基于单片机的天燃气泄漏报警系统设计论文dkfk.docx

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1、摘 要随着天然然气的大大量使用用,每一一座居民民大楼都都被天然然气所“笼笼罩”。天天然气的的普及给给公共生生活带来来了方便便,减少少了城市市的污染染,提高高了生活活质量和和效率,但是同同时,天天然气也也是潜在在的“危危险品”,一旦发发生大面面积泄漏漏,处置置不及时时就可能能引发大大爆炸,给居民民的生命命财产安安全带来来巨大的的威胁。面对燃气泄漏而造成的种种事故威胁，我们需要一个解决办法。使用天燃气报警器是对付燃气无形杀手的重要手段之一。本论文以以半导体体气敏传传感器和和单片机机技术为为核心设设计的气气体报警警器可实实现声光光报警功功能，是是一种结结构简单单、性能能稳定、使使用方便便、价格格低廉

2、、智智能化的的气体报报警器，具有一定的实用价值。其中选用用MQ-2传感感器实现现对气体体的检测测，具有有灵敏度度高、响响应快、抗抗干扰能能力强等等优点，而而且价格格低廉，使使用寿命命长。其与ADDC08808转转换器连连接，将将气体信信号转换换成单片片机可识识别的数数字信号号，经AAT899C511单片机机处理，并并对处理理后的数数据进行行分析，是是否大于于或等于于某个预预设值(也就是是报警限限)，如如果大于于则会自自动启动动报警电电路发出出报警声声音，反反之则为为正常状状态关键词： 传传感器 报警器器 单片片机AbsttracctWithh thhe wwidee usse oof nnat

3、uurall gaas, eacch aa reesiddenttiall toowerrs wweree gaas envveloopedd. Thee poopullariity of natturaal ggas to pubblicc liife brooughht cconvveniientt, rreduuce thee ciitys ppolllutiion andd immproove thee liife quaalitty aand effficiienccy, butt att thhe ssamee tiime, naaturral gass iss allso pot

4、tenttiall ddanggeroous, ooncee prroduuce larrge leaak, disspossal nott tiimelly ccoulld ttrigggerr, tthe bigg baang to peooplees liffe aand prooperrty saffetyy brrougght greeat thrreatt. FFaciing thee gaas lleakk alll kkindds oof aacciidennts cauusedd byy thhreaats, wee neeed a ssoluutioon. Usee off

5、 naaturral gass allarmm iss deeal witth ggas invvisiiblee kiilleer oone of thee immporrtannt mmeanns. Thiss paaperrs tto tthe semmicoonduuctoor ggas sennsorrs aand sinnglee chhip miccroccompputeer aas tthe corre ddesiign cann reealiize thee gaas aalarrm ssounnd-llighht aalarrm ffuncctioons, iss a ki

6、nnd oof ssimpple strructturee, sstabble perrforrmannce, eaasy to usee, iinexxpennsivve aand inttellligeent gass allarmm, hhas cerrtaiin ppraccticcal vallue. Amonng tthemm chhoosse MMQ - 2 of gass deetecctioon ssenssor reaalizze, hass a higgh ssenssitiivitty, fasst rrespponsse, strrongg annti-jammmin

7、ng ccapaabillityy ettc, andd thhe ppricce iis llow, seerviice liffe llongg. AADC008088 coonveerteers connnecctedd wiith thee gaas ssignnal, coonveert miccrocconttrolllerr caan iidenntiffy tthe diggitaal ssignnal proocesssinng, by AT889C551 ffor proocesssinng tthe datta aand anaalyssis, whhethher is

8、equual to or greeateer tthann thhe aa deefauult vallue (thhat is, thhe aalarrm llimiit), iff willl aautoomatticaallyy sttartt allarmm ciircuuit warrninng vvoicce, connverrselly ffor norrmall sttatee Keywwordds: sennsorr alaarm MMCS目 录第1章绪绪论11.1 家庭燃燃气泄漏漏报警的的概述111.2 家庭燃燃气泄漏漏报警的的现状111.3 家庭燃燃气泄漏漏报警的的发展趋

