智能可燃氣體探測控制器設(shè)計

1、常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（畢業(yè)論文）系 別： 機電工程系 專 業(yè)： 機電一體化 班 級： 機電051 學(xué) 生 姓 名： 吳興海 學(xué) 生 學(xué) 號： 0504053148 設(shè)計（論文）題目： 智能可燃氣體探測控制器設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師： 朱江 設(shè) 計 地 點： 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 起 迄 日 期： 8月 1 日 8月22 日 目錄1畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書-32畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告-43摘要關(guān)鍵字-64前言-65智能可燃氣體探測控制器的發(fā)展-66. 智能可燃氣體探測控制器的工作原理-117.硬件結(jié)構(gòu)-13 8.元氣件選擇-139.軟件設(shè)計 -188軟件仿真-249.結(jié) 束 語-2410

2、答謝詞-2411畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定表-25 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書專業(yè)：機電一體化 班級：機電051 姓名： 吳興海 一、課題名稱：智能可燃氣體（天然氣、煤氣、液化氣、氫氣）探測控制器設(shè)計二、主要技術(shù)指標(biāo)：1.mcs-51系列單片機 2. 三菱plc交流電源、24v直流輸入類型 3. fx2n-32mr-001 32 16 漏型 16 繼電器 150*87*904、探測器參數(shù)指標(biāo)：（1）能設(shè)定可燃氣體（天然氣、煤氣、液化氣、氫氣）濃度報警值，范圍在（125lel）查閱國家推薦標(biāo)準(zhǔn)gt/t12474-90空氣中可燃氣體爆炸極限測定方法爆炸極限大于4%lel （2）探測器的報警動作值與可燃氣

3、體濃度報警設(shè)定值之差不應(yīng)超過3%lel（3）在報警范圍內(nèi)，實行聲、光（紅色指示燈）報警；從報警區(qū)移到干凈空氣區(qū)，30秒內(nèi)應(yīng)正常顯示。三、工作內(nèi)容和要求：1選題，審題，整理材料2了解plc系統(tǒng)的應(yīng)急情況，復(fù)習(xí)可編程控制的相關(guān)內(nèi)容3分析氣體傳感器的工作原理，畫出控制電路4硬件電路設(shè)計 5設(shè)計程序6軟件仿真：用單步、自動單步或連續(xù)執(zhí)行程序，觀察效果7定稿，寫總結(jié)四、主要參考文獻：吳雪峰 plc智能控制劉 洋 可燃氣體探測器工作原理 楊 波 空氣中可燃氣體爆炸極限測定方法 學(xué) 生（簽名） 06年8 月 日 指 導(dǎo) 教師（簽名） 06年 8 月 日 教研室主任（簽名） 06年 月 日 系 主 任（簽名）

4、 06年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告設(shè)計（論文題目）工 業(yè) 污 水 處 理 的plc控制 一、選題的背景和意義：隨著城市煤氣、天然氣事業(yè)的迅速發(fā)展和民用石油液化氣用戶的增多?？扇細怏w泄漏報警問題已提到城市消防與建筑電氣設(shè)計的議日程。(建筑設(shè)計防火規(guī)范) (gbj1687)第1032條明確規(guī)定： “散發(fā)可燃氣體可燃氣的甲類廠房和場所， 應(yīng)設(shè)置可燃氣體濃度檢測報警裝置”?？扇細怏w通常是指城市煤氣、石油液化氣、汽油蒸氣、酒精蒸氣、天然氣以及煤礦瓦斯等。這些氣體主要含有烷類、烴類、烯類、醇類、苯類以及一氧化碳和氫等成分。是易燃、易爆、有毒、有害的氣體。因此。在生產(chǎn)、輸送、貯存和使用這些氣體的過程中

5、， 如違反操作規(guī)程或設(shè)備密封質(zhì)量不好，都有可能發(fā)生可燃氣體泄漏現(xiàn)象， 進而釀成火災(zāi)或爆炸事故， 給國家和人民的生命財產(chǎn)造成損失。近年來， 這類事故實例不勝枚舉。為了防止這類事故的發(fā)生，裝設(shè)可燃氣體濃度檢測報警裝置是非常必要的， 可以及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，盡早采取補救措麓。二、課題研究的主要內(nèi)容：1選題，審題，整理材料2了解plc系統(tǒng)的應(yīng)急情況，復(fù)習(xí)可編程控制的相關(guān)內(nèi)容3分析氣體傳感器的工作原理，畫出控制電路4硬件電路設(shè)計 5設(shè)計程序6軟件仿真：用單步、自動單步或連續(xù)執(zhí)行程序，觀察效果7定稿，寫總結(jié)三、主要研究（設(shè)計）方法論述：通過查找資料了解智能可燃氣體探測控制器系統(tǒng)工作原理，畫出采樣電路、交流電

