煤氣報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐開(kāi)亮

摘要：隨著人類生活水平的不斷提高，煤氣的使用已經(jīng)越來(lái)越廣泛了，在人們生活資源使用中扮演了必不可少的角色。雖然帶了的是更多的便利，但是因?yàn)槊簹庑孤┒鴰?lái)的災(zāi)難也更是讓我們后怕，給我們的人身、財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了重大威脅。因此如何設(shè)計(jì)一款報(bào)警器來(lái)防止煤氣泄漏已經(jīng)成為我們非常關(guān)注的。該次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要是對(duì)于煤氣泄漏檢測(cè)的技術(shù)加以改進(jìn)，時(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警。主要是運(yùn)用氣敏傳感器對(duì)煤氣獨(dú)特的感應(yīng)，當(dāng)有空氣中有煤氣時(shí)，氣敏傳感器表面就會(huì)出現(xiàn)電荷層，從而會(huì)形成電壓，而這個(gè)電壓又和煤氣的濃度息息相關(guān)。也就是運(yùn)用到這個(gè)原理，就很容易實(shí)現(xiàn)空氣中煤氣濃度的檢測(cè)模塊。通過(guò)這樣的一個(gè)模塊，將采集到的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)ADC0809轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所能識(shí)別的電壓信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)的判斷來(lái)決定是否超過(guò)設(shè)定濃度值，超過(guò)濃度上限值則會(huì)實(shí)現(xiàn)報(bào)警的功能。這樣就可以實(shí)現(xiàn)煤氣的檢測(cè)和智能化報(bào)警的目的。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；氣敏傳感器；電磁閥；ADC0809

中圖分類號(hào)：TN702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）02-0219-02

Abstract： with the continuous improvement of human living standards， the use of gas has been more and more widely， in people's life plays an essential role in resource use. Although is more convenient， but because the gas leak and bring disaster also is to let us to dying， brought a major threat to our personal and property. So how to design a alarm to prevent gas leakage has become we are very concerned about.The design of the system is mainly for the gas leak detection technology is improved， and constantly monitor alarm. Is mainly using gas sensor to unique induction gas， when there is gas in the air， gas sensor surface layer charge will occur， which will form the voltage， and the voltage and the gas concentration is closely linked. Which is applied to this principle， it is easy to realize the detection module of gas concentration in the air. Through such a module， converts voltage signals were collected through ADC0809 single-chip computer can identify the voltage signals， the microcontroller judgment to decide whether or not more than the set density， more than the upper limit concentration can realize the alarm function. So that you can achieve the goal of intelligent gas detection and alarm.

Key words： single chip microcomputer； gas sensor； Electromagnetic valve； ADC0809

現(xiàn)如今人們對(duì)生活水平的要求是方便快捷、舒適安全。家庭的能源的選擇也多種多樣，有用電的，燒煤氣的等等。煤氣現(xiàn)在幾乎已經(jīng)進(jìn)入了尋常百姓家，使用數(shù)量覆蓋的范圍占的比例也最大。雖然便捷的能源使用給予我們生活舒適的享受，但是其中的危害也是非常大的。我們經(jīng)常會(huì)在新聞報(bào)導(dǎo)里面聽(tīng)到某地區(qū)因?yàn)槊簹獾男孤抖l(fā)生的中毒和爆炸，給予我們的人生和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)極大的威脅。因此煤氣報(bào)警器的設(shè)計(jì)和投入到生活中的應(yīng)用是非常重要的，也是未來(lái)的一種發(fā)展趨勢(shì)。

1 氣敏傳感器的介紹

當(dāng)半導(dǎo)體器件加熱的時(shí)候，氣體接觸半導(dǎo)體表面時(shí)就會(huì)被吸附住，而吸附的分子就會(huì)在表面擴(kuò)散，失去了運(yùn)動(dòng)的能量。半導(dǎo)體表面 呈現(xiàn)出電荷層，這也就是氣敏傳感器的工作原理之一。將可燃性的氣體在空氣中的濃度轉(zhuǎn)化為電壓或者是流信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路，變成數(shù)字信號(hào)送達(dá)單片機(jī)，然后交給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。氣敏傳感器是煤氣泄漏的采集部分也是最核心的部分。氣敏傳感器的選擇也是非常重要的，通過(guò)各方面的考慮因素和國(guó)內(nèi)外的報(bào)警器比較，MQ-2半導(dǎo)體氣敏傳感器安全可靠，價(jià)格也十分滿意。不僅靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間快，抗干擾性非常好，更重要的是成本低，壽命長(zhǎng)。我們都知道煤氣中主要含有一氧化碳，而MQ-2氣敏元件非常適合檢測(cè)一氧化碳。

2 煤氣報(bào)警器設(shè)計(jì)方案的原理

本次論文設(shè)計(jì)的煤氣泄漏報(bào)警器主要是AT8S52為控制端核心，采用MQ-2型的電阻式半導(dǎo)體傳感器作為采集信息模塊，例外利用DS18B20溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，而且可以在LED上顯示。