9、趋势21.4 燃气泄泄漏报警警研究意意义与目目的21.5 设计任任务2第2章天天燃气泄泄漏报警警系统的的方案设设计12.1天天燃气报报警系统统的设计计思路112.2 气体传传感器的的选型112.2.1气体体传感器器介绍112.2.2气体体传感器器的选定定52.3 天燃气气泄露报报警系统统的整体体设计方方案62.3.1天燃燃气泄露露报警器器工作原原理62.3.2天燃燃气泄露露报警器器的结构构62.3.3气体体检测报报警器的的功能77第3章天天燃气泄泄漏报警警系统的的硬件部部分设计计83.1 主控电电路的设设计83.1.1半导导体气敏传感器器简介883.1.2单片片机的选选择1113.1.3 AA

10、T899C511单片机机的基本本结构1133.1.4 AAT899C511单片机机的引脚脚143.1.5 AAT899C511单片机机的时钟钟电路1163.1.6 AAT899C511单片机机的复位位电路1173.2 外围接接口电路路的设计计193.2.1 AADC008088转换器器的介绍绍193.2.2 AADC008088转换器器和ATT89CC51单单片机的的接口电电路2003.2.3 声声音报警警电路2213.2.4 灯灯光报警警电路2223.3 总电路路设计223第4章燃燃气泄漏漏报警系系统的软软件部分分设计2264.1 主程序序设计流流程与编编程2664.1.1 主主程序设设计流

11、程程图2664.1.2 主主程序的的编程2274.2 程序调调试2994.2.1程序序调试的的步骤2294.2.2程序序调试过过程中的的问题及及解决330总结与展展望322致谢333参考文献献34附录一家家庭燃气气泄漏报报警系统统电路图图35第1章 绪论1.1 家庭燃燃气泄漏漏报警的的概述天燃气泄泄漏报警警器是非非常重要要的燃气气安全设设备，由由气敏传感器、单片机机和报警警器组成成。它是安安全使用用城市燃燃气的最最后一道道保护。天燃气泄漏报警器通过气敏传感器探测周围环境中的低浓度可燃气体，通过采样电路，将探测信号用模拟量或数字量传递给控制器或控制电路，当气体浓度超过控制器或控制电路中设定值时，

12、控制器通过执行器或执行电路发出报警信号或执行关闭燃气阀门等动作。气体报警器的探测气敏传感器主要半导体型、接触燃烧式、电化学气敏传感器，还有少量的其他类型。这些传感器都是通过对周围环境中的可燃气体的吸附，在传感器表面产生化学反应或电化学反应，造成传感器的电物理特性的改变，经单片机处理后报警。1.2 家庭燃燃气泄漏漏报警的的现状天气体检检测报警警产品是是一个系系列产品品，包括括气体探测测设备、信信息传输输设备、报报警分析析控制器器，是物理理传感技技术、自自动控制制、计算算机技术术、数据据传输和和管理、智智能楼宇宇等技术术的综合合集成，属属于高新新技术。依依托中国国多年的的基本建建设的发发展，这这个

13、行业业也得到到发展，具具备了和和国外知知名企业业抗衡的的能力。在在目前中中国许多多冠名以以高新技技术的行行业中，中中国企业业大多做做的是下下游的制制造和服服务，分分取极少少一部分分的利润润，像安安防报警警产品那那样又拥拥有自我我知识产产权，又又拥有大大量市场场的行业业其实是是很少的的。在安防报报警产品品的技术术含量上上，国内内产品和和国外产产品差距距不是很很大，许许多指标标已经超超越，存存在的问问题是：类似于于国外安安防报警警产品的的大批量量规模化化的生产产才刚起起步，有有待于积积累经验验和技术术，也因此此在产品品一致性性和长期期稳定性性上有一一些差距距；国内内正在形形成权重重的大型型企业和和

14、集团，这这样可以以带领国国内的各各家企业业去冲击击海外市市场，并并最终占占领海外外的安防报警警市场。1.3 家庭燃燃气泄漏漏报警的的发展趋趋势二十多年年前，我我国的安防报警警产品刚刚刚起步步，无论论产品技技术含量量、产品品系列完完整性、使使用性，还还是社会会影响程程度都是是相当低低的。国国外的产产品和品品牌却占领我们们的大部部分市场场。由于于中国的的建设正正在面临临飞速发发展，我我们应该该抓住广广阔的市市场空间间，庆幸幸的是中中国企业业抓住了了这次机遇遇，顶住住了挑战战，先是是一批国国家的科科研院所所，后是是一批国国营企业业、民营营企业，业业内也吸吸引和凝凝聚一大大批国内内的技术术和管理理精英

