點亮，當氣體濃度超出設定的限定值時，發(fā)出聲音報警并伴隨紅燈點亮。另外由于氣體傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應越快，響應時間和恢復時間就越快。為提高響應時間，保證氣體傳感器準確地、穩(wěn)定地工作，報警器需要向氣體傳感器持續(xù)輸出一個5V的電壓。為了保證其可靠性，在輸出5V的電壓的同時，進行故障監(jiān)測[2]。2.3.2燃氣泄露報警器的結構為適應家庭對可燃性易爆氣體安全性要求，設計的可燃性氣體報警儀應不僅能在較寬的溫度范圍工作，而且應具有顯示可燃氣體濃度、可接計算機進行現(xiàn)場遠測和實時控制等功能。其目標是在傳統(tǒng)的煙霧報警儀的基礎上，盡量提高準確性，降低成本，縮小體積。燃氣泄露報警器系統(tǒng)結構框圖如圖2.2所示，該系統(tǒng)以單片機為核心，配合外圍電路共同完成信號采集、聲音及燈光報警等功能。系統(tǒng)采用高性能的單片機，要求工作穩(wěn)定、測量精度高、通用性強、功耗低，保證報警器的精確性及可靠性，而且最好體積小，成本低，有利于減少報警器的體積，降低報警器的成本[3]。使用AT89C51單片機，選用氣敏傳感器作為敏感元件，利用A/D轉(zhuǎn)換器和聲光報警電路，開發(fā)了可用于家庭或小型單位燃氣泄漏報警器。整個設計由5大部分構成：氣敏傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、AT89C51單片機、濃度顯示、聲光報警電路。氣敏傳感器是將現(xiàn)場氣體濃度非電信號轉(zhuǎn)化為電信號；轉(zhuǎn)換電路是將完成將氣體傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換并將氣體濃度顯示在數(shù)碼管上。聲光報警模塊由單片機和報警電路組成，由單片機控制實現(xiàn)不同的聲光報警功能。氣體濃度電源AT89C51單片機電源指示時鐘濃度顯示氣敏傳感器A/D轉(zhuǎn)換器聲音報警復位燈光報警圖2.2燃氣泄漏報警系統(tǒng)結構框圖2.3.3氣體檢測報警器的功能聲光報警功能當氣體濃度取值處在報警限值之上，蜂鳴器開始報警，并且伴隨紅燈點亮。因為人對聲音和紅光信號更為敏感，所以報警音及燈光更容易引起用戶的注意。第三章燃氣泄漏報警系統(tǒng)的硬件部分設計3.1主控電路的設計3.1.1半導體氣敏傳感器簡介半導體氣敏傳感器包括用氧化物半導體陶瓷材料作為敏感體制作的氣體傳感器以及用單晶半導體器件制作的氣體傳感器，它具有靈敏度高，響應快、體積小、結構簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。半導體氣體傳感器的性能主要看其靈敏度、選擇性(抗干擾性)和穩(wěn)定性(使用壽命)。MQ-7氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。采用高低溫循環(huán)檢測方式低溫（1.5V加熱）檢測一氧化碳，傳感器的電導率隨空氣中一氧化碳氣體濃度增加而增大，高溫（5.0V加熱）清洗低溫時吸附的雜散氣體。使用簡單的電路即可將電導率的變化，轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應的輸出信號[4]。（1）靈敏度特性：圖3.1圖3.1H2圖3.1傳感器典型的靈敏度特性曲線注：圖中縱坐標為傳感器的電阻比（Rs/Ro），橫坐標為氣體濃度。Rs表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值Ro表示傳感器在1000ppm不同氣體中的電阻值（2）溫/濕度的影響：圖3.2圖3.2傳感器典型的溫度、濕度特性曲線圖3.2注：圖中縱坐標是傳感器的電阻比（Rs/Ro）。Rs表示在含1000ppm一氧化碳、不同溫/濕度下傳感器的電阻值Ro表示在含1000ppm一氧化碳、20℃/65%RH環(huán)境條件下傳感器的電阻值（3）基本測試回路：VcVcVHGNDRLVRL圖3.3傳感器的基本測試電路注：該傳感器需要施加2個電壓：加熱器電壓（VH）和測試電壓（VC）。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。VC則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負載電阻（RL）上的電壓（VRL）。這種傳感器具有輕微的極性，VC需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC和VH可以共用同一個電源電路。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當?shù)腞L值。（4）技術指標：產(chǎn)品型號MQ-7產(chǎn)品類型半導體氣敏元件標準封裝塑封檢測氣體一氧化碳檢測濃度10-1000ppmCO標準電路條件回路電壓Vc≤10VDC加熱電壓VH5.0V±0.2VACorDC（高）1.5V±0.1VACorDC（低）加熱時間TL60±1S（高）90±1S（低）負載電阻RL可調(diào)標準測試條件下元件特性加熱電阻RH31Ω±3Ω（室溫）加熱功耗PH≤350mW敏感體表面電阻Rs2KΩ-20KΩ(in100ppmCO)靈敏度SRs(inair)/Rs(100ppmCO)≥5濃度斜率α≤0.6(R300ppm/R100ppmCO)標準測試條件溫度、濕度20℃±2℃；65%±5%RH標準測試電路Vc:5.0V±0.1V；VH（高）:5.0V±0.1V；VH（低）:1.5V±0.1V預熱時間不少于48小時敏感體功耗（Ps）值可用計算下式：Ps=Vc2×Rs/(Rs+RL)2傳感器電阻（Rs），可用下式計算：Rs=(Vc/VRL-1)×RL（5）結構，外形部件材料1氣體感應區(qū)二氧化錫（SnO2）2電極金（Au）3測量電極引線鉑（Pt）4加熱器鎳鉻合金（Ni-Cr）5陶瓷管三氧化二鋁6過濾層活性炭顆粒7卡環(huán)鍍鎳銅材（Ni-Cu）8基座塑料或尼龍9針狀管腳鍍鎳銅材（Ni-Cu）圖3.4MQ-7氣敏元件的結構和外形MQ-7氣敏元件的內(nèi)部構造如圖3.4所示,由微型Al2O3陶瓷管、SnO2敏感層,測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，為了改善傳感器的選擇性，傳感器氣室用活性炭過濾層與外界隔開。