家用煤氣報警器畢業設計-全文預覽

　　

【正文】 系統中電源除了 +5V 以外，還包括了 +，其電源轉換電路采用了芯片 實現 +5V到 +，其電路連接如圖 所示。現在，計算機上的串行通信端口（ RS232）是標準配置端口，已經得到廣泛應用，計算機上一般都有 1～ 2 個標準 RS232C 串口，即通道 COM1 和 COM2。 DC24V 消費電力 ： AC10W~300W 關閉時間 ： 8sec / 58sec 0176。閥體是氣動調節閥的調節部件，它直接與調節介質接觸，調節該流體的流量。 氣動活塞執行機構采用壓縮空氣作動力源，通過活塞的運動帶動曲臂進行90 度回轉，達到使閥門自動啟閉。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數據線。 31 、主控制器與顯示屏的接口設計 液晶屏采用 1602 液晶屏（單 +5V電 源供電） 1602 采用標準的 16 腳接口，其中 : 第 1 腳： VSS 為地電源 第 2 腳： VDD 接 5V正電源 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產生 ―鬼影 ‖，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 解決的辦法：采集關中斷。 （ 2）接地 對模擬器件和數字器件，電源的地線回路必須分開，以防止數字部分的噪聲電流通過模擬地回路引入，產生噪聲電壓，從而對模擬信號產生干擾。 c)接口時序 30 可以用四種傳輸方法使 TLC2543 得到全 12 位分辯率 ,每次轉換和數據傳遞可以使用 12 或 16 個時鐘周期。這個數據串是前一次轉換的結果 ,在第一個輸出數據位之后的每個后續位均由后續的 I/O 時鐘下降沿輸出。當工作于 12 或 16 位時 ,在前 8 個時鐘脈沖之后 ,DATA INPUT 無效。器件進入 I/O 周期后同時進行兩種操作。 DATA INPUT：控制字輸入端，用于選擇轉換及輸出數據格式。 AIN0～ AIN10： 11 路模擬量輸入引腳。 VCC：正電源端，一般接 +5V。LM324 的引腳排列見 右 圖。該四放大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的電源下，靜態電流為MC1741 的靜態電流的五分之一。 Q LM324 與 構成恒壓電路，為電橋提供恒壓。 ）也能夠提供優良的性能：低功耗、寬電源范圍和電源限輸出特性非常合適電池供電的應用場合；可取代分立器見構成的儀表放大器，具有線性度優良、溫度穩定性高和體積小、可靠性高等優點。其輸入共模范圍很寬，允許比地電壓低 150mV的共模電壓。 使用 RCM5700 模塊 PB2，并電阻連接 LED。 圖 系統總體硬件原理 圖 26 使用 Rabbit RCM5700 芯片 PB3接虛擬時鐘線，利用 PB5 口線接虛擬數據線DATA。 圖 框圖 系統采用模塊化設計。 空氣中的氣體濃度信號同 時進入主芯片，主芯片對其進行分析，并輸出信號到顯示器，控制其提示出“好、優、良、中、差”等 5 個等級的空氣質量提示。由于煤氣泄漏出來的氣體的主要性質可以分為毒性氣體和可燃性氣體 2 種，所以本設計中才用了 3 個性質不同的傳感器，對其進行分別處理。可用同樣的方法選用另外三個測試電壓 [ ?REFV , ?REFV ,? ? 2/?? ? REFREF VV ]用于轉換器的枝正或其它用途。它被廣泛運用于數據采集系統中 [2]。 高精度 DC 性能： %增益誤差（ G=1） %增益誤差（ G1） 25ppm增益漂移（ G=1） 200μ V最大輸入失調電壓（ AD623A） 2μ V /℃最大輸入失調漂移（ AD623A） 100μ V最大輸入失調電壓（ AD623B） 1μ V /℃最大輸入失調漂移（ AD623B） 25nA 最大輸入偏置電流 噪聲： 35nV/ Hz 針對輸入端（ RTI）噪聲 1kHz（ G=1） 良好的 AC 特性： 最小 90dB 共模抑制比（ CMRR）（ G=10） 最小 84dB 共模抑制比（ CMRR）（ G=5） （ 60Hz， 1k 非平衡信號源） 800kHz 帶寬（ G=1） 到終值 %的建立時間 20μ s（ G=10） 引腳排列 極限參數如下： 電源電壓 177。 