15、，花花了多年年时间，通通过几次次产品更更新换代代，就使使自己的的产品紧紧紧跟上上了国际际水平，并并且夺回回了大部部分国内内市场，使使得现在在大多国国外产品品只有招招架之势势，这是是典型的的自力更更生，走走自己的的路。当当然目前前而言，我我们基本本占据的的是国内内市场，对对外还刚刚刚启动。但但是，中中国企业业已经做做好准备备进军海海外市场场。1.4 燃气泄泄漏报警警研究意意义与目目的面对燃气气泄漏而而造成的的种种事事故威胁胁，我们们需要一一个解决决办法。使使用天燃气报报警器是是对付燃燃气无形形杀手的的重要手手段之一一。燃气气专家指指出，燃燃气泄漏漏或废气气排放而而大量产产生的一一氧化碳碳是燃气气

16、中毒事事件的根根源，如如采用天燃气泄泄漏报警警器就能能得到及及时的警警示。有有关部门门经长期期测试得得出结论论，天燃气报报警器防防止天然然气泄漏漏事故发发生的有有效率达达95%以上。计算机的的普及和和信息技技术的迅迅猛发展展，人们们己不满满足于传传统的居居住环境境，对家家庭及住住宅小区区提出了了更高的的要求，智智能化被被引入家家庭，并并迅速在在世界各各地发展展起来。人人们对居居住环境境要求的的日见增增高，体体现在希希望住宅宅不仅更更便利、舒舒适而且且更安全全。单片机在在日用电电子产品品中的应应用越来来越广泛泛，燃气气泄漏则则是人们们日常生生活中常常常需要要测量和和控制的的一个问问题。单单片机有

17、有利于为为现代人人工作、科科研、生生活、提提供更好好的更方方便的设设施。为为了防止止中毒事事件再次次发生，提提出利用用单片机机系统进进行有效效的预防防对策。所所以怎样样防止燃燃气中毒毒与爆炸炸已成为为人们的的迫切需需要。1.5 设计任任务本文设计计了一种种灵敏度度高、响响应快、抗抗干扰性性好、使使用方便便、价格格便宜的的天然气气检测系系统，采采用气敏敏传感器器，气敏敏传感器器是能够够感知环环境中某某种气体体及其浓浓度的一一种敏感感器件，它它将气体体成分、浓浓度等有有关的信信息转换换成电信信号，从从而可以以进行检检测。目目前，人人们对气气敏传感感器的测测试方法法主要停停留在用用人工手手动的方方式

18、来操操作，开开发出一一种实用用高效的的智能化化传感器器测试装装置是极极为必要要的。而而声光信号号是信息息的又一一主要载载体，如如果在这这些测量量场合能能用声光光信号直直接报出出结果，将将给操作作人员带带来极大大方便，本本文就介介绍一种种新型的的气敏传传感器测测试系统统，从组成成框图、硬硬件设计计以及程程序流程程及代码码等几方方面对其其进行了了详细的的介绍。4第2章 天燃气气泄漏报报警系统统的方案案设计2.1天天燃气报报警系统统的设计计思路天燃气报报警系统统是能够够检测环环境中的的可燃性性气体浓浓度，并并具有报报警功能能的仪器器，仪器器的最基基本组成成部分应应包括：气体信号号采集电电路、模模数转

19、换换电路、单单片机控控制电路路。气体信号号采集电电路一般般由气敏敏传感器器和模拟拟放大电电路组成成，将气气体信号号转化为为模拟的的电信号号。模数数转换电电路将从从燃气检测测电路送送出的模模拟信号号转换成成单片机机可识别别的数字字信号后后送入单单片机。单单片机对对该数字字信号进进行处理理，并对对处理后后的数据据进行分分析，是是否大于于或等于于某个预预设值(也就是是报警限限)，如如果大于于则会自自动启动动报警电电路发出出报警声声音，反反之则为为正常状状态。为为使报警警装置更更加完善善，可以以在声音音报警基基础上，加加入光闪闪报警，变变化的光光信号可可以引起起用户注注意，弥弥补嘈杂杂环境中中声音报报

