1、無錫科技職業(yè)學院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設計（論文）煤氣泄漏檢測與報警系統(tǒng)設計摘要：對煤氣泄漏實時精確監(jiān)控是十分重要的。本文介紹一種基于單片機技術的智能型煤氣監(jiān)控系統(tǒng) , 可對煤氣濃度進行智能地實時檢測和監(jiān)控、報警 , 而且還能實現自動開啟和關閉煤氣管道閥門, 經過多次運行 , 精確度、靈敏度和穩(wěn)定性均達到設計要求 , 且造價低 , 操作方便 , 可廣泛作為智能報警器及監(jiān)控系統(tǒng)來使用。本系統(tǒng)以 ATMEGA16單片機為核心，論述了基于測控技術的煤氣泄漏監(jiān)測報警裝置的硬件和軟件方案設計與實現。 文中重點闡述了信號采集調理電路與語音電路的設計。實驗表明，設計制作的系統(tǒng)滿足設計要求，具有實用價值。關鍵詞：

2、 單片機處理器 ; 一氧化碳傳感器；煤氣濃度；聲光報警；煤氣泄漏1無錫科技職業(yè)學院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設計（論文）Design of Gas-leaking Monitoring and Alarming SystemAbstract：Accurate real-time monitoring of the gas leak is important. This paper describes a single chip technology based on intelligent gas monitoring system, the gas concentration can be inte

3、lligent in real time detection and monitoring, alarm, and can automatically open and close the gas pipeline valves, after several runs, precision, sensitivity and stability meet the design requirements, and low cost, easy to operate, can be widely as a smart alarm and monitoring system to use. This

4、system uses the ATMEGA16 as control core. This paper introduces the both scheme design and implement of hardware and software on the gas-leaking monitoring and alarming system based on measure and control technology. The experiment shows that the system of design and make satisfies the requirement,

5、and holds better practicability.Key words: Single chip processor;CO Sensor, Gas concentration, voice and light alarm, Gas-leaking2無錫科技職業(yè)學院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設計（論文）目錄第 1 章緒論 .31.1課題背景、目的及意義 .41.1.1課題的背景 .41.1.2課題的目的及意義 .41.2系統(tǒng)設計內容 .5第 2 章系統(tǒng)硬件設計實現 .62.1一氧化碳濃度檢測電路設計 .62.1.1CO 傳感器原理介紹與選型 .62.1.2NAP-505 型一氧化碳傳感器介紹

6、 .72.2鍵盤及顯示電路接口設計 .82.2.1鍵盤 / 顯示器電路設計 .92.3穩(wěn)壓電源電路設計 .122.4聲光報警電路設計 .132.4.1聲音報警電路 .13第 3 章系統(tǒng)軟件設計 .163.1系統(tǒng)軟件總體設計 .163.2開機自檢模塊程序設計 .163.3鍵盤處理、顯示模塊程序設計 .173.4數據 A/D 轉換模塊程序設計 .203.5數據處理和報警、控制模塊程序設計 .21結論.23致謝.24參考文獻 .253無錫科技職業(yè)學院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設計（論文）第 1 章緒論本章主要介紹本次畢業(yè)設計的研究的背景、目的與作用，以及在本次設計的主要內容和技術指標。1.1課題背景、目的及

7、意義1.1.1課題的背景隨著我國燃起的變革及西氣東輸工程的進行， 煤氣或天然氣已成為多數家庭的燃料。每年，因煤氣泄露造成的中毒事故中， 因熱水器不當或產品本身的質量問題，造成的煤氣中毒事故， 全國均有不少事例。 有甚者，因室內煤氣濃度過高，引起的煤氣爆炸的事故也不少見。 家用煤氣有時會因各種原因發(fā)生泄漏， 煤氣的主要成分是甲烷， 甲烷是一種可燃性氣體遇到明火會發(fā)生燃燒甚至爆炸， 所以在煤氣泄漏時打電話，使用家用電器的話，煤氣遇到電火花可能會發(fā)生爆炸事故。人呆在煤氣泄漏的空間內， 甲烷的不完全燃燒可能會生成一氧化碳， 人體吸入有毒的一氧化碳后，一氧化碳將會迅速與血液中的紅細胞結合導致人體中毒昏迷

