可燃?xì)怏w報(bào)警器的原理及應(yīng)用

王亞勝 王景

【摘 要】在化工生產(chǎn)中，為了保證整體的安全，需要提高可燃?xì)怏w報(bào)警器的可靠性，確保在一定條件下，能連續(xù)監(jiān)控環(huán)境中可燃?xì)怏w的濃度情況，也能及時(shí)發(fā)出報(bào)警。本氣體報(bào)警系統(tǒng)就是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)集中拉油注汽站內(nèi)鍋爐房的可燃?xì)怏w進(jìn)行實(shí)時(shí)濃度監(jiān)測(cè)與報(bào)警集中統(tǒng)一管理。

【Abstract】In chemical production， in order to ensure the overall safety， it is necessary to improve the reliability of the combustible gas alarm detector， and to ensure that under certain conditions， which can continuously monitor the the concentration of combustible gas in the environment， and can send an alarm in time. The purpose of this gas alarm system is to realize the unified management of the real-time concentration monitoring and alarm of combustible gas in the boiler room of the centralized oil and steam injection station.

【關(guān)鍵詞】可燃?xì)怏w；監(jiān)測(cè)；單片機(jī)

【Keywords】combustible gas； monitor； single chip

【中圖分類號(hào)】TP277 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）09-0183-02

1 可燃?xì)怏w報(bào)警器簡(jiǎn)介

1.1 研究背景及意義

在石油化工裝置中，存在一些易燃易爆、有毒有害的氣體，當(dāng)這些氣體被泄露或者出現(xiàn)在環(huán)境中，將引起明顯的火災(zāi)、爆炸或者是人員中毒等危害。隨著我國(guó)燃?xì)獾淖兏锛爸T多化工工程的進(jìn)行，可燃?xì)怏w報(bào)警器在當(dāng)前已經(jīng)得到人們的重視和關(guān)注，將其應(yīng)用到人們的生產(chǎn)生活中或者是煤礦生產(chǎn)中，能確保其作用的發(fā)揮和實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際工作中，可燃?xì)怏w報(bào)警器能對(duì)周邊的可燃?xì)怏w泄漏情況詳細(xì)監(jiān)測(cè)，避免泄漏氣體對(duì)人體身體健康、財(cái)產(chǎn)安全帶來威脅。

1.2 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)可燃?xì)怏w報(bào)警器設(shè)計(jì)中，可以通過對(duì)單片機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，按照一定程序制作可燃?xì)怏w報(bào)警器。可燃?xì)怏w報(bào)警器在實(shí)際應(yīng)用期間，重點(diǎn)對(duì)甲烷實(shí)時(shí)監(jiān)控。具體上，如果甲烷的濃度超出一定限定數(shù)值，在單片機(jī)控制電路中，將發(fā)出報(bào)警信息。這時(shí)候，利用外接排風(fēng)扇，將避免安全事故的發(fā)生。AT89C51具備較高的性價(jià)比，通過AT89C51單片機(jī)對(duì)電路進(jìn)行有效控制。在可燃?xì)怏w報(bào)警器中，最為主要的為傳感器，其內(nèi)部應(yīng)用材料為半導(dǎo)體敏感材料，該材料具備更高的靈敏度和穩(wěn)定性，能避免其干擾，也有較長(zhǎng)的使用壽命，對(duì)其有效應(yīng)用能保證我國(guó)先進(jìn)傳感器制造水平的提升。使用該材料制作可燃?xì)怏w報(bào)警器，對(duì)有毒氣體和易燃易爆的檢測(cè)，可以在礦山、油田或者國(guó)防領(lǐng)域有效應(yīng)用。在實(shí)際設(shè)計(jì)期間，還可以使用GS系列傳感器，以ADC0809實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。這種設(shè)計(jì)方法能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能，加強(qiáng)事故處理功能。

