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摘 要
现如今，出现了许多一氧化碳报警器，而这些产品大都是针对煤气的泄漏所做出的相应的声光报警，形式简单。但是随着社会的发展，一氧化碳报警器也在发展，也将由单一声光报警，发展为智能报警。
由于煤气泄漏具有巨大的危害性，需要对煤气泄漏进行实时的精确监控。本文介绍了一种智能型煤气监控系统，该系统利用单片机控制技术，采用巡回检测的方法，对一氧化碳（CO）进行实时监控，具有报警设定、声光报警、现场浓度动态显示、误差自动校正功能，而且具有自动关闭煤气管道阀门、向上位机报警、自动按键开启阀门等功能，并通过外接排风扇和电磁阀对其进行程控，以防事故的发生。
由于本设计以AT89C51单片机为核心，较为合理地分配了软硬件，充分利用了软件编程技巧及系统运行速度快等优点，并有力兼顾了系统的性能，使系统精确度、灵敏度和稳定性均达到设计要求，且造价低，操作方便。
本系统的软件编写采用的是汇编语言，整个程序的思路清晰，考虑全面。可以在执行的开始和过程中，修改报警临界值，增大了使用的地域和领域；在报警时可以指出哪个单元煤气泄漏并且发出音乐，增强了人性化。
关键词：气敏传感器；单片机；声光报警；电磁阀
The application of single-chip computer in coal gas monitors and control system
Abstract
In the current society, a lot of CO gas alarms have appeared, and these products are mostly to letting out sound-light corresponding alarms made of the leakage CO gas. That is a simple style. But with the development of society, CO gas alarm also developed from a single sound-light one to an intelligent one.
Because of the gigantic harmfulness of gas leakage. It is important to measure the gas leakage accurately. The intelligent gas monitoring and controller system is designed with single-chip computer technology and cycle check method. It can monitor CO intense real-time. When CO concentration is higher than allowed value, it can not only provide with the function of setting up alarm limit, sound and light alarm, dynamic display of the connection error, checking and adjustment automatically,
But also shut off gas pipe valve, alarm toward systemic computer and open the valve through press button automatically. And it can solve the problem through external fan and electromagnetically operated valve to avoid accident.
Since this design is distributed, relatively reasonably with 89 C5 1s as core, software and hardware has used software programming skill and the systematic rapid etc. advantage of traversal speed fully, and strong have considered both systematic performance. So the system is accuracy; Sensitivity and stability meet the demand of design. The cost of building is lower and operation is simpler.
What the software of this system is written and adopted is an assembler language, the train of thought of the whole procedure is clear, it is overall to consider. Can revise the warning critical value, has increased the region and field to use in beginning and course of carrying out.
Keywords: gas sensor; single-chip computer; sound and light alarm;
electromagnetic valve.
目 录
第一章 绪论. 1
1.1 引言... 1
1.2 系统的工作原理... 2
第二章 方案论证. 3
2.1 系统的主要功能... 3
2.2 监控系统的工作原理及其结构... 3
2.2.1 监控系统的工作原理... 3
2.2.2 监控系统的结构... 3
2.3 单片机系统硬件结构组成框图... 3
2.3.1 单片机... 4
2.3.2 前向通道... 4
2.3.3 执行电路... 4
2.3.4 报警部分... 4
2.3.5 键盘/显示部分... 5
2.3.6 电源... 5
第三章 前向通道的设计. 6
3.1 CO传感器的种类与特点... 6
3.2 几种主要CO传感器... 7
3.2.1 金属氧化物半导体型CO传感器... 7
3.2.2 电化学固体电解质型CO传感器... 8
3.2.3 电化学固态高分子电解质型CO传感器... 9
3.2.4 触媒燃烧型CO传感器... 10
3.2.5 场效应晶体管CO传感器... 11