20、警的局局限。以以上是根根据报警警器应具具备的功功能，提提出的整整体设计计思路。气敏传感感器及单单片机是是燃气泄泄漏报警警器的两两大核心心，根据据报警器器功能的的需要，选选择合适适、精确确、经济济的气敏敏传感器器及单片片机芯片片是至关关重要的的。传感感器的选选型在下下一节介介绍。单单片机作作为硬件件电路的的核心，它它的选型型将在第第三章详详述。2.2 气体传传感器的的选型气体传感感器属于于气敏传传感器，是是气-电电变换器器，它将将可燃性性气体在在空气中中的含量量(即浓浓度)转转化成电电压或者者电流信信号，通通过A/D转换换电路，将模拟拟量转换换成数字字量后送送到单片片机，进进而由单单片机完完成数

21、据据处理、浓浓度处理及及报警控控制等工工作。气气体传感感器作为为燃气泄泄漏报警警器的信信号采集集部分，是是仪表的的核心组组成部分分之一。由由此可见见，气体体传感器器的选型型是非常常重要的的。2.2.1气体体传感器器介绍1.气体体传感器器的分类类 气体传感感器种类类繁多，从从检测原原理上可可以分为为三大类类：(1)利利用物理理化学性性质的气气体传感感器：如如半导体体气体传传感器、接接触燃烧烧气体传传感器等等。 (2)利利用物理理性质的的气体传传感器：如热导导气体传传感器、光光干涉气气体传感感器、红红外传感感器等。 (3)利利用电化化学性质质的气体体传感器器：如电电流型气气体传感感器、电电势型气气

22、体传感感器等。2.气体体传感器器应满足足的基本本条件 :一个气气体传感感器可以以是单功功能的，也也可以是是多功能能的；可可以是单单一的实实体，也也可以是是由多个个不同功功能传感感器组成成的阵列列。但是是，任何何一个完完整的气气体传感感器都必必须具备备以下条条件： (1)能能选择性性地检测测某种单单一气体体，而对对共存的的其它气气体不响响应或低低响应； (2)对对被测气气体具有有较高的的灵敏度度，能有有效地检检测允许许范围内内的气体体浓度；(3)对对检测信信号响应应速度快快，重复复性好；(4)长长期工作作稳定性性好； (5)使使用寿命命长； (6)制制造成本本低，使使用与维维护方便便。3.常见见

23、气体传传感器简简介 （1）半半导体气气体传感感器半导体气气体传感感器包括括用氧化化物半导导体陶瓷瓷材料作作为敏感感体制作作的气体体传感器器，以及及用单晶晶半导体体器件制制作的气气体传感感器。自自19662年半半导体金金属氧化化物气体体传感器器问世以以来，由由于具有有灵敏度度高、响响应快、输输出信号号强、耐耐久性强强、结构构简单、价价格便宜宜等诸多多优点，得得到了广广泛的应应用。该该传感器器己成为为世界上上产量最最大、使使用最广广的气体体传感器器之一。按按照敏感感机理分分类，可可分为电电阻型和和非电阻阻型。 （2）固固体电解解质气体体传感器器 固体电解解质气体体传感器器使用固固体电解解质气敏敏材

24、料作作为气敏敏元件，其其原理是是利用气气敏材料料在通过过气体时时产生电电阻，测测量其形形成电动动势从而而测量气气体浓度度。由于于这种传传感器电电导率高高，灵敏敏度和选选择性好好，因而而得到了了广 泛泛的应用用，几乎乎打入了了石化、环环保、矿矿业等各各个领域域，其产产量仅次次于半导导体气体体传感器器的一类类传感器器。但这这种传感感器制造造成本高高，检测测气体范范围有限限，在检检测环境境污染领领域中有有优势。 （3）接接触燃烧烧式气体体传感器器 当易燃气气体接触触这种被被催化物物覆盖的的传感器器表面时时会发生生氧化反反应而燃燃烧，故故得名接接触燃烧烧式传感感器。接接触燃烧烧式气体体传感器器的检测测