6、源開關(guān)電路、控制電路和報警電路。在傳統(tǒng)的可燃氣體報警器基礎(chǔ)上進行技術(shù)革新，選擇合適的元器件。然后設(shè)計軟件部分，并在pc環(huán)境下用單步、自動單步或連續(xù)執(zhí)行程序，觀察仿真效果。最后進行修改寫出定稿。四、設(shè)計（論文）進度安排： 7月31日8月22日時間（第 周）工 作 內(nèi) 容2006.73183選題、審題、收集資料、整理資料8.48.5了解plc控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況，復(fù)習(xí)可編程控制器的相關(guān)理論8.58.7分析控制器的plc控制系統(tǒng)8.88.9分析氣體傳感器的工作原理，畫出系統(tǒng)框圖8.108.11硬件電路設(shè)計8.128.13設(shè)計程序8.148.15軟件仿真：用單步、自動單步或連續(xù)執(zhí)行程序，觀察效果8.17

7、8.18整理所有材料，完成設(shè)計報告8.198.20寫總結(jié)，修改初稿8.218.21定稿五、指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 06 年 08月22日六、系部意見： 系主任簽名： 06 年 08月22日課程總結(jié)隨著畢業(yè)日子的到來，課程設(shè)計也接近了尾聲。時間過的真快 ,轉(zhuǎn)眼間，畢業(yè)設(shè)計的寫作終于劃上了句號，大學(xué)最后的時光就在這樣的忙碌和充實中度過了。從拿到畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書到完成本次設(shè)計，這一個多月的時間里我感覺自己經(jīng)歷了很多，也學(xué)到了很多。 經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計終于完成了。在沒有做課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是對這幾年來所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設(shè)計不僅

8、是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前覺得自己對課本上的知識掌握的已經(jīng)可以了，現(xiàn)在覺得有點有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，尤其是對這種操作類的課程在社會中的積累占據(jù)很大的比重，所以在以后的工作、生活中我都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)以適應(yīng)這個瞬息萬變的社會需求。 這次課程設(shè)計中在朱老師的幫助下進行的還算順利，遇到不懂的地方老師總是能夠悉心的教導(dǎo)，耐心的講解。這次課程設(shè)計也使我們的同學(xué)關(guān)系更進一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不

9、同的看法讓我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。首先，我要感謝很多在我完成論文的過程中給予過我關(guān)懷幫助的人。然后要謝謝與我一起并肩作戰(zhàn)的好朋友好同學(xué)們，在我做畢業(yè)設(shè)計期間他們一直在我身邊陪伴我,幫我查資料,找資料. 總之，謝謝所有關(guān)心、愛護過我的人。畢業(yè)設(shè)計的結(jié)束，意味著我將開始屬于我的新的人生旅程,我會很努力的走完它。 這次課程設(shè)計讓我覺得自己需要掌握的東西還很多，以往學(xué)過的東西真的被應(yīng)用時才覺得它的重量，也許是萬事開頭難，但我想如果真的懂得了那么這種難定會降低程度。做完了這項設(shè)計有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真

10、正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。 感謝老師們給我們的幫助。設(shè)計過程中，在老師的悉心引導(dǎo)下我們的進展還算順利，我通過在圖書館和網(wǎng)絡(luò)上查閱大量有關(guān)資料，以及與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，使自己學(xué)到了不少知識，當(dāng)然在此過程中遇到了一些困難但在老師和同學(xué)的幫助下都一一克服了。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力和信心，我相信這次做設(shè)計的感受會對今后的學(xué)習(xí)、工作及其生活有非常重要的引導(dǎo)。它不僅大大提高了動手的能力，而且使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的質(zhì)量如何還有待老師們的評定，但是在設(shè)計過程中

11、所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。前言在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，經(jīng)常使用h2、co等多種可燃氣體。為確保生命和財產(chǎn)安全，在使用可燃氣體的場合，必須安裝可燃氣體探測報警器，以防止發(fā)生意外。本設(shè)計是在傳統(tǒng)的可燃氣體報警器基礎(chǔ)上進行技術(shù)改造的，因此，吸收了原產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)點，增添了新的功能。傳統(tǒng)的可燃氣體報警器采用分立式元件構(gòu)成，使用中剛通電時，氣敏元件處于不穩(wěn)定狀態(tài)，無論有無可燃氣源都會發(fā)出報警聲，輸出控制頻繁操作，造成現(xiàn)場安裝調(diào)試比較麻煩。同時，因缺少對氣敏元件傳感器預(yù)熱時間的控制，缺少氣敏元件傳感器本身短路或斷路故障的檢測，缺少有明顯區(qū)別的聲、光報警，不能符合可燃氣體產(chǎn)品的

12、新標(biāo)準(zhǔn)，必須研制新產(chǎn)品。智能可燃氣體探測控制器就是在此基礎(chǔ)上進行研制的。本設(shè)計以mcs-51系列的單片機at89c2051為核心，本著設(shè)計簡單、調(diào)試方便、安裝靈活、安全可靠、節(jié)約成本的原則，完成該設(shè)計。智能可燃氣體探測控制器主要功能以及技術(shù)要求：1、對可燃氣體進行測量和檢測可燃氣體濃度達到報警設(shè)定值時，應(yīng)能報警。2、能設(shè)定可燃氣體濃度報警值，范圍在（125lel）查閱國家推薦標(biāo)準(zhǔn)gt/t12474-90空氣中可燃氣體爆炸極限測定方法爆炸極限大于4%lel。3、探測器的報警動作值與可燃氣體濃度報警設(shè)定值之差不應(yīng)超過3%lel。4、常工作：綠燈閃爍，蜂鳴器不報警。5、可燃氣體濃度超范圍報警：（1）