系統(tǒng)以單片機(jī)控制模塊為核心，探測(cè)器放置在鍋爐廠房的檢測(cè)位置，在信號(hào)檢測(cè)模塊檢測(cè)到可燃?xì)怏w之后，聲音及閃爍報(bào)警及時(shí)報(bào)警。在出現(xiàn)系統(tǒng)故障的時(shí)候，故障檢測(cè)自動(dòng)檢測(cè)故障部位，若是軟件故障，系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位修復(fù)，硬件故障及時(shí)報(bào)告控制臺(tái)，以完成整個(gè)火災(zāi)自動(dòng)系統(tǒng)的工作過程。

1.3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)成

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件部分設(shè)計(jì)和軟件部分設(shè)計(jì)。硬件部分由信號(hào)采集器、聲音及閃爍報(bào)警器、單片機(jī)控制器、故障檢測(cè)器等組成。信號(hào)采集器主要實(shí)現(xiàn)有毒、可燃?xì)怏w的檢測(cè)，以確定其濃度；聲音及閃爍報(bào)警器主要實(shí)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生時(shí)的聲音報(bào)警以及閃爍報(bào)警，同時(shí)控制臺(tái)也得到報(bào)警；單片機(jī)控制器主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的程序控制，是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的核心；故障檢測(cè)器，用于系統(tǒng)故障的自動(dòng)檢測(cè)及報(bào)警。

2 可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)的硬件組成部分

系統(tǒng)的組成和各個(gè)模塊?？扇?xì)怏w報(bào)警器的組成為濃度檢測(cè)、顯示模塊、控制模塊和事故處理模塊。

①模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。在對(duì)可燃?xì)怏w報(bào)警器設(shè)計(jì)期間，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，為其中一部分，因?yàn)槔脝纹瑱C(jī)還無(wú)法進(jìn)行模擬信號(hào)的傳遞，通過對(duì)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的應(yīng)用，能促進(jìn)A/D轉(zhuǎn)變，也能確保采樣、為量化、編碼等工作的完成。比如：在可燃?xì)怏w報(bào)警器設(shè)計(jì)中應(yīng)用的ADC0809實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，應(yīng)用的為逐次漸進(jìn)型的A/D轉(zhuǎn)換器，在接口電路，不需要和微機(jī)相互聯(lián)系。

②單片機(jī)模塊。單片機(jī)也為單片微型計(jì)算機(jī)，具備嵌入式微控制器作用，無(wú)法在一定邏輯功能芯片下完成，需要將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和芯片集成。單片機(jī)的組成為控制器具、儲(chǔ)存器、傳輸器等[1]。

③傳感器。傳感器一般是將其存在的非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康钠骷?，自身也為一種功能模塊，能夠?qū)⑼饨绲母鱾€(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，也能有效的控制和測(cè)量工作。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，氣體傳感器多為GS系列傳感器。GS系列氣體傳感器的應(yīng)用具備較大優(yōu)勢(shì)。其應(yīng)用的材料為半導(dǎo)體敏感材料，具備較高的靈敏度和穩(wěn)定性，能夠達(dá)到較強(qiáng)的抗干擾目的，也能增加其使用壽命，符合現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展要求。在該材料應(yīng)用模式下，設(shè)計(jì)可燃?xì)怏w報(bào)警器，并應(yīng)用到各個(gè)發(fā)展領(lǐng)域，能確保其意義的發(fā)揮和實(shí)現(xiàn)。半導(dǎo)體敏感材料的特點(diǎn)是具有較高靈敏度和較低能耗，輸出的信號(hào)強(qiáng)度高，具備的選擇性好，對(duì)氣體較為敏感，整體上更穩(wěn)定、更可靠。同時(shí)，還具備較強(qiáng)的抗高溫和抗高濕特點(diǎn)。該材料內(nèi)也不存在金屬催化劑，能夠抵抗中毒和飽和。但是，氣體傳感器應(yīng)用該材料設(shè)計(jì)，受到溫度的影響，將帶來漂移現(xiàn)象。所以，在報(bào)警器設(shè)計(jì)中，還需要將該問題作為關(guān)鍵有效思考。