AD623 可取代分立的儀表放大器設計，且在最小的空間內提供很好的線性度、溫度穩定性和可靠性。 至177。 在無外接電阻條件下 ， AD623 被設置為單位增益（ G=1），在接入外接電阻后， AD623 可編程設置增益，其增益最高可達 1000 倍。 右 圖是典型的靈敏度特性，全部是在標準試驗條件下得出的結果。為了將判定值水平最佳化，并使敏感素子的功耗（ PS）低于 15mW 的限度值，需要選擇 RL的值。這個VH 用于維持敏感素子處于與對象氣體相適應的特定溫度而施加在集成的加熱器上。2% 響應時間 (t90) 30 秒 基準線位移 (20—50℃ ) 100ppm 、氫氣傳感器的選擇 TGS822TF 傳感器因裝有活性炭過濾器，消除了雜質氣體的影響，對有機溶劑或其他揮發性氣體的靈敏度低，而對氫氣和一氧化碳的靈敏度高，非常適合用于檢測人工煤制氣。 用途：工廠一氧化碳濃度檢測儀器；氣體計量器具；空氣質量監測器；氣體變送器；便攜式儀器配套元件等等。為了提高對被測氣體的選擇性，通常在傳感器通氣孔位置設置過濾劑，以消除干擾氣體造成的不準確信號。 （ 1） NGCO001 電化學一氧化碳氣體傳感器基本原理 電化學氣體傳感器由工作電極、參比電極、對電極構成，根據外部恒電位電路，傳感器工作電極保持一個穩 定的工作電位，一氧化碳氣體傳感器基本工作原理如下面公式所示： UCTURE 工作電極： CO+H2O=CO2+2H++2e 對電極： O2+4H++4e=2H2O 總反應： 2CO+O2=2CO2 這樣電化學氣體傳感器根據電化學反應電子轉移，從而定性并定量的檢測出被測氣體。根據實際應用和成本性價比， 本 設計一 氧化碳氣體傳感器選擇了 NGCO001 型電化學一氧化碳氣體傳感器， 其詳情如下 [4]： NGCO001 型電化學一氧化碳氣體傳感器屬工業級別產品，通過成熟的電極制備處理技術及傳感器結構設計，使其具有長壽命、高靈敏度、液體密閉性良好等技術特點。 圖 RCM5700模塊接口定義 根據 RCM5700 模塊接口定義可知， 52 個接口可以劃分為幾個主要部分：端口 Port A、 Port B、 Port C、 Port D、 Port E、 Serial Port A、 RAM、 Misc. I/O 等，具體如圖 所示。 ? 配有支架 / 接頭的接口板。 5）參考設計使集成的以太網能利用無需特許權的 TCP/IP 軟件實現網絡連接。 2）比購買和組裝單獨組件更具競爭力的價格。RCM5700 開發包還包括你評測 RCM5700 所需要的開發板。這種開發環境減少了工作量，加速了軟硬件集成。 主要特點： (1) 微處理器為 Rabbit5000(內含 128 KB 的 SDRAM)，主頻為 50MHz； (2) 程序存儲器為 1 MB 閃存； (3) 32 個 GPIO(可配置 )； (4) 6個 (可配置 )CMOS兼容的串 El； (5) 帶實時時鐘 (電池供電 )； (6) 10個 8位定時器， 10位和 l6位定時器各 1個； (7) 有兩路觸發輸入和兩路正交解碼輸入； (8) 帶有看門狗； (9) 支持 10／ 100Base—T 以太網功能； (10) 接口為 Mini PCI Express 接口。 RCM5700 可以在任何客戶定制開發的母板上增加新的網絡連接。 Rabbit Semiconductor 公司專注于此，推出的產品在行業內被廣泛應用，十幾年來，以其產 品質量的高穩定性、容易開發、資源豐富、支持聯網等優點獲得業界的高度認可，譬如 RCM3200、 LP3500 在工控和水利、電力領域已經成為行業內的經典應用。典型應用在遠程數據記錄和上傳、儲罐監控、自動抄表系統、遠程能源管理等領域。