13、、在報警范圍內(nèi)，實行聲、光（紅色指示燈）報警。（2）、從報警區(qū)移到干凈空氣區(qū)，30秒內(nèi)應(yīng)正常顯示。6、故障報警：傳感器斷路、短路時應(yīng)發(fā)出與可燃氣體濃度超范圍報警明顯區(qū)別的聲、光（黃色指示燈）報警。7、聲、光設(shè)置手動自檢功能。8、濃度超限報警時，應(yīng)能啟動輸出控制功能。一、智能可燃氣體探測控制器系統(tǒng)工作原理1、可燃性氣體傳感器工作原理目前，使用最廣泛的是燒結(jié)型sno2和fe2o3氣敏傳感器。燒結(jié)時埋下加熱絲和測定電極制成管芯。工作時，加熱絲通電加熱，測量絲用于測量器件的阻值。使用該氣敏元件測量氣體成分含量的原理是：當(dāng)被測可燃氣體通過氣敏元件的表面時，會發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)（無焰燃燒），燃燒后的sno2等

14、金屬氧化物中的氧與還原性氣體結(jié)合，使金屬氧化物的阻值發(fā)生變化，而且其大小與被測氣體濃度成一定比例。通過測量這一變化，就可知空氣中可燃性氣體濃度的大小。本設(shè)計是基于可燃性氣體傳感器的單片機檢測和控制。根據(jù)設(shè)計要求，選擇可燃氣體氣敏元件mq-412作為本設(shè)計用氣體傳感器，可檢測天然氣、煤氣、液化氣、氫氣等多種可燃性氣體。該傳感器具有長期的穩(wěn)定性，對可燃性氣體有較高的靈敏度、良好的抗溫性、良好的重復(fù)性；測量范圍寬，為10010000ppm；對可燃性氣體響應(yīng)時間10秒，從可燃性氣體區(qū)移到潔凈區(qū)域恢復(fù)時間30秒；加熱電壓為5v，測量電壓范圍為510v；在潔凈空氣中的測量電阻大于50k；測量可燃性氣體濃度

15、和測量端電阻成線形變化。傳感器結(jié)構(gòu)和測量電路如圖1所示，vb為加熱電壓，va為測量電壓。圖1 傳感器結(jié)構(gòu)和測量電路圖2、智能可燃氣體探測控制器系統(tǒng)工作原理根據(jù)可燃性氣體傳感器工作原理，按照傳感器測量電路圖，將可燃性氣體濃度轉(zhuǎn)換為電壓信號，供濃度采樣電路和報警電路使用。根據(jù)本設(shè)計檢測要求，考慮經(jīng)濟因素，不采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，而采用可燃氣體濃度測量值與可燃氣體濃度超范圍的電壓設(shè)定值進行比較的方法。潔凈空氣中可燃性氣體傳感器測量電阻大于50k，在可燃性氣體濃度中可燃性氣體傳感器測量電阻變化較大，其值可變至幾k。因而，在測量電壓為+5v時，可燃性氣體傳感器測量輸出電壓也可從0.3v變化到4.5v以上。根

16、據(jù)本設(shè)計的要求，實際測量的可燃性氣體濃度電壓范圍在0.3v3.5v之間，考慮余量，設(shè)計可燃性氣體的濃度電壓范圍限制在0.3v4.0v之間。設(shè)計中，采用運算放大器作為可燃性氣體濃度測量值和設(shè)定可燃性氣體超限濃度電壓基準(zhǔn)的比較器，比較器輸出連到單片機的輸入端?？扇夹詺怏w傳感器測量電壓為+5v時，設(shè)定可燃性氣體濃度超限電壓基準(zhǔn)范圍在0.3v4.0v之間。若可燃性氣體濃度大于電壓設(shè)定值時，則單片機檢測到氣敏元件有濃度超限發(fā)生，單片機發(fā)出聲、光報警，關(guān)閉氣源閥門。在進行氣敏元件斷路故障檢測時，可燃性氣體傳感器輸出端電壓接近0v，為低電平；氣敏元件短路的故障檢測時，可燃性氣體傳感器輸出端電壓接近+5v，為

