室内煤气和天然气泄漏报警装置

摘要

全国燃气行业发展迅猛，液化气、天然气、煤气等城市燃气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用，特别是随着“西气东输”工程的快速进展，燃气行业发展潜力巨大。

但是随着燃气的广泛应用，由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾事故也时有发生，这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了使燃气更好地造福于民，造福于社会，减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故，各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的室内煤气泄露报警器实为必要之举。燃气报警器的核心是气体传感器及单片机。当气体传感器遇到燃气时，传感器电阻随燃气浓度而变化，随之产生电信号，供燃气报警器后级线路处理。经过电子线路处理变成浓度成比例变化的电压信号，由线性电路加以补偿，使信号线性化，经微机处理、逻辑分析，输出各种控制信号，即当燃气浓度达到报警设定值时，燃气报警器发出声光报警信号并可显示燃气浓度或启动外部联运设备。

本文正是通过分析目前燃气报警器的现状，设计制作室内故障监测报警系统，保障人们的生命财产安。

关键词：煤气报警；煤气泄漏；传感器；监测

THE DESIGN OF ALARM FOR GAS LEAKING

ABSTRACT

The rapid development of the national gas industry, liquefied gas, natural gas, coal gas and other city gas as a clean energy business and urban residents in users has been widely used, and gas industry has great potential.

But with the extensive use of gas, due to gas leak caused an explosion, poisoning and fire accidents have also occ- urred to some extent, increased the city's insecurity and instability. In order for gas to better benefit the people, the benefit of the community, to reduce and eliminate all due to gas leak caused the explosion and fire, the gas unit and residential customers use to select a suitable indoor gas leak alarm is actually necessary move. Gas sensor is the core of combustible gas. When the gas face gas sensor, the sensor resistance change with gas concentration, the resulting electrical signal for processing of combustible gas line after the class. After dealing with electronic circuit into a voltage proportional to the concentration change signal to be compensated by the linear circuit, the signal linearization, by computer processing, logical analysis, the output of various control signals, that is, when the gas concentration alarm set value , combustible gas audible alarm signal can display gas concentration or start an external transport equipment.

It is through this analysis of the current status of combustible gas, indoor design fault monitoring alarm system to protect people's lives and property.

Key words:Gas Leak;Gas Alarm;Sensor;Monitoring

目录

1 绪论 (1)

1.1 课题背景及目的 (1)

1.2 国内外研究状况 (2)

1.3 设计内容及研究方法 (2)

2 系统方案及模块设计 (4)

2.1 设计思路 (4)

2.2 设计框图 (4)

2.3 系统模块设计 (5)

2.3.1气体浓度检测模块 (5)

2.3.2温度检测与显示模块 (7)

2.3.3主控制模块 (10)

2.3.4 声光报警模块 (11)

3 硬件电路设计 (12)

3.1 气体检测模块的设计 (12)

3.2 温度检测及显示模块的设计 (13)

3.3 单片机模块的设计 (18)

3.4 声光报警模块的设计 (18)

4 程序设计 (20)

4.1 温度采集部分程序设计 (22)

4.2 显示部分程序设计： (23)

4.3 主函数程序设计： (24)

4.4 中断函数设计 (25)

总结

参考文献 (29)

致谢 (30)

附录A (31)

附录B (37)

附件1

1 绪论

1.1 课题背景及目的

随着国家经济的提高，现代化、智能化的多功能建筑越来越多，对建筑的防火安全设计要求也越来越高。近年来，全国燃气行业发展迅猛，液化气、天然气、煤制气等城市燃气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用，特别是随着“两气东输”工程的快速进展，燃气行业发展潜力巨大。以“西气东输工程”为开端的大规模天然气利用工程的实施，意味我国城市燃气将大踏步的进入“天然气时代”。我国天然气市场将迎来一个千戟难逄的机会，城市燃气需求的主要增长点将体现在天然气上。2000年党中央国务院提出“两部大开发”的重大战略部署，特别是2002 年“两气东输”第一期工程正式开工。这无疑为发展两部地区的燃气产业带来历史性的机遇。西气东输工程，在西部优势资源和东部广阔市场之间建立起了一座“金桥”，西气东输工程投入使用后，每年供应长江三角洲地区100亿立方米天然气。城市燃气的普及与应用无疑对改善城市的环境质量和提高具名的生活质量发挥了巨大的作用。但是随着燃气的广泛使用，由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾事故也时有发生，这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了使燃气更好地造福于民，造福于社会，减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故，各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的燃气报警器实为必要之举。

“报警早，损失少”，进一步说明了及吋报警的重要性，在家庭里也是如此。一旦发生火灾，提早报警，可以及时将火扑灭，以免小火酿成大火灾。目前常用的有感烟、感温和可燃气体火灾报警器。像家庭中使用煤气、液化石油气和天然气等燃料时，安装一个可燃气体报警器，但出现漏气或者着火时，报警器能够立即鸣笛报警，告之文人及时采取措施。

