文档介绍：智能可燃气体探测控制器
常州机电职业技术学院自动化03G2:王鑫磊指导老师:
摘要:
可燃气体在实际生活中应用广泛,其危险性也高。为了保障生命和财产安全,对可燃气体应有必要的检测和控制。本论文从设计角度出发,详细介绍了AT89C2051单片机在智能可燃气体探测控制器中的应用。
论文介绍了智能可燃气体探测控制器的工作原理及硬件设计。讲述了气敏元件传感器在可燃气体中的工作原理和使用方法。对可燃气体浓度超限、气敏元件短路或断路故障的判断通过单片机来完成。可燃气体浓度超限、气敏元件短路或断路故障采用有明显区别的声、光报警。产品设有自检和输出控制功能。对产品设计中遇到的问题进行了归纳和总结,并给出了解决问题的方法。
关键词:探测控制器 AT89C2051单片机气敏元件电压比较器开关电源
目录
一、引言
二、智能可燃气体探测控制器系统工作原理
1、可燃性气体传感器工作原理
2、智能可燃气体探测控制器系统工作原理
三、硬件结构
1、开关电源
2、浓度采样电路
3、手动按钮控制
4、继电器控制电路
5、报警电路
6、LED光报警电路
7、故障检测
四、元器件的选择
1、电源部分
2、单片机
3、声光报警
4、自检电路
5、继电器输出控制电路
6、气敏元件选择
7、浓度采样电路元件选择
8、检测故障元件选择
五、软件设计
1、软件设计流程图
2、软件设计要求
3、软件程序设计
4、软件清单:
六、调试体会
七、设计体会
八、参考文献
附图
一、引言
在工业生产和日常生活中,经常使用H2、CO等多种可燃气体。为确保生命和财产完全,在使用可燃气体的场合,必须安装可燃气体探测报警器,以防止发生意外。本设计是在传统的可燃气体报警器基础上进行技术改造的,因此,吸收了原产品的技术优点,增添了新的功能。
传统的可燃气体报警器采用分立式元件构成,使用中刚通电时,气敏元件处于不稳定状态,无论有无可燃气源都会发出报警声,输出控制频繁操作,造成现场安装调试比较麻烦。同时,因缺少对气敏元件传感器预热时间的控制,缺少气敏元件传感器本身短路或断路故障的检测,缺少有明显区别的声、光报警,不能符合可燃气体产品的新标准,必须研制新产品。智能可燃气体探测控制器就是在此基础上进行研制的。
本设计以MCS-51系列的单片机AT89C2051为核心,本着设计简单、调试方便、安装灵活、安全可靠、节约成本的原则,完成该设计。
智能可燃气体探测控制器主要功能以及技术要求:
对可燃气体进行测量和检测,可燃气体浓度达到报警设定值时,应能报警。
能设定可燃气体浓度报警值,范围在(1%~25%LEL)。
探测器的报警动作值与可燃气体浓度报警设定值之差不应超过±3%LEL。
正常工作:绿灯闪烁,蜂鸣器不报警。
可燃气体浓度超范围报警:
(1)、在报警范围内,实行声、光(红色指示灯)报警。
(2)、从报警区移到干净空气区,30秒内应正常显示。
故障报警:
传感器断路、短路时应发出与可燃气体浓度超范围报警明显区别的声、光(黄色指示灯)报警。
声、光设置手动自检功能。
8、浓度超限报警时,应能启动输出控制功能。
二、智能可燃气体探测控制器系统工作原理
1、可燃性气体传感器工作原理
目前,使用最广泛的是烧结型SnO2和Fe2O3气敏传感器。烧结时埋下加热丝和测定电极,制成管芯。工作时,加热丝通电加热,测量丝用于测量器件的阻值。
使用该气敏元件测量气体成分含量的原理是:
当被测可燃气体通过气敏元件的表面时,会发生热化学反应(无焰燃烧),燃烧后的SnO2等金属氧化物中的氧与还原性气体结合,使金属氧化物的阻值发生变化,而且其大小与被测气体浓度成一定比例。通过测量这一变化,就可知空气中可燃性气体浓度的大小。
本设计是基于可燃性气体传感器的单片机检测和控制。根据设计要求,选择可燃气体气敏元件MQ-412作为本设计用气体传感器,可检测天然气、煤气、液化气、氢气等多种可燃性气体。
该传感器具有长期的稳定性,对可燃性气体有较高的灵敏度、良好的抗温性、良好的重复性;测量范围宽,为100~10000PPM;对可燃性气体响应时间<10秒,从可燃性气体区移到洁净区域恢复时间<30秒;加热电压为5V,测量电压范围为5~10V;在洁净空气中的测量电阻大于50KΩ;测量可燃性气体浓度和测量端电阻成线形变化。传感器结构和测量电路如图1所示,Vb为加热电压,Va为测量电压。
给气敏元件加以正常工作电压,测量可燃气体
图1 传感器结构和测量电路图
2、智能可燃气体探测控制器系统工作原理
根据可燃性气体传感器工作原理,按照传感器测量电路图,将可燃性气体浓度转换为电压信号,供浓度采样电路和报警电路