17、高電平。因此，采用運算放大器作為可燃性氣體輸出和故障設(shè)定電壓值的電壓比較器。短路比較器的電壓基準(zhǔn)值設(shè)定為+0.3v，斷路比較器的電壓基準(zhǔn)值設(shè)定為+4.9v，比較器輸出連到單片機的輸入端。當(dāng)單片機檢測到氣敏元件有故障發(fā)生時，發(fā)出故障聲、光報警。此處聲、光報警與可燃性氣體濃度超范圍報警有明顯區(qū)別。手動自檢功能通過不互鎖按鈕實現(xiàn)，常開按鈕輸出連到單片機的輸入端，通過檢測常開按鈕的電平變化來檢測按鈕的閉合和松開。因為輸出控制不頻繁操作，所以選擇繼電器輸出控制電磁閥來實現(xiàn)氣源閥門的關(guān)閉，從而達到確保生命和財產(chǎn)安全的目的。系統(tǒng)硬件連接框圖如圖2所示。二、硬件結(jié)構(gòu)：硬件結(jié)構(gòu)主要有交流電源開關(guān)電路、電源整流電

18、源穩(wěn)壓等組成。1、開關(guān)電源：由于本設(shè)計要求體積小，功率不大，考慮重量及抗干擾因素，電源設(shè)計采用普通自激式開關(guān)電源，單電源+5v供電。由l1、r1r7、v1v2、c1c5、t等組成開關(guān)電路， 并由二極管d1、c6、c18構(gòu)成整流濾波電路，最后經(jīng)過lm7805穩(wěn)壓和電容濾波，輸出+5v電壓。如圖3所示。2 、采樣電路：采用太原電子廠生產(chǎn)的mq-412型半導(dǎo)體氣敏元件，作為可燃氣體濃度測量的傳感器。從經(jīng)濟角度出發(fā)，加熱電壓、傳感器回路電壓均有+5v電壓供給。測量電路由二極管d2、半導(dǎo)體氣敏元件m1、電位器rw、r14、r15、r19、c14、c15等元件組成。二極管d2起一個降壓和測量隔離作用?？扇?/p>

19、氣體濃度的電壓比較值，利用的是電壓疊加的原理。+5v電壓經(jīng)r14、r15、r19、rw分壓后，疊加可燃氣體傳感器輸出的電壓一起提供給比較器3腳。調(diào)節(jié)電位器rw可以調(diào)節(jié)電壓的初始值，從而達到改變可燃氣體濃度的設(shè)定值。在潔凈空氣中保證比較器3腳的電壓值為0.3v左右。交流電源開關(guān)電路電源整流電源穩(wěn)壓交流電源電磁閥聲、光報警輸出控制采樣電路濃度比較故障比較自檢電路單片機圖2系統(tǒng)硬件連接框圖圖3 開關(guān)電路比較器2腳為比較電壓的基準(zhǔn)。由r16、rt、r17、r18分壓提供，c13起穩(wěn)定工作點電壓的作用。該標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓為2.2v。當(dāng)可燃氣體濃度增大時，氣敏元件的阻值變小，運放u3a輸入端3腳的電壓升高，與

20、2腳電壓進行比較，其結(jié)果由u3a 1腳輸出。r14、r15對小信號進行整形、放大。u3b、r16r18、rt、c13對放大信號進行比較。大于比較電壓，輸出+5v電壓，為高電平；小于比較電壓，輸出低電平。輸出連接到單片機的輸入腳，供單片機判斷。單片機輸入腳等于高電平，可燃氣體濃度不超范圍；等于低電平，可燃氣體濃度超范圍，發(fā)出濃度超限聲、光報警，關(guān)閉氣源閥門。圖4 濃度采樣電路3、手動按鈕控制如圖5所示：由不互鎖按鈕k、r9、c17構(gòu)成。在可燃氣體濃度測量正常范圍內(nèi)，按一下，自檢可燃氣體濃度超范圍故障，發(fā)出聲、光報警，關(guān)閉氣源閥門。再按一下，自檢恢復(fù)正常綠燈閃爍。長時間按住3秒鐘，自檢發(fā)光二極管和

21、蜂鳴器工作狀態(tài)，不關(guān)閉氣源閥門： (1)、正常顯示，綠燈閃爍，計時5秒。（2）、可燃氣體濃度超范圍發(fā)出聲光報警計時5秒。（3）、氣敏元件斷路和短路故障發(fā)出聲、光報警，計時5秒 4、控制電路繼電器輸出電路由v3、v4、d6、r11、r13和繼電器組成。當(dāng)檢測可燃氣體濃度大于濃度設(shè)定值時，單片機對應(yīng)引腳輸出低電平，三極管v3、v4導(dǎo)通，繼電器吸合，1、3腳連通，+8v電壓加到電磁閥兩端，電磁閥動作，關(guān)閉氣源。二極管d6起續(xù)流作用，保護三極管不被繼電器反電勢擊穿。二極管d11起續(xù)流作用。 圖5按鈕電路 圖6 繼電器控制電路5、報警電路報警電路由r12、v5、s2組成。三極管v5工作在飽和狀態(tài)，起功率