25、元件一一般为铂铂金属丝丝(也可可表面涂涂铂、钯钯等稀有有金属催催化层)，使用用时将铂铂丝通电电，保持持3000C4400C的高高温，此此时若与与气体接接触，气气体就会会在稀有有金属催催化层上上燃烧，因因此铂丝丝的温度度会上升升，铂丝丝的电阻阻值也上上升,通通过测量量铂丝的的电阻值值变化的的大小，就就知道气气体的浓浓度。 （4）高高分子气气体传感感器 利用高分分子气敏敏材料制制作的气气体传感感器近年年来得到到很大的的发展。高高分子气气敏材料料在遇到到特定气气体时，其其电阻、介介电常数数、材料料表面声声波传播播速度和和频率、材材料重量量等物理理性能发发生变化化。高分分子气敏敏材料由由于具有有易操作

26、作性、工工艺简单单、常温温选择性性好、价价格低廉廉、易与与微结构构传感器器和声表表面波器器件相结结合，在在毒性气气体和食食品鲜度度等方面面的检测测中具有有重要作作用。高高分子气气体传感感器具有有对特定定气体分分子灵敏敏度高，选选择性好好，且结结构简单单，能在在常温下下使用，可可以弥补补其它气气体传感感器的不不足。 （5）电电化学传传感器 电化学传传感器由由膜电极极和电解解液封装装而成。气气体浓度度信号将将电解液液分解成成阴阳带带电离子子，通过过电极将将信号传传出。它它的优点点是：反反映速度度快、准准确、稳稳定性好好、能够够定量检检测，但但寿命较较短(大大约两年年)。它它主要适适用于毒毒性气体体

27、检测。目目前国际际上绝大大部分毒毒气检测测采用该该类型传传感器。 （6）热热传导传传感器 热传导传传感器与与接触燃燃烧式传传感器具具有类似似的结构构形式，但但是测量量原理不不同。它它的测量量原理是是：将加加热后的的铂电阻阻线圈置置于目标标烟雾中中，由于于向目标标气体传传送热量量造成温温度降低低，引起起电阻值值变化，传传感器即即测量电电阻值的的变化情情况。温温度的变变化情况况是目标标气体热热传导率率的函数数，而对对于一种种给定的的气体，热热传导率率是它固固有的物物理特性性。 （7）红红外传感感器 红外传感感器通常常用两束束红外光光进行气气体测量量，主光光束通过过测量元元件内的的目标气气体，参参考

28、光束束通过比比较元件件内的参参考气体体。在测测量和比比较元件件中，红红外射线线被气体体有选择择地吸收收了。未未吸收的的红外光光由光电电探测器器测量，产产生一个个正比于于目标气气体浓度度的差分分信号。非非扩散式式红外探探测器NNDIRR (nnon-dissperrsivve IIR )是其中中的一种种，所有有的未吸吸收光全全部以最最小的扩扩散和损损耗被记记录下来来。 不不同的气气体吸收收不同波波长的IIR，所所以传感感器根据据目标气气体而调调整，典典型应用用包括测测量COO和COO2、冷冻冻剂烟雾雾和一些些易燃气气。由于于非碳氢氢化合物物易燃气气体(如如氢)不不吸收电电磁谱中中IR部部分的能能

29、量，所所以这种种传感器器可以精精确地测测量碳氢氢化合物物，并具具有最小小的交叉叉灵敏度度，而且且不受其其它气体体的腐蚀蚀以及高高浓度目目标烟雾雾的影响响。 4.常见见气体传传感器可可检测气气体种类类 由于气体体的种类类繁多，一一种类型型的气体体传感器器不可能能检测所所有的气气体，通通常只能能检测某某一种或或两种特特定性质质的气体体。例如如氧化物物半导体体气体传传感器主主要检测测各种还还原性烟烟雾，如如CO、HH2、C2H5OH、CCH3OH等等。固体体电解质质气体传传感器主主要用于于检测无无机气体体，如OO2、COO2、H2、Cll2、SOO2等。简要列举举出已经经研究、开开发的各各类气体体传

30、感器器及其可可检测的的气体种种类传感器种种类COCO2 H2S NNH3HCNHClCO Cl22CI2 NOXXSO2O2CH4C3H22H2H2O半导体气气体传感感器固体电解解质传感感器接触燃烧烧式传感感器电化学式式传感器器高分子电电解质气气体传感感器注：好好 不太好好 表2.11各种气气体传感感器可检检测的气气体种类类2.2.2气体体传感器器的选定定 天燃气气泄漏报报警器主主要应用用在石油油、化工工、冶金金、油库库、液化化气站、喷喷漆作业业等易发发生可燃燃气体泄泄漏的场场所，根根据报警警器检测测气体种种类的要要求，一一般选用用接触燃燃烧式气气敏传感感器和半半导体气气敏传感感器。使用接触触