8、， 如果長時間吸入泄漏的煤氣甚至會發(fā)生中毒死亡隨著經濟的發(fā)展， 人們對生活質量的提高和生活環(huán)境的改善越來越重視， 液化氣、煤氣進入家庭的使用為人們帶來了方便， 也改善了城市的環(huán)境， 但同時也給人們帶來了潛在的危險， 其中一氧化碳是最主要的危險源。當今我國很多煤礦企業(yè)由于對于礦井下的煤氣監(jiān)測和處理不夠及時，釀成了許多的慘劇， 造成的工人生命和國家財產的損失。 因此，及時準確地對房間室內和礦井進行 CO 濃度實時監(jiān)測和報警成為保障群眾生命安全和國家財產安全的一項必不可少的工作。1.1.2課題的目的及意義AT89 系列單片機是控制系統(tǒng)常用的單片機，應用在很多領域，利用它完成的報警系統(tǒng)比較多，使用AT

9、89 系列構成的計算機系統(tǒng)能夠實現準確的采樣煤氣濃度，能夠達到題目的設計要求，而且AT89 系列單片機相對于其它型號的單片機（ AVR、ARM ），更加易于學習和掌握，性能也相對比較好。同時掌握好了此系列的單片機的應用，對于深入學習其他類型的單片機是一個很好的基礎。4無錫科技職業(yè)學院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設計（論文）本課題需要完成一個完整系統(tǒng)的設計， 涉及到電子技術、 傳感器技術、 計算機應用與控制技術等多學科性知識， 是一個硬軟件相結合的設計性題目。 本課題融知識性與趣味性于一體， 提供了一個有力的了解小家電設計技術平臺， 能提高我的檢索資料的能力、 電子系統(tǒng)設計的能力、 實際動手的能力、 分析

10、排除故障的能力以及創(chuàng)新設計的能力等。 并且，可以通過此次設計， 很好的掌握系統(tǒng)設計的工作流程、開發(fā)步驟；熟悉單片機開發(fā)的多種編程語言。1.2系統(tǒng)設計內容設計的題目是“煤氣泄漏檢測與報警系統(tǒng)設計”。選擇ATMEL公司的ATMEGA16 單片機為系統(tǒng)控制核心，采用電化學型CO 傳感器作為采集煤氣濃度的采集器， 經過系列處理實現對煤氣濃度進行智能地實時監(jiān)測、報警，能實現自動開啟和關閉煤氣管道閥門及排風裝置。系統(tǒng)設計具體任務如下：(1) 實現對煤氣泄漏的實時監(jiān)測；(2) 具有超限聲、光報警功能；(3) 根據報警狀況自動關閉煤氣管道電磁閥并開啟排風機；(4) 設計并制作煤氣測量鍵盤、顯示等接口電路； (

11、5) 性能指標：一氧化碳測量精度為3%；實現所有的硬件、軟件設計、系統(tǒng)整體調試、形成可以正常運行的產品為本次設計的最終目標。將從系統(tǒng)的硬件、軟件的設計實現；系統(tǒng)的調試等方面進行介紹。5無錫科技職業(yè)學院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設計（論文）第 2 章系統(tǒng)硬件設計實現硬件是系統(tǒng)的載體與執(zhí)行機構，硬件設計是本次設計的重點， 主要涉及傳感器信號放大、采集、處理，鍵盤與顯示處理，聲光報警，執(zhí)行電路設計、系統(tǒng)供電等多個部分。本章分為8 節(jié)介紹系統(tǒng)的硬件設計實現。2.1一氧化碳濃度檢測電路設計2.1.1 CO傳感器原理介紹與選型1、電化學型氣體傳感器的基本原理按照檢測原理的不同， 電化學氣體傳感器主要分為金屬氧化物

12、半導體式傳感器、催化燃燒式傳感器、定電位電解式氣體傳感器、迦伐尼電池式氧氣傳感器、紅外式傳感器、 PID 光離子化傳感器等等。目前，煙氣分析儀中使用較多的是定電位電解式氣體傳感器和迦伐尼電池式氧氣傳感器。其中定電位電解式氣體傳感器工作原理是： 使電極與電解質溶液的界面保持一定電位進行電解， 通過改變其設定電位， 有選擇地使氣體進行氧化或還原， 從而能定量檢測各種氣體。 其結構是：在一個塑料制成的筒狀池體內安裝工作電極、對電極和參比電極， 在電極之間充滿電解液， 由多孔四氟乙烯做成的隔膜， 在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接， 在電極之間施加了一定的電位， 使傳感器處于工作狀態(tài)。2、CO