22、放大作用。當(dāng)可燃氣體濃度小于濃度設(shè)定值（正常工作）時，單片機對應(yīng)引腳輸出高電平，不報警；當(dāng)檢測可燃氣體濃度大于濃度設(shè)定值時，單片機對應(yīng)引腳輸出低電平，三極管v5導(dǎo)通，執(zhí)行報警。當(dāng)氣敏元件發(fā)生短路或斷路故障時，單片機對應(yīng)引腳輸出低電平，三極管v5導(dǎo)通，發(fā)出故障報警。濃度超限報警和故障報警兩種報警聲有明顯區(qū)別，分別由單片機程序設(shè)定。 圖7 報警電路和led光報警電路6、led光報警電路由于對發(fā)光顏色有不同要求，所以選擇led雙色（紅、綠）共陽極發(fā)光二極管作為光源。綠色指示燈閃爍點亮，表明智能可燃氣體探測控制器正常工作。檢測可燃氣體濃度大于濃度設(shè)定值時，單片機對應(yīng)引腳輸出低電平，紅燈常亮，發(fā)出聲、光

23、報警。當(dāng)氣敏元件發(fā)生短路或斷路故障時，單片機對應(yīng)引腳全部輸出低電平，黃燈（紅燈和綠燈合成）常亮，發(fā)出有明顯區(qū)別的聲、光報警。7、故障檢測：氣敏元件發(fā)生短路時，氣敏元件輸出直接連到+5v,為高電平。氣敏元件發(fā)生斷路時，氣敏元件輸出接近0v，為低電平。而正常工作及可燃氣體濃度超過濃度設(shè)定值的氣敏元件輸出范圍為(0.3v4.0v)。所以設(shè)定氣敏元件短路的基準(zhǔn)。電壓值為4.9v，設(shè)定氣敏元件斷路的基準(zhǔn)電壓值為0.3v。氣敏元件輸出小于0.3v，為氣敏元件斷路故障。氣敏元件輸出大于4.9v，為氣敏元件短路故障。由電阻r20r21 、r23r24、雙運放u4構(gòu)成故障檢測電路。圖8 故障檢測電路類型指示燈繼

24、電器蜂鳴器正常工作綠燈秒閃爍不動作不報警短路與斷路故障黃燈常亮不動作急促報警濃度超限紅燈常亮動作緩慢報警按自檢按鈕單數(shù)紅燈常亮動作緩慢報警按自檢按鈕雙數(shù)綠燈秒閃爍不動作不報警長按3秒鐘自檢：綠燈秒閃爍5秒紅燈常亮5秒黃燈常亮5秒不動作不報警緩慢報警急促報警表1、 聲、光工作狀態(tài)表圖9、智能可燃氣體檢測控制器原理圖三、元器件的選擇1、電源部分本設(shè)計是在傳統(tǒng)的可燃氣體報警器基礎(chǔ)上進行技術(shù)革新的，因此采用原有的開關(guān)電源。本設(shè)計單片機部分負載電流約100毫安，氣敏元件負載電流約150毫安，lm7805輸入電壓為+8v，考慮余量，設(shè)總的工作電流為300毫安，則總的功率約3w，lm7805的功耗為（300

25、毫安3v）1w。因此，lm7805必須加散熱器。開關(guān)電源以效率高、電壓適應(yīng)范圍寬而得到廣泛應(yīng)用。開關(guān)電源的穩(wěn)壓原理均采用脈沖調(diào)寬式的穩(wěn)壓方式，即通過自動改變開關(guān)功率管的關(guān)閉和導(dǎo)通時間的比例，或通過改變振蕩器輸出脈沖的占空比來達到穩(wěn)壓的目的。本設(shè)計采用原設(shè)計中成熟的開關(guān)電源電路。電路中加入了吸收電路（由電容和二極管并聯(lián)組成）、電感、壓敏電阻等以提高電源的抗干擾和耐沖擊性能。電路中，整流二極管流過的電流約300毫安，直流電壓約300v，整個開關(guān)電路工作頻率只有幾十khz，本著經(jīng)濟的原則，選用市場上通用的in4007整流二極管、開關(guān)功率管e13003等元器件。觸發(fā)二極管選用db3?？紤]功耗，r3、r

26、4、r6、r7選用0.5w的電阻，其余電阻選用0.25w。主要器件的選擇：整流二極管：1n4007（1a/1000v）； 開關(guān)功率管：e13003（3a/1000v）觸發(fā)二極管：db3 ； c1、c2電容：cbb-400-100n-i2、單片機該單片機為雙列直插式dip20封裝，內(nèi)帶2k閃存rom，有p1口、p3口，使用方便，指令與mcs-51系列兼容。片內(nèi)程序存儲器為電擦寫型rom，整體擦除時間僅為10毫秒，可寫入/擦除1000次以上，數(shù)據(jù)保存10年。圖10、單片機引腳示意圖該產(chǎn)品一般應(yīng)用于室內(nèi)可燃氣體場合，外界干擾較少，從經(jīng)濟角度出發(fā)，單片機采用上電復(fù)位方式，復(fù)位時間由r8、c12決定，通

27、常選200毫秒左右?？紤]單片機的運行速度，選用常用的12m晶振頻率。在此頻率下，單片機一個機器周期為1微秒，運行速度較快. at89c2051是一個功能強大的單片機，但它只有20個引腳，15個雙向輸入/輸出（i/o）端口，其中p1是一個完整的8位雙向i/o口，兩個外中斷口，兩個16位可編程定時計數(shù)器,兩個全雙向串行通信口，一個模擬比較放大器。同時at89c2051的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有ram、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi)ram將被凍結(jié)，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運行