由于該模塊具有設計靈活，外圍擴展功能強大的特點，可以構成當今體積最緊湊、成本最低的嵌入式解決方案，可以為系統方便可靠增加網絡連接。這種開發環境減少了工作量，加速了軟硬件集成。 圖 基于 Mini Core的實現 、 方案選擇 方案 1 中采用的是 8051 單片機實現 煤氣報警器 ，該方案具有結構化設計簡單，器件成本較低的特點，是一種較為廣泛采用的實現方案。 可燃 氣體傳感器輸出為模擬量，需要利用 A/D 轉換器將模擬量轉換成數字量送給 8051 單片機；晶振和鍵盤控制作為 8051 單片機的外圍輸入電路，蜂鳴器作為報警用的 8051 單片機的外圍 輸出電路；顯示電路采用了 LED 顯示，由 8051單片機控制實現顯示。 、 系統實現方案與選擇 針對目前主要處理芯片的不同，本文提出了 2 種 實現方案，分別為基于 8051單片機實現方案以及基于 Rabbit RCM5700 實現方案。 5 系統設計技術基礎 微處理器的出現極大地促進了生產力的發展，提高 了人們生活的質量，實現了工業的現代化和自動化。氣敏傳感器用來檢測空氣中煤氣的濃度，當空氣中煤氣含量超過允許標準濃度后，感應器所獲得的感應信號均被感應器控制器所接收，再由感應器控制器對各感應信號進行相應識別和處理，并將處 理后的感應信號通過串口送至 主控器 ，由 主控器 對其采取相應的警報動作。 、系統設計基本內容 針對經常發 生的煤氣泄漏中毒事件，采用煤氣、甲烷、乙烷及一氧化碳等氣體傳感器、單片機、電磁閥和電鈴，設計一套有毒氣體檢測、報警電路，顯示室內空氣質量（分優、良、中、好、差五級），用單片機模塊分路控制繼電器、發光二極管和電鈴。 氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器在國家列為重點支持發展的情況下，國內已有一 定的基礎。 目前，氣體傳感器的發展趨勢集中表現為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡化電路，與應用整機相結合，這也是氣體傳感器一直追求的目標。隨著先進科學技術的應用，氣體傳感器發展的趨勢是微型化、智能化和多功能化。美國工業科學公司（ ISC）一臺攜帶式氣體監控儀可實現 4 種氣體監測，采用了統一的軟件，只需要換氣體傳感器，即可實現對特定氣體監測。美國目前已有 6 個州立法，規定家庭、公寓等都要安裝 CO 報警器。 、國內外研究現狀及發展動態 民用可燃氣體報警器為居民家庭用的燃氣報警器，一般安裝在廚房，遇燃氣泄漏時，報警器可發出聲光報警，或同時伴有數字顯示，同時聯動外部設備。單片機有利于 為現代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的設施。有關部門經長期測試同樣得出結論，燃氣報警器防止一氧化碳中毒事故發生的有效率達 95%以上。特別是冬春季高發，據不完全統計，我國 2020 年因非職業性一氧化碳中毒，造成至少 3850 人中毒， 142 人死亡。 家用煤氣有時會因各種原因發生泄漏，煤氣的主要成分是甲烷，甲烷是一種可燃性氣體，遇到明火會發生燃燒甚至爆炸，所以如果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生爆炸事故。 整個系統的硬件電路設計合理，性能安全可靠。 微機控制技術、傳感器在工業控制、機電一體化、智能儀表、通信、家用電器等方面得到了廣泛應用，顯著提高了各種設備的技術水平和自動化程度。但是隨著社會的發展，煤 氣報警器也在發展。通過對偏差信號的處理獲得控制信號，去調節煤氣出氣閥的通斷，四個單元的煤氣濃度對應模擬量利用 A/D 轉換為數字量，并加入 了鍵盤輸入， 從而實現對家用煤氣漏氣的控制。有甚者，因室內煤氣濃度過高，引起煤氣爆炸的事故也不少見。近年來，我國部分地區非職業性一氧化碳中毒事件時有發生。燃氣專家指出，燃氣泄漏或廢氣排放而大量產生的一氧化碳是燃氣中毒事響應的根源，如采有用燃氣泄漏報警器就能得到及