31、燃烧式式气敏传传感器，其其探头的的阻缓及及中毒,是不可可避免的的问题。阻阻缓是当当在气体体与空气气的混合合物中含含有硫化化氢等含含硫物质质的情况况下，则则有可能能在无焰焰燃烧的的同时，有有些固态态物质附附着在催催化元件件表面，阻阻塞载体体的微孔孔，从而而引起响响应缓慢慢反应滞滞缓，灵灵敏度降降低。虽虽然将阻阻缓的传传感器再再放回新新鲜空气气环境中中有得到到某种程程度的恢恢复的可可能，但但是如果果长期暴暴露在这这样的环环境中，其其灵敏度度会不断断下降，导导致该传传感器最最终丧失失检测烟烟雾的能能力。中中毒是如如果环境境空气中中含有硅硅烷之类类的物质质时，则则传感器器将使催催化元件件产生不不可逆转

32、转的中毒毒，以致致灵敏度度很快就就丧失。当当怀疑检检测环境境中存在在这些物物质时，经经常对探探头进行行标定，是是必须且且有效的的办法。 因此，经经常对传传感器进进行标定定，是保保证其准准确性的的必要的的途径。一一般连续续使用两两个月后后应对传传感器进进行量程程校准，这这种经常常性对传传感器的的维护，无无形中加加大了工工作人员员的工作作量，同同时增加加了报警警器的维维护成本本。半导体气气敏传感感器包括括用氧化化物半导导体陶瓷瓷材料作作为敏感感体制作作的气体体传感器器以及用用单晶半半导体器器件制作作的气体体传感器器，它具具有灵敏敏度高，响响应快、体体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得

33、到广泛应用。半导体气敏传感器的性能主要看其灵敏度、选择性(抗干扰性)和稳定性(使用寿命)。 经过对比比上述两两种气敏敏传感器器的应用用特性，发发现半导导体气敏敏传感器器的优点点更加突突出：灵灵敏度高高、响应应快、抗抗干扰性性好、使使用方便便、价格格便宜，且且不会发发生探头头阻缓及及中毒现现象，维维护成本本较低等等。因此此，本设设计采用用半导体体气敏传传感器作作为报警警器气体体信息采采集部分分的核心心。而在在众多半半导体气气敏传感感器中，本本设计选选用MQQ-2型型气敏传传感器，这这种型号号的传感感器具备备一般半半导体气气敏传感感器灵敏敏度高、响响应快、抗抗干扰能能力强、寿寿命长等等优点。2.3

34、 天燃气泄泄露报警警系统的的整体设设计方案案2.3.1天燃气泄泄露报警警器工作作原理本论文中中的燃气气泄漏报报警器以以AT889C551单片片机为控制制核心，采采用MQQ-2型型电阻式式半导体体传感器器采集气气体信息息。 首先，气气体传感感器送来来的气体体浓度对对应的电电压信号号送入AAT899C511单片机机；然后后，在AAT899C511单片机机内A/D转换换、气体体浓度比比较，对对数据进进行线性性化处理理，将数数字化电电压信号号转化成成为对应应的十进进制浓度度值；最最后，判判断气体体浓度值值是否超超出报警警限，当当气体浓度度处于正正常状态态红灯不不会闪亮亮，当气气体浓度度超出设设定的限限

35、定值时时，发出出声音报报警并伴伴随红灯灯闪亮。另另外由于于气体传感感器需要要在加热热状态下下工作，温温度越高高，反应应越快，响响应时间间和恢复复时间就就越快。为为提高响响应时间间，保证证气体传感感器准确确地、稳稳定地工工作，报报警器需需要向气气体传感感器持续续输出一一个5VV的电压压。为了了保证其其可靠性性，在输输出5VV的电压压的同时时，进行行故障监监测。2.3.2天燃气泄泄露报警警器的结结构为适应家家庭对可可燃性易易爆气体体安全性性要求，设设计的可可燃性气气体报警警仪应不不仅能在在较宽的的温度范范围工作作，而且且应具有有显示可可燃气体体浓度、可可接计算算机进行行现场远远测和实实时控制制等功