28、。表2、主要功能特性：兼容mcs51指令系統(tǒng)2k可反復(fù)擦寫(1000次)flash rom15個雙向i/o口6個中斷源兩個16位可編程定時/計數(shù)器2.7-6.v的寬工作電壓范圍時鐘頻率0-24mhz128x8bit內(nèi)部ram兩個外部中斷源兩個串行中斷可直接驅(qū)動led兩級加密位低功耗睡眠功能內(nèi)置一個模擬比較放大器可編程uarl通道軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3、聲光報警單片機at89c2051的p1口、p3口低電平時的吸收電流可達20ma，不需要外接驅(qū)動電路，可直接驅(qū)動發(fā)光二極管。所以選用led雙色（紅、綠）共陽極發(fā)光二極管bt311057，經(jīng)限流電阻直接連到單片機引腳。單片機高電平時，發(fā)光二極管不亮

29、；低電平時點亮發(fā)光二極管。發(fā)光二極管的發(fā)光亮度強弱由流過它的電流決定，通常2ma以上就能保證發(fā)光二極管可靠發(fā)光，它的正常工作電流為810ma，發(fā)光二極管的壓降為1.5v。所以，選擇發(fā)光二極管的正常工作電流為10ma，則它的限流電阻可由以下公式計算：rl=（5-1.5）v/10ma=350，取限流電阻為360。蜂鳴器用來作為報警指示，選用直流型fm12-5v型號。蜂鳴器工作電壓為+5v，工作電流在20ma以上。單片機的驅(qū)動電流不夠，不能直接驅(qū)動，必須外接功率驅(qū)動。因此，選用pnp型三極管9012作為蜂鳴器的功率驅(qū)動，與基極相連的電阻取2k阻值，保證三極管工作在飽和狀態(tài)。4、自檢電路自檢電路通過按

30、鈕觸點的閉合和松開來實現(xiàn)，按鈕選用不互鎖的ka8型號。按鈕常開觸點一端接電源+5v；另一端連到單片機輸入端并通過電阻接地。電阻值取100，電阻兩端并聯(lián)電容是保證開關(guān)信號輸入的穩(wěn)定。因此，按鈕按下時接+5v，松開時接低電平。單片機通過對應(yīng)端的電平變化可檢測自檢電路的按鍵變化，通過程序完成自檢功能的實現(xiàn)。5、繼電器輸出控制電路繼電器是感性元件，驅(qū)動電流較大，單片機不能直接驅(qū)動，必須經(jīng)過電路的轉(zhuǎn)換。繼電器選用srs-05dc-sl型號，用直流+5v供電。三極管選用常用的pnp型9012、npn型9013作為繼電器的功率開關(guān)。繼電器的常開觸電一端接7805穩(wěn)壓電源的輸入端+8v，另一端接電磁閥。單片機

31、對應(yīng)引腳輸出低電平，三極管v3、v4導(dǎo)通，繼電器常開觸點吸合，供給外界電磁閥直流+8v電壓。接著，電磁閥動作，電磁閥常開觸點閉合，關(guān)閉氣源。二極管d6選用in4007型號，在電路中起續(xù)流作用，保護三極管不被繼電器反電勢擊穿。電磁閥是感性元件，驅(qū)動電流較大，電磁閥選用exibiibt3型號，采用直流+8v電壓供電；d11選用in4007型號，在電路中起續(xù)流作用。6、氣敏元件選擇目前，使用最廣泛的是燒結(jié)型sno2和fe2o3氣敏傳感器。燒結(jié)時埋下加熱絲和測定電極，制成管芯。工作時，加熱絲通電加熱，測量絲用于測量器件的阻值。加熱電壓為+5v，測量電壓范圍為（510v）本設(shè)計是基于可燃性氣體傳感器的單

32、片機檢測和控制。根據(jù)設(shè)計要求，選擇太原電子廠生產(chǎn)的可燃氣體氣敏元件mq-412作為本設(shè)計用氣體傳感器，可檢測天然氣、煤氣、液化氣、氫氣等多種可燃性氣體。加熱電壓為+5v，通電電流為150ma，由7805輸出直接提供；測量電壓選+5v。該傳感器具有長期的穩(wěn)定性，對可燃性氣體有較高的靈敏度、良好的抗溫性、良好的重復(fù)性；測量范圍寬，為10010000ppm；對可燃性氣體響應(yīng)時間10秒，從可燃性氣體區(qū)移到潔凈區(qū)域恢復(fù)時間30秒；加熱電壓為5v，測量電壓范圍為510v；在潔凈空氣中的測量電阻大于50k；測量可燃性氣體濃度和測量端電阻成線形變化。7、濃度采樣電路元件選擇本設(shè)計對運放精度要求不高，可選用雙運