13、傳感器的比較與確定本次設計的使用群體主要針對的是普通家庭，在家庭中的煤氣濃度（CO 濃度）一般不可能有太高，否則將引起很多的事故，即使有CO 報警系統(tǒng)。針對大多數家庭的情況，設計中考慮的CO 傳感器的測量范圍在0500ppm 或者01000ppm，高于了此范圍的CO 傳感器基本不使用于普通家庭。在市場考察中得知 CO 測量范圍在 0500ppm或者 01000ppm的傳感器類型也相當的多。譬如中國饒陽縣北核牌 CO 傳感器系列、中國威興達傳感器廠的 CO 傳感器系列、 瑞士 Membrpor 的 CO 傳感器系列、日本 NEMOTO 的 CO 傳感6無錫科技職業(yè)學院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設計（論文

14、）器系列等。傳感器選擇是主要考慮傳感器本身的輸出信號的大小， 因為傳感器的輸出信號越大， 對后續(xù)放大電路要求就越低， 這樣有利于硬件電路的設計。 這些傳感器類型中信號輸出最大的是瑞士 Membrpor 的 CO 傳感器系列，它的信號輸出可以達到 5010 nA ppm 以上；而中國威興達傳感器廠的 CO 傳感器系列只有 1 nA 50 nAppm 的輸出。本次選用的傳感器并不是輸出信號最大的，因為在價格方面瑞士Membrpor的 CO 傳感器系列的價格都在 500 元 RMB PCS 以上，而輸出與其基本相當的中國饒陽縣北核牌 CO 傳感器系列也需要 280 元 RMB PCS 左右。而日本N

15、EMOTO 的 NAP-505 一氧化碳傳感器的輸出只是 4010 nA ppm，但是價格只在 80120 元 RMB PCS，綜合各方面考慮，本次設計采用的是日本 NEMOTO 的 NAP-505 一氧化碳傳感器。2.1.2 NAP-505型一氧化碳傳感器介紹NAP-505 一氧化碳傳感器屬于電化學型傳感器，它采用了新的構造， 電解液泄露的風險較低到幾乎為零，體積小，大幅度的減低了成本。輸出信號直線性、重復再現性優(yōu)越、不受濕度影響、電池可驅動。其主要性能參數如表2-1 所示。表 2-1NAP-505 型電化學一氧化碳氣體傳感器主要性能參數表檢測氣體范圍CO 01000ppm輸出電流4010n

16、A/ppm分辨率1ppm重復再現性2%以內應答時間30s基準線位移（ -20 50）10ppm長期穩(wěn)定性=設定值 ?Y報警、控制程序通信程序 (可選 )顯示子程序等待中斷圖 3-1系統(tǒng)軟件設計總體流程框圖3.2開機自檢模塊程序設計開機自檢設計在電源接通或者是系統(tǒng)復位之后，自檢中如果沒有發(fā)現問題，就進入測控程序，如果發(fā)現問題則及時報警，以避免測控系統(tǒng)帶病工作。16無錫科技職業(yè)學院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設計（論文）本次設計僅僅設計了對CPU 數據存儲器 RAM 的校驗程序，采用破壞性校驗選用，只能用于開機自檢；主要是選用特征字55H（01010101B）和AAH（ 10101010B），分別對每一個單

17、元進行先寫后讀的操作。其自檢程序流程圖如圖 4-2 所示，主要是先對 RAM 的某個單元進行 AAH 的寫入與讀出，將讀出值與寫入值相比較，如果相同的話說明該單元正常，再進行55H 的寫入、讀出和比較。如果某個單元出現寫入與讀出的值不相同，則說明RAM 中有損壞，執(zhí)行內存錯誤提示。否則就執(zhí)行正常運行程序。RAM 自檢開始建立地址指針寫入 AAH 并讀出讀寫相符嗎？YN寫入 55H 并讀出讀寫相符嗎？YN地址指針 +1N最后一單元？Error 標志YPASS 標志結束圖 3-2自檢程序流程圖3.3鍵盤處理、顯示模塊程序設計為了讓人機交流部分更友好， 本次設計中設計了44 鍵盤和 8 位 LED 顯示，包括 09 數字鍵、左移位鍵、確認鍵、報警值設定鍵、時鐘設定鍵、閥門開啟鍵、運行鍵等l6 鍵，現場煤氣濃度顯示和時間顯示，方便使用者進行相應的控17無錫科技職業(yè)學院嵌入式系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)設計（論文）制操作和了解現場相