加熱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，其中４個用于信號取出，2個用于提供加熱電流。3.1.2單片機的選擇單片機作為燃氣泄漏報警器的核心部件，一方面它要接收來自傳感器的氣體濃度的模擬信號和故障檢測信號，另一方面要對兩種信號分別進行處理，控制后續(xù)電路的相應工作。在單片機實現(xiàn)的功能中，將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號做數(shù)字濾波，再進行線性化處理，這一過程的軟件實現(xiàn)，需要單片機有較快的運算速度，使儀表監(jiān)測人員能夠觀測到并進行相應處理。同時，在能夠滿足報警器設計的計算速度及接口數(shù)的要求的同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎上，能夠不提高成本，縮小體積。本設計用的AT89C51是一個低功耗高性能單片機，8位數(shù)據(jù)總線，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，六個中斷源，兩層中斷優(yōu)先級，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。另外，AT89C51是以靜態(tài)邏輯運行到零頻率的方式設計的，并且支持兩種可利用軟件選擇的掉電保護模式。休眠模式停止CPU運行，但允許數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)運行。掉電模式保存數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)容，但停止了晶振，是其他所有芯片停止工作直到下一次復位為止。AT89C51其工作電壓范圍為2.7～6V（實際使用+5V供電），片內(nèi)含4kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128Kbytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案。第四章燃氣泄漏報警系統(tǒng)的軟件部分設計系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化程序開始采集傳感器電壓處理傳感器電壓判斷然氣濃度是否超標發(fā)出聲光報警數(shù)碼管濃度顯示圖4.1主程序流程圖參考文獻[1]周元汗,葉長基.燃氣泄漏報警器的運用研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2008,20:139-140[2]賀一丁,唐靜妍.智能家用燃氣泄漏報警器[J].硅谷,2010,22:58-59.[3]李繼東,陳云,袁晨光.簡易危險氣體泄漏報警器的設計[J].艦船電子工程,2009,12:206-209.[4]朱越.低成本可燃性氣體泄漏報警器[J].電子設計工程,2010,06:56-57+61.[5]李校紅.基于AT89C2051單片機的網(wǎng)絡化智能燃氣泄漏檢測報警器的設計[J].電子測試,2014,11:55-57.[6]劉良福,羅艷梅,黃隆勝.基于AT89C51的燃氣泄漏報警與應急處理器[J].微計算機信息,2005,16:122-124.[7]宋留斌,王丹飛.基于AT89C51單片機在燃氣報警中的設計及應用[J].價值工程,2014,34:26-27.[8]王顯維.基于MQ-5和AT89C51的煤礦瓦斯監(jiān)測報警器的設計[J].黑龍江科技信息,2014,13:108-109.[9]徐湃.燃氣管道泄漏定位與報警系統(tǒng)研究[D].重慶交通大學,2011.[10][1]ZhuLiang,ZouBing,YanLong,JiangSuxia.DesignofMSP430F249-basedToxicGasMeasureTerminalandAlarmManagementSystem[J].EnergyProcedia,2011,11:.基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的嵌入式Web服務器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設計及其應用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構件開發(fā)的技術研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設計和應用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設計Pico專用單片機核的可測性設計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學生單片機應用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術的應用研究基于單片機的疊圖機研究與教學方法實踐基于單片機嵌入式Web服務器技術的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學實驗中的應用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信研究與應用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機控制器的研究基于單片機γ-免疫計數(shù)器自動換樣功能的研究與實現(xiàn)基于單片機的倒立擺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)單片機嵌入式以太網(wǎng)防盜報警系統(tǒng)基于51單片機的嵌入式Internet系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)單片機監(jiān)測系統(tǒng)在擠壓機上的應用MSP430單片機在智能水表系統(tǒng)上的研究與應用基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)與應用HYPERLINK"/d