33、放tl062作為濃度電壓比較器。測量電路由二極管d2、半導(dǎo)體氣敏元件m1、電位器rw、r14、r15、r19、c14、c15等元件組成。二極管d2起一個降壓和測量隔離作用。比較器2腳的電壓基準(zhǔn)，由+5v電壓經(jīng)r16、rt、r17、r18分壓提供，c13起穩(wěn)定工作點電壓的作用，rt為熱敏電阻。選擇合適的參數(shù)，使該標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓為2.2v?？扇細怏w濃度的電壓比較值，利用的是電壓疊加的原理。+5v電壓經(jīng)r14、r15、r19、rw分壓后，疊加可燃氣體傳感器輸出的電壓一起提供給比較器3腳。調(diào)節(jié)電位器rw可以調(diào)節(jié)電壓的初始值，從而達到改變可燃氣體濃度的設(shè)定值。在潔凈空氣中比較器3腳的電壓值為0.3v左右，

34、在測量濃度范圍內(nèi)，比較器3腳的電壓值小于4.0v。主要器件的選擇：熱敏電阻rt：rm-12k ；電阻r16、r18：rj-0.25-10k； 雙運放：tl062；電阻r17：rj-0.25-6.8k ； 電阻r19：rj-0.25-1k； 電阻r14：rj-0.25-2k；電容c14：16v-220uf ； 電阻r15：rj-0.25-330k； 電位器rw：w-203 ；二極管d2：in4007 ； 電容c13：16v-10uf8、檢測故障元件選擇氣敏元件發(fā)生短路時，氣敏元件檢測點直接連到+5v，為高電平。氣敏元件發(fā)生斷路時，氣敏元件輸出接近0v，為低電平。而正常工作及可燃氣體濃度超過濃度設(shè)

35、定值的氣敏元件輸出范圍為(0.3v4.0v)。根據(jù)這一設(shè)計要求，選擇雙運放tl062作為短路和斷路的電壓比較器。斷路比較器基準(zhǔn)電壓為0.5v，短路比較器基準(zhǔn)電壓為4.9v。tl062 （a）作斷路比較器。2腳為基準(zhǔn)電壓輸入?；鶞?zhǔn)電壓由+5v經(jīng)電阻分壓提供，取r20為10k，r21為1k，則斷路電壓基準(zhǔn)為5/（10+1）0.5v。3腳為斷路檢測輸入點。tl062 （b）作短路比較器。6腳為基準(zhǔn)電壓輸入?；鶞?zhǔn)電壓由+5v經(jīng)電阻分壓提供，取r23為1k，r24為47k，則短路電壓基準(zhǔn)為5/（47+1）474.9v。5腳為短路檢測輸入點。主要器件的選擇：電阻r20、r23：rj-0.25-1k；電阻r

36、21：rj-0.25-10k；電阻r24：rj-0.25-47k；雙運放：tl062四、軟件設(shè)計1、軟件設(shè)計流程圖（如圖11所示）2、軟件設(shè)計要求（1）、氣敏元件開始工作時，在沒有遇到可燃性氣體時，其電阻值也會增加，經(jīng)過5min左右，其電阻值下降到一個穩(wěn)定值，這時才可以使用。所以，程序有一個預(yù)熱過程，預(yù)熱時間為5min。（2）、按鈕檢測中采用軟件延時方法執(zhí)行按鍵的去抖動。（3）、電磁閥的驅(qū)動電壓取之于開關(guān)變壓器二次側(cè)整流的輸出。采用脈沖驅(qū)動方式。脈沖時間為20ms。（4）、正常工作綠燈閃爍時間定義如下：秒循環(huán)顯示。1秒鐘內(nèi)，綠燈點亮600ms，熄滅400ms。（5）、可燃氣體濃度超限：紅燈常亮

37、。秒循環(huán)顯示。1秒鐘內(nèi)，蜂鳴器報警750ms，不報警250ms。（6）、故障報警： 黃燈常亮。200毫秒循環(huán)。200毫秒鐘內(nèi)蜂鳴器報警100ms，不報警100ms。3、軟件程序設(shè)計（1）、整個程序延時地方較多，因此設(shè)立10ms、200ms延時子程序delay10ms：mov r7，#10 ；延時10msdelay10_1：mov r6，#10delay10_2：nopnopnopdjnz r6，delay10_2djnz r7，delay10_1retdelay200ms：mov r7，#200 ；延時200msdelay4_1：mov r6，#200delay4_2：nopnopnopdjn

38、z r6，delay4_2djnz r7，delay4_1ret長按3秒？主程序入口 y按鍵單數(shù)？執(zhí) 行自檢程序程序初始化 n關(guān)電磁閥有鍵按下？預(yù)熱結(jié)束？ y y有故障？正常工作綠燈閃爍 y濃度超限？ y按鍵調(diào)試？ 是單數(shù)？ 亮紅燈報警（1）關(guān)電磁閥 y亮紅燈報警（1）綠燈閃爍關(guān)報警1亮黃燈報警(2)圖11、軟件設(shè)計流程圖（2）、程序選用了一個t0定時中斷。中斷一次定時時間為5毫秒。設(shè)計中斷是為了保證計時的精確。定時中斷中對計時的誤差進行了修正，修正程序如下：clr tr0mov a，tl0add a，#80hmov tl0，amov a，th0addc a，#0echmov th0，aset