3.2.6 石英晶体型CO传感器... 11
3.3 一氧化碳传感器的选择... 12
3.4 ADC0809简介... 13
3.4.1 ADC0809引脚功能介绍... 13
3.4.2 ADC0809结构与转换原理... 14
3.5 ADC0809的接口的设计... 15
第四章 单片机的选择与设计. 16
4.1 单片机（single-chip computer）... 16
4.2 MCS—51系列单片机选择... 17
4.3 AT 89C51的特点及管脚的介绍... 18
4.3.1 89C51性能及特点... 19
4.3.2 片内快闪存储器(Flash Memory). 19
4.3.3 AT89C51的管脚说明... 20
4.4 可编程多功能接口8155. 21
4.4.1 8155的组成与接口信号... 21
4.4.2 8155与MCS—51单片机的连接... 26
第五章 后向通道及DAC0832的设计. 27
5.1 后向通道... 28
5.2 MCS-51单片机与八位DAC0832的接口... 28
5.2.1 DAC0832的特性... 28
5.2.2 DAC0832的引脚及逻辑结构... 29
5.2.3 89C51与DAC0832的接口电路... 30
第六章 PC机与MCS51单片机串行通信接口电路设计. 32
6.1 单片机与PC机的RS-232标准接口通信电路的设计... 32
6.1.1 电平转换... 32
6.1.2 MAX232芯片简介... 32
6.1.3 MCS-51单片机与PC机串行通信接口的硬件电路设计... 33
6.2 MCS 51单片机与PC机串口通信软件设计... 34
6.2.1 通信方式选择... 34
6.2.2 89C51通信波特率设置及通信的设置... 34
第七章 报警系统的设计. 36
7.1 声光报警部分的设计... 36
7.2 电话录音与自动拨号报警系统的设计... 36
7.2.1 概述... 36
7.2.2 自动拨号器工作原理... 36
第八章 键盘及显示的设计. 38
8.1 概述... 39
8.2 硬件电路设计... 40
8.2.1 89C51单片机... 40
8.2.2 按键设置... 40
8.2.3 LED显示器... 41
8.2.4 译码驱动电路... 41
8.3 注意事项... 41
第九章 电源电路的设计. 42
第十章 软件设计. 44
致 谢. 52
参考文献. 53
第一章 绪论
1.1 引言
随着经济的发展，人们对生活质量的提高和生活环境的改善越来越重视，液化气煤气进入家庭的使用为人们带来了方便，也改善了城市的环境，但同时也给人们带来了潜在的危险，其中一氧化碳是最主要的危险源。一氧化碳是一种无色无味的气体，由于它与人体内的血红蛋白有高度的亲和力，所以当它被人体吸收后，会争夺体内血液中的氧形成一氧化碳血红蛋白，使动脉壁缺氧、水肿，阻碍血流通畅，使人发生疲倦、气短、恶心、和头晕眼花等不良症状，体内吸入过多一氧化碳时甚至会导致人因缺氧而死亡。另据《科技日报》报道，经医学验证，当空气中一氧化碳浓度超过35ppm时就会对儿童智商赵成损害。同时，一氧化碳也是一种易燃易爆的危险气体，其在空气中的阀限值（指在空气中允许存在的最低浓度）为50*10-6，爆炸极限为12.5%～74%。因此，及时准确的对室内进行一氧化碳浓度监测和报警成为保障生命安全和国家财产安全的一项必不可少的工作。
有些国家对工作场所的一氧化碳允许体积分都做了规定。炼钢厂工作人员、消防人员、高速公路收费员、矿坑工作人员较可能暴露在高体积分数一氧化碳环境中；在生活中，堵塞的交通、在密闭的房间内抽烟、甚至煤气、瓦斯等不完全燃烧的室内、火灾现场等，均可能使空气中的一氧化碳体积分超过标准。因此，对生活，工作环境中的一氧化碳体积分数实施准确而有效的检测与报警是一个与人类生态和工作环境相关的重要问题。为此，我们设计了一套应用于室内一氧化碳浓度监测的智能型监控系统。
目前市场上的同类系统大多是仅能检测的仪表或是阀门必须手动复位, 且稳定性差, 价格昂贵。为此, 我们研制了基于单片机技术的智能煤气监控系统, 大大地提高了系统的安全性、实用性和自动化程度。系统的主要功能如下:
(1) 实现对煤气泄漏的实时监测；
(2) 实时跟踪显示现场煤气浓度；
(3) 具有超限声光报警功能；
(4) 具有自动拨号报警功能；
(5) 根据报警状况自动关闭煤气管道电磁阀并开启排气装置；
(6) 故障排除后, 可控制煤气管道电磁阀的自动开启；
(7) 具有与上位机通讯的功能。
1.2 系统的工作原理
系统的监控原理是气敏传感器将煤气浓度变换为模拟电压信号, 此mV 级电信号经低通滤波滤掉干扰信号, 放大器把信号放大为0～5 V 后, 送到A/ D 转换器, 变换成数字量送CPU。CPU 接受到信号后, 进行数据分析, 当空气中的煤气浓度达到设定值时, 将输出数字量, 经变送器驱动电磁阀, 将煤气管道关闭并打开排气装置, 再输出数字信号驱动光电报警和向上位PC 机输出所处位置及报警值, 以让监控人员进行处理。故障排除后, 可操纵控制面板按键, 打开阀门使其恢复供气。
第二章 方案论证
2.1 系统的主要功能
实现对煤气泄漏的实时监控；实时跟踪显示现场煤气浓度；具有电话自动报警功能；根据报警状况自动关闭煤气管道电磁阀并开启排气装置；故障排除后，可控制煤气管道电磁阀的自动开启。
2.2 监控系统的工作原理及其结构
2.2.1 监控系统的工作原理
系统的监控原理是气敏传感器将煤气浓度变换为模拟电压信号，此毫伏级电信号经低通滤波滤掉干扰信号，放大器把信号放大为0～5V 后，送到A/D转换器，变换成数字量送至CPU。CPU接收到信号后，进行数据分析，当空气中煤气的浓度达到设定值时，将输出数字量，经变送器驱动电磁阀，将煤气管道关闭并打开排气装置，再输出数字信号驱动光电报警和向上位机输出所处位置及报警值，以让监控人员进行处理。故障排除后，可操纵控制面板按键，打开阀门使其恢复供气。
2.2.2 监控系统的结构
集群监控系统以多机方式与前端机通讯。故本机采用主从工作模式。单片机系统作为从机与本地通信主机（上位机）联系。
第一级：中央控制操作站（上位PC机）
PC机以Windows为操作平台，利用监视及管理系统，完成现场煤气浓度数据显示、现场位置确定、数据库建立、数据查询、数据分析、统计等操作。
第二级：单片机控制系统
由于系统对实时性、精确性和可靠性要求非常高，系统采用单片机作为现场控制器，完成对煤气浓度信号采集、运算、控制和向PC机传送浓度数据。
2.3 单片机系统硬件结构组成框图
整个报警系统由三个部分组成：浓度检测及显示模块、主控模块和报警及事故处理模块。主控模块采用AT89C51单片机进行控制，实时监控系统的运作。系统的组成框图如图2.1所示。