室内煤气、天然气的泄漏严重危害人的生命健康以及性命财产安全，基于此现实，本设计旨在为家庭用户设计一种能够检测煤气、天然气泄漏的装置，从而减少因煤气和天然气的泄漏造成的事故的发生概率，进而保证人民的生命财产安全，减少不必要的损失。本设计用传感器检测室内煤气、天然气的基本状态，并将气体浓度信号转换为电信号，电信号进入单片机，单片机对信号进行处理。当室内煤气、天然气达到一定浓度时，该装置发出声光报警信号，提醒用户燃气泄

漏，采取相应的应对措施。

通过本系统设计，使学生能对自己所学专业知识加以综合运用，了解和掌握实际应用系统的设计、实现及应用的整个过程。

1.2 国内外研究状况

当前应用最广泛的可燃性气体泄漏报警器与气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控，仅用于安全保护家用燃气泄漏报警器为例，不少发达国家已经明确规定家庭、公寓等要求安装相应的报警器。国外可燃性气体泄漏报警器发展很快，是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是由于燃气泄漏报警器市场增长受到政府安全法规的推动。因此，国外燃气报警器技术得到了较快发展，据有关统计猜测，美国在1996年—2002年就煤气报警器的年均增长率为27％～30％。在这些方面，国内应该增强安全意识增强。

日本早在1980年1月开始实施安装城市煤气、液化石油气报警器的法规，1986年5月日本通产省又实施了安全器具料及出尽基本方针。美国目前已有7个州11个城市通过立法，规定家庭、公寓等要安装一氧化碳报警器。随着城市燃气化的扩大，我国已有北京市、辽宁省、黑龙江省、山西省、哈尔滨市、青岛市、等相继发布燃气安全管理文件，做到政府立法和百姓自身提高安全保护意识有机结合。

1.3 设计内容级研究方法

本设计计划按以下思路展开研究：

A根据该设计要实现的基本功能，设计大致应该分为信号釆集放大，信号处理控制，系统设置报警三个部分。

（1）信号釆集部分即通过气体传感器检测室内气体浓度，将这种变化量转化成电压模拟量的变化，然后通过运放进行必要的放大。

（2）信号处理部分是将采集到的模拟信号转换成数字信号，送入进行处理，并将处理过的信号送存储器保存和送显示器显示。

（3）系统设置报警部分是通过预定控制方式并利用蜂鸣器报警实现系统的准确操作。

B根据上面所说的思路，得到如下一些基本的结论

（1）信号釆集部分为了能准确釆集到气体浓度的变化应选用半导体气体传感器，为使其有效的检测室内气体浓度，釆用电阻型半导体气体传感器：而放大部分使用运放进行比例和反相两级放大。

（2）信号处理部分为了实现精确控制，釆用单片机较为合适。将模拟信号送A/D模块进行数模转换，经过处理后送存储器保存和送显示器显示。

（3）系统设置报警部分可以考虑蜂鸣器报警。

2 系统方案及模块设计

2.1 设计思路

用相应的气体传感器检测室内煤气、天然气的基本状态，并将气体浓度信号转换为电信号。通过信号处理电路将有无气体泄漏两种状态转换成高低电平，并将些电平通过单片机I/O接口传入单片机，通过单片机编程控制报警电路的工作状态。室温显示部分通过DS18B20温度传感器，将室内温度值转换为16位二进制数，通过单片机I/O接口传入单片机，并通过编程在七段数码管上显示出当前温度值。

2.2 设计框图

如下图2.1所示：

（1）气体检测模块：主要有气体传感器及LM358组成，其作用是将煤气、天然气的泄漏与否转换为利于单片机识别的高低电平，并将此信号传到单片机。

（2）声光报警模块：由蜂鸣器和LED构成。其作用是当检测到有煤气、天然气泄漏时，发出声光报警信号，提醒用户有煤气、天然气泄漏，采取相应措施。

（3）温度检测模块：由DS18B20温度传感器构成，DS18B20将检测到的温度值转换成二进制数，并传到单片机进行处理。

（4）温度显示模块：主要由74LS245和4位数码管组成，其作用是显示当前温度值。

（5）主控模块：即单片机AT89C51，其作用是根据气体检测模块输出的高低电平，控制声光报警模块的工作状态，并完成温度的采集及显示功能。

器中能直接感受被测量的部分。

传感元件：又称为转换器，一般情况下，不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转化为电量输出的元件。

传感器按工作原理可分为：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器、压电式传感器等。

在这个设计中先把煤气。天然气气体传感器以以属于电阻式传感器，传感器型号为MQ-7。MQ-7能够同时检测煤气和天然气两种气体，与分别用两种气体传感器检测相比，明显降低了设计成本。

半导体一氧化碳传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。采用高低温循环检测方式低温（1.5V加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V加热）清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-7气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。