39、b tr0(3)、程序中設(shè)計了短暫斷電（電網(wǎng)干擾）恢復(fù)程序，保證短暫斷電后程序能正常運行。掉電判斷利用了單片機內(nèi)部的ram單元。在程序開始運行時，預(yù)置一些數(shù)據(jù)，只要單片機不斷電，該數(shù)據(jù)不會改變；短時間斷電（單片機電壓仍存在），該數(shù)據(jù)也不會改變。只有真正斷電后再重新運行程序時，斷電保護單元數(shù)據(jù)處于不確定狀態(tài)，與設(shè)定值不符，程序才從頭運行。流程圖如圖124、軟件清單：數(shù)據(jù)相等？baojin equ p1.2shuchu equ p1.5 ledlu equ p3.0不等從頭運行，置初值ledred equ p3.1 . kaiguan equ p3.4 重新開始kailu equ p1.6duan

40、lu equ p1.7chaoxian equ p3.7初始化org 00h ljmp mainorg 0bhljmp time0 org 30h main：mov sp，#60h lcall delay200ms clr psw.3 clr psw.4 mov a，10h ；掉電判斷cjne a，#55h，startmov a，11hcjne a，#0aah，startmov a，12hcjne a，#55h，startmov a，13hcjne a，#0aah,startljmp start1 ；首次開機start:：mov r0，#10hmov r1，#30hclr amain1：mov

41、 r0,ainc r0djnz r1，main1mov r0，#10main1_1：lcall delay200msdjnz r0，main1_1mov 10h，#55hmov 11h，#0aahmov 12h，#55hmov 13h，#0aahstart1：mov tmod，#01hmov tl0，#78h ；晶振=12m t0=5msmov th0，#0echsetb et0 ；t0setb tr0setb eastart2： mov a，30hcjne a，#180，start2_1start2_1：jc start2_2mov 30h，#0ljmp start3 ；預(yù)熱階段5分鐘sta

42、rt2_2：setb baojin ；關(guān)報警和繼電器輸出setb shuchumov a，32hcjne a，#120，start2_3start2_3：jnc start2_4clr ledlu ；測量正常,(0-600ms)亮綠燈setb ledredljmp start2start2_4： cjne a，#200，start2_5start2_5： jc start2_6mov 32h，#0start2_6：setb ledlu ；(600ms-1000ms)滅綠燈setb ledredljmp start2start3：setb duanlujb duanlu，main1_1a ；短路

43、main1_a：setb kailujnb kailu，main1_2 ；開路ljmp main2main1_1a：lcall delay200mssetb duanlulcall delay200msjnb duanlu，main1_aljmp main9main1_2：lcall delay200mssetb kailulcall delay200msjb kailu，main2ljmp main9main2：setb kaiguanlcall delay10mslcall delay10msjnb kaiguan，main2_0setb kaiguanlcall delay10mslca

44、ll delay10msjnb kaiguan，main2_0ljmp main5 ；=0，有鍵按下main2_0：setb duanlujb duanlu，main11_1 ；短路main11_a： setb kailujnb kailu，main11_2 ；開路ljmp main12main11_1：lcall delay200mssetb duanlulcall delay200msjnb duanlu，main11_aljmp main9main11_2：lcall delay200mssetb kailulcall delay200msjb kailu，main12ljmp main

45、9main12：setb chaoxianjnb chaoxian，main4 ；超限 ；測量正常clr 20h.1jb 20h.0，main2_3 ；偶次按下,消音狀態(tài),綠燈閃爍setb baojin ；關(guān)報警和繼電器輸出setb shuchumov a，32hcjne a，#120，main2_1main2_1：jnc main2_2clr ledlu ；測量正常,(0-600ms)亮綠燈setb ledredljmp main2main2_2：cjne a，#200，main2_2amain2_2a：jc main2_2bmov 32h，#0main2_2b：setb ledlu ；(6

46、00ms-1000ms)滅綠燈setb ledredljmp main2 ；處于報警狀態(tài),報警停頓,亮紅燈main2_3：setb ledlu ；亮紅燈clr ledredmov a，32hcjne a，#150，main2_4main2_4：jnc main2_5clr baojin ；(0-750ms)報警ljmp main2main2_5：cjne a，#200，main2_5amain2_5a： jc main2_5bmov 32h，#0main2_5b：setb baojin ；(750-1000ms)消音ljmp main2 ；超限故障main4：jb 20h.1，main4_1lcall delay200mslcall delay200msljmp main4_2main4_1：lcall delay10mslcall delay10msmain4_2：setb chaoxianmov 30h， #0jnb chaoxian，main4_3 ；退出超限ljmp main2 ；繼續(xù)超限main4_3：setb ledlu ；亮紅燈clr ledredjb 20h.0，main4_6 ；=偶次，