36、能能。其目目标是在在传统的的烟雾报报警仪的的基础上上，尽量量提高准准确性，降降低成本本，缩小小体积。 天燃气气泄露报报警器系系统结构构框图如如图2.2所示示，该系系统以单单片机为为核心，配配合外围围电路共共同完成成信号采采集、声声音及闪闪烁报警警等功能能。系统统采用高高性能的的单片机机，要求求工作稳稳定、测测量精度度高、通通用性强强、功耗耗低，保保证报警警器的精精确性及及可靠性性，而且且最好体体积小，成成本低，有有利于减减少报警警器的体体积，降降低报警警器的成成本。使用ATT89CC51单单片机，选选用气敏敏传感器器作为敏敏感元件件，利用用A/DD转换器器和声光光报警电电路，开开发了可可用于家

37、家庭或小小型单位位天燃气泄泄漏报警警器。整整个设计计由4大大部分构构成：气气敏传感感器、AA/D转转换电路路、ATT89CC51单单片机、声声光报警警电路。气敏传感器是将现场气体浓度非电信号转化为电信号；转换电路是将完成将气体传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。声光报警模块由单片机和报警电路组成，由单片机控制实现不同的声光报警功能。复位电源时钟气敏传感器A/D转换器AT89C51单片机灯光报警声音报警气体 浓度图2.22天燃气泄泄漏报警警系统结结构框图图2.3.3气体体检测报报警器的的功能声光报警警功能 当气体浓浓度取值值处在报报警限值值之上，蜂蜂鸣器开开始报警警，且声声音越来来越急促促，并

38、且且伴随红红灯闪烁烁。因为为人对变变化的信信号更为为敏感，所所以变化化的声音音及灯光光更容易易引起用用户的注注意。 第3章 天燃气泄泄漏报警警系统的的硬件部部分设计计3.1 主控电电路的设设计3.1.1半导导体气敏传感器器简介半导体气气敏传感感器包括括用氧化化物半导导体陶瓷瓷材料作作为敏感感体制作作的气体体传感器器以及用用单晶半半导体器器件制作作的气体体传感器器，它具具有灵敏敏度高，响响应快、体体积小、结结构简单单，使用用方便、价价格便宜宜等优点点，因而而得到广广泛应用用。半导导体气体体传感器器的性能能主要看看其灵敏敏度、选选择性(抗干扰扰性)和和稳定性性(使用用寿命)。MQ-22/MQQ-2

39、SS气敏传感感器所使使用的气气敏材料料是在清清洁空气气中电导导率较低低的二氧氧化锡(SnOO2)。当传传感器所所处环境境中存在在可燃性性气体时时，传感感器的电电导率随随空气中中可燃性性气体浓浓度的增增加而增增大。使使用简单单的电路路即可将将电导率率的变化化转换为为与该气气体浓度度相对应应的输出出信号。（1） 灵敏度特特性：图3.2图3.22传感器器典型的的灵敏度度特性曲曲线注：图中中纵坐标标为传感感器的电电阻比（Rs/Ro），横坐标为气体浓度。Rs 表表示传感感器在不不同浓度度气体中中的电阻阻值Ro 表表示传感感器在110000ppmm不同气体中的电电阻值（2）温温/湿度的的影响：图3.3图3

40、.33传感器器典型的的温度、湿湿度特性性曲线图中纵坐坐标是传传感器的的电阻比比（Rss/Roo）。Rs表示示在含10000pppm 甲甲烷、不不同温/湿度下下传感器器的电阻阻值Ro表示示在含110000ppmm 甲烷、200/65%RH环环境条件件下传感器器的电阻阻值（3）基基本测试试回路：VcVHGNDRLVRL图3.44传感器器的基本本测试电电路该传感器器需要施施加2个电压压：加热热器电压压（VHH）和测测试电压压（VCC）。其其中VHH用于为为传感器器提供特特定的工工作温度度。VCC则是用用于测定定与传感感器串联联的负载载电阻（RL）上的电压（VRL）。这种传感器具有轻微的极性，VC需用