開(kāi)始，氣敏傳感器檢測(cè)送來(lái)的采集信息，也就是煤氣的濃度，所對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)送入AT89C51，在經(jīng)過(guò)單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理后將數(shù)字電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制濃度值，最后判斷濃度是否超報(bào)警值。當(dāng)氣體濃度正常時(shí)紅燈滅，超出時(shí)發(fā)出聲音警報(bào)而且紅燈亮。再利用DS18B20溫度傳感器將溫度信號(hào)送入AT89C51中進(jìn)行輸出，然后在LED上顯示出來(lái)。由于氣體傳感器在加熱的時(shí)候響應(yīng)時(shí)間越快，所以報(bào)警器需要向傳感器輸出一個(gè)5V電壓，這樣就會(huì)更加減少響應(yīng)時(shí)間，使系統(tǒng)更可靠

3 煤氣報(bào)警器設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)現(xiàn)在住宅的情況，煤氣泄漏報(bào)警器應(yīng)該要在較寬的溫度工作范圍，而且可以對(duì)煤氣濃度、實(shí)時(shí)的監(jiān)控控制功能。最終的目的主要是提高準(zhǔn)確度，減、還有就是減少體積。

煤氣泄漏報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，以單片機(jī)為核心，外圍電路的信號(hào)采集，聲音和報(bào)警器等功能。對(duì)單片機(jī)的要求：工作穩(wěn)定，測(cè)量精確高，功耗低，體積小，成本低。本次設(shè)計(jì)主要用到了：AT89S52，氣敏傳感器，DS18B20（溫度傳感器）。氣敏傳感器完成對(duì)氣體濃度采集將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。聲光報(bào)警模塊是由單片機(jī)和報(bào)警電路來(lái)完成。

4 煤氣報(bào)警器設(shè)計(jì)方案的流程圖

主程序的流程圖如圖2所示。我們開(kāi)始先給傳感器加熱3分鐘左右，因MQ-2在不通電存放一段時(shí)間后再次通電時(shí)，傳感器不能馬上進(jìn)行氣體的采集。等待這個(gè)初始化后，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)了。AT89S52對(duì)傳感器檢測(cè)的氣體濃度信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，判斷其濃度值，然后決定是否執(zhí)行報(bào)警功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)在追求舒適和便利的搞科技時(shí)代，人們的生活也越來(lái)越離不開(kāi)煤氣的使用了，所謂福禍相依，在我們享受這便利的能源的同時(shí)，危機(jī)其實(shí)就在我們身邊。那些由于煤氣泄漏所帶來(lái)的家庭悲劇，不僅危害著自己更是危害著身邊的人。煤氣泄漏中毒，煤氣泄漏爆炸，等等；時(shí)時(shí)刻刻的警醒著我們。煤氣泄漏報(bào)警器已經(jīng)成為我們生活中的一種發(fā)展趨勢(shì)，我們離不開(kāi)它的保護(hù)監(jiān)控，在沒(méi)有其他能源的代替下；它的發(fā)展前景將會(huì)是越來(lái)越廣闊。

本次論文的設(shè)計(jì)在針對(duì)于氣體傳感器和報(bào)警技術(shù)上進(jìn)行了深入的研究和探討，在很多方面上比較國(guó)內(nèi)外的技術(shù)產(chǎn)品特點(diǎn)，合理的設(shè)計(jì)出一個(gè)比較適合的方案。當(dāng)然，對(duì)儀器的組成部分我們也是進(jìn)行了詳細(xì)的分析。根據(jù)此次的論文設(shè)計(jì)要求、使用的環(huán)境下、成本等方面的因數(shù)，我認(rèn)為采用MQ-2半導(dǎo)體傳感器是一個(gè)成功的選擇。它的靈敏度高，性能穩(wěn)定，而且很重要的一點(diǎn)就是恢復(fù)性特好，可以長(zhǎng)期的穩(wěn)定，不容易被外界環(huán)境所干擾等等。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張友德， 趙志英， 涂時(shí)亮. 單片微型機(jī)原理、 應(yīng)用與實(shí)踐[M]. 5版. 上海： 復(fù)旦大學(xué)出版社， 2009.

[2] 彭偉. 單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例[M]. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社， 2010.

[3] 周立功. 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐[M]. 北京： 北京航空航天出版社， 2004.

[4] 張帆， 龐水娟， 吳京揚(yáng). 一種實(shí)用的無(wú)線遠(yuǎn)程煤氣報(bào)警裝置[J]. 中國(guó)儀器儀表， 2012（3）： 33-35.

[5] 王福瑞. 單片機(jī)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全[M]. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社， 1999.

[6] 樊俊峰， 尹斌. 簡(jiǎn)易. RS-232RS-485智能轉(zhuǎn)換器[J]. 微電子技術(shù)， 2002（8）：38-41.

[7] 沙占友. 集成化智能傳感器原理及應(yīng)用[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2009.

[8]王毅. 單片機(jī)器件應(yīng)用手冊(cè)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 1995.

[9] 王天福. 基于AT89S52單片機(jī)的煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制[D]. 蘇州： 江蘇大學(xué)碩士論文， 2007.

[10] 蘇曉龍， 王香婷. 基于RS-485總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器， 2007（12）.

[11] 周慈航. 單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)技術(shù)[M]. 北京： 北京航天航空大學(xué)出版社， 1991.