④聲音及閃爍報(bào)警系統(tǒng)。采用體積大，聲音響亮的無(wú)源壓電式KM3712x型蜂鳴器，同時(shí)采用高亮度的紅色報(bào)警指示燈共同協(xié)同完成報(bào)警工作。當(dāng)煙霧濃度達(dá)到報(bào)警限，PWM整流電路整流輸出一定占空比的脈沖電流，使蜂鳴器發(fā)出如警車警笛的聲音，同時(shí)報(bào)警指示燈閃爍報(bào)警。

3 軟件電路的調(diào)試

3.1 調(diào)試前準(zhǔn)備工作

本設(shè)計(jì)的元器件較少，要確保線路連接更準(zhǔn)確。當(dāng)發(fā)現(xiàn)沒有任何問題后，可以給電路板通電。期間，基于對(duì)示波器的應(yīng)用，需要對(duì)單片機(jī)詳細(xì)觀察和分析，如果在期間發(fā)現(xiàn)晶振是正常工作，這時(shí)候的單片機(jī)也能保證正常工作。如果發(fā)現(xiàn)相反現(xiàn)象，則要對(duì)晶振電路進(jìn)行檢查，保證將其故障排除。通過對(duì)單片機(jī)仿真器的應(yīng)用，還能分析出LED數(shù)碼管是否正常，如果無(wú)法保證，則要對(duì)譯碼器7448的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，研究其電壓的輸出情況。最后檢查ADC0809在有電壓1～5V接入的情況下，有無(wú)電壓輸出。若無(wú)問題，硬件調(diào)試完畢。最后在這里使用Keil將編譯好的匯編語(yǔ)言程序通過輸入單元寫入單片機(jī)系統(tǒng)。

3.2 Keil編程軟件

針對(duì)AT89C51單片機(jī)芯片，我們有美國(guó)Keil Software公司研發(fā)的軟件Keil C51，該軟件是基于C語(yǔ)言程序來設(shè)計(jì)的，相對(duì)匯編程序的編程，C語(yǔ)言的應(yīng)用，在多方面都具備很大優(yōu)勢(shì)，尤其是功能、結(jié)構(gòu)和維護(hù)工作等，在操作上都較為方便，更便于程序的開發(fā)、修改和調(diào)試，相信使用過匯編語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)員會(huì)更清楚這一點(diǎn)。

Keil C51軟件是通過全Windows界面來實(shí)現(xiàn)的，其庫(kù)函數(shù)更豐富，功能更強(qiáng)大，有利于工具的開發(fā)和調(diào)試，編譯所生成的目標(biāo)代碼效率很高，而且代碼聯(lián)系很緊湊，易于程序員的理解和調(diào)試。這充分體現(xiàn)了使用C語(yǔ)言編寫匯編語(yǔ)言所帶來的方便。

我們?cè)赪indows系統(tǒng)之下可直接點(diǎn)擊運(yùn)行軟件包中DOS/C51DOS.exe，然后選擇安裝目錄安裝到指定文件夾即可，方便簡(jiǎn)單。

現(xiàn)介紹AT89C51所包含的幾種頭文件：REG51.h其中包括了所有8051的SFR及其位定義，這是專用寄存器include文件；各存儲(chǔ)空間的絕對(duì)地址定義在了絕對(duì)地址include文件absacc.h 中； stdlib.h中定義動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)；string.h中定義了緩沖區(qū)處理函數(shù)；stdio.h中定義了輸入輸出流函數(shù)。

3.3 主程序及其流程圖

在以KM3712x為基礎(chǔ)的傳感器預(yù)熱1～2分鐘之后，系統(tǒng)開始正常工作，保險(xiǎn)起見，我們?cè)诖嗽O(shè)定為預(yù)熱三分鐘。程序初始化之后，進(jìn)入運(yùn)行監(jiān)控狀態(tài)。當(dāng)煙霧傳感器檢測(cè)到超標(biāo)的可燃?xì)怏w濃度或者煙霧濃度時(shí)，聲光系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，并通過外接設(shè)備把出現(xiàn)火災(zāi)地點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)氣體濃度，溫度等相關(guān)信息傳遞給報(bào)警中心控制臺(tái)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】求是科技. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例導(dǎo)航[M]. 北京：人民郵電出版社， 2003.