41、直流电源。在满足传感器电性能要求的前提下，VC和VH可以共用同一个电源电路。为更好利用传感器的性能，需要选择恰当的RL值。（4） 规格：A.标准准工作条条件符号参数名称称技术条件件备注Vc回路电压压24VVDCVH加热电压压5.0VV0.2VACorrDCRL负载电阻阻可调RH加热电阻阻313室温PH加热功耗耗9000mW B. 环境境条件符号参数名称称技术条件件备注Tao使用温度度-10500Tas储存温度度-20700R相对湿度度小于于955% RRO2氧气浓度度21%(标准条条件)氧气浓度度会影响响灵敏度度特性最小值大大于 C. 灵敏度度特性符号参数名称称技术参数数备注Rs敏感体表表面电

42、阻阻2K-20K(20000pppm CC3H8 )适用范围围： 550000-200000pppm天然气(R30000pppm/R10000pppm CC3H8)浓度斜率率0.66标准工作作条件温度： 202 Vcc:5.0V0.11V相对湿度度： 665%5% VVH: 55.0V0.11V预热时间间不少于448小时时敏感体功功耗（PPs）值值：Pss=Vcc2Rs/(Rss+RLL)2传感器电电阻（RRs）值值：Rss=(VVc/VVRL-11)RL（5）结结构，外外形MQ-22/MQQ-2SS气敏元元件的结结构和外外形如图图3.44所示(结构A或 B), 由由微型AAl2O3陶瓷管管、

43、SnnO2 敏感感层,测测量电极极和加热热器构成成的敏感感元件固固定在塑塑料或不不锈钢制制成的腔腔体内，加加热器为为气敏元元件提供供了必要要的工作作条件。封封装好的的气敏元元件有只针状状管脚，其其中个个用于信信号取出出，个个用于提提供加热热电流。部件材料1气体敏感层二氧化锡2电极金（Au）3测量电极引线铂（Pt）4加热器镍铬合金（Ni-Cr）5陶瓷管三氧化二铝6防爆网100目双层不锈钢（SUB316）7卡环镀镍铜材（Ni-Cu）8基座胶木或尼龙9针状管脚镀镍铜材（Ni-Cu）图3.4图3.55 MQQ-2/MQ-2S气气敏元件件的结构构和外形形MQ-22/MQQ-2SS气体传传感器对对液化气气

44、、丙烷烷、氢气气的灵敏敏度高，对对天然气气和其它它可燃蒸蒸汽的检检测也很很理想。这这种传感感器可检检测多种种可燃性性气体，是是一款适适合多种种应用的的低成本本传感器器。3.1.2单片片机的选选择单片机作作为燃气气泄漏报报警器的的核心部部件，一一方面它它要接收收来自传传感器的的气体浓浓度的模模拟信号号和故障障检测信信号，另另一方面面要对两两种信号号分别进进行处理理，控制制后续电电路的相相应工作作；同时时，查询询是否有有键按下下的命令令。在单单片机实实现的功功能中，将将模数转转换后的的信号做做数字滤滤波，再再进行线线性化处处理，这这一过程程的软件件实现，需需要单片片机有较较快的运运算速度度，使仪仪

45、表监测测人员能能够观测测到并进进行相应应处理。同同时，在在能够满满足报警警器设计计的计算算速度及及接口数数的要求求的同类类型单片片机中，要要考虑选选择价格格低廉且且体积轻轻巧的机机型，在在保证了了报警器器的精确确性、可可靠性及及抗干扰扰性的基基础上，能能够不提提高成本本，缩小小体积。AT899C511是Attmell公司生生产的一一种带44K字节节闪存可可编程可可擦除只只读存储储器（FFPERROMFlaash Proograammaablee annd EErassablle RReaddOnlly MMemoory）的的低电压压，高性性能CMMOS 8位微微处理器器，俗称称单片机机。其中ATT89CC20551是一一种带22K字节节闪存可可编程可可擦除只只读存储储器的单单片机。单单片机的的可擦除除只读存存储器可可以反复复擦除1100次次。该器器件采用用ATMMEL高高密度非非易失存存储器制制造技术术制造，与与工业标标准的MMCS-51指指令集和和输出管管脚相兼兼容。由由于将多多功能88位CPPU和闪闪烁存储储器组合合在单个个芯片中中，ATTMELL的ATT89CC51是是一种高高效微控控制器，AAT899C20051是是它的一一种精简简版本。AAT899C单片片机为很很多嵌入入式控制制系统提提供了一一种灵活活性高且且价廉的的方案。外外形如图图所示，