基于單片機(jī)的煤氣報警器設(shè)計1開題報告

1、開題報告單片機(jī)控制的氣體傳感器程序設(shè)計開題報告班級(學(xué)號)：電技xxxl(2009012664)姓名：xx指導(dǎo)教師：xxx一、綜述1、研究的意義隨著國家經(jīng)濟(jì)的提高，現(xiàn)代化、智能化的多功能建筑越來越多，對建筑的防火安全設(shè)計要求也愈來愈高。以“西氣東輸”工程為開端的大規(guī)模天然氣利用工程的實施，意味我國城市燃?xì)鈱⒋筇げ降剡M(jìn)入“天然氣時代”。我國天然氣市場將迎來一個千載難逢的機(jī)會，城市燃?xì)庑枨蟮闹饕鲩L點將體現(xiàn)在天然氣上。為了使燃?xì)飧玫卦旄Ｓ诿瘢旄Ｓ谏鐣?，減少并杜絕各種因燃?xì)庑孤┒l(fā)的爆炸及火災(zāi)事故，各燃?xì)馐褂脝挝患熬用裼脩暨x擇一種適合的室內(nèi)煤氣泄露報警器實為必要之舉。全國燃?xì)庑袠I(yè)發(fā)展迅猛，液化

2、氣、天然氣、煤制氣等城市燃?xì)庾鳛榍鍧嵞茉匆言诠ど虡I(yè)和城鎮(zhèn)居民用戶中得到廣泛應(yīng)用，特別是隨著“西氣東輸”工程的快速進(jìn)展，燃?xì)庑袠I(yè)發(fā)展?jié)摿薮?。但是隨著燃?xì)獾膹V泛應(yīng)用，由于燃?xì)庑孤┧l(fā)的爆炸、中毒和火災(zāi)事故也時有發(fā)生，這在某種程度上增加了城市的不安全和不穩(wěn)定因素。為了使燃?xì)飧玫卦旄Ｓ诿?，造福于社會，減少并杜絕各種因燃?xì)庑孤┒l(fā)的爆炸及火災(zāi)事故，各燃?xì)馐褂脝挝患熬用裼脩暨x擇一種適合的室內(nèi)煤氣泄露報警器實為必要之舉。本次設(shè)計所面對的是廣大居民，其優(yōu)點在于：(1)成本低廉并能對煙霧和煤氣準(zhǔn)確報警。(2)該產(chǎn)品無需專業(yè)人員操作，只要放在合適位置，通電即可，連續(xù)使用、方便簡捷。(3)能起到預(yù)防煤氣中毒

3、的效果，使人們高枕無憂。該產(chǎn)品必須能夠有效預(yù)防廣大農(nóng)村居民的冬季燃煤取暖一氧化碳中毒事件的發(fā)生，同時也能夠給城鎮(zhèn)居民安全使用煤氣提供有力的保障。燃?xì)鈭缶鞯暮诵氖菤怏w傳感器。當(dāng)氣體傳感器遇到燃?xì)鈺r，傳感器電阻隨燃?xì)鉂舛榷兓?，隨之產(chǎn)生電信號，供燃?xì)鈭缶骱蠹壘€路處理。經(jīng)過電子線路處理變成濃度成比例變化的電壓信號，由線性電路加以補(bǔ)償，使信號線性化，經(jīng)微機(jī)處理、邏輯分析，輸出各種控制信號，即當(dāng)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到報警設(shè)定值時，燃?xì)鈭缶靼l(fā)出聲光報警信號并可顯示燃?xì)鉂舛然騿油獠柯?lián)運(yùn)設(shè)備。本文正是通過分析目前燃?xì)鈭缶鞯默F(xiàn)狀，設(shè)計制作室內(nèi)故障監(jiān)測報警系統(tǒng)，保障人們的生命財產(chǎn)安全。開題報告2、研究的現(xiàn)狀近年來

4、，由于在工業(yè)生產(chǎn)、家庭安全、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)怏w傳感器的精度、性能、穩(wěn)定性方面的要求越來越高，因此對氣體傳感器的研究和開發(fā)也越來越重要。隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，氣體傳感器發(fā)展的趨勢是微型化、智能化和多功能化。深入研究和把握有機(jī)、無機(jī)、生物和各種材料的特性及相互作用，理解各類氣體傳感器的工作原理和作用機(jī)理，正確選擇各類傳感器的敏感材料，靈活運(yùn)用微機(jī)械加工技術(shù)、敏感薄膜形成技術(shù)、微電子技術(shù)、光纖技術(shù)等，使傳感器性能最優(yōu)化是氣體傳感器的發(fā)展方向。國外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識增強(qiáng)，對環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是由于傳感器市場增長受到政府安全法規(guī)的推動。因此，國外

5、氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計猜測，美國1996年2002年氣體傳感器年均增長率為(2730)%。3、已有成果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(fā)展的情況下，國內(nèi)已有一定的基礎(chǔ)。其成果為：(1)燒結(jié)型氣敏元件仍是生產(chǎn)的主流，占總量90%以上；接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產(chǎn)基礎(chǔ)和能力；電化學(xué)氣體傳感器有了試制產(chǎn)品；(2)在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以及制作表面催化反應(yīng)層和修隔離層等工藝，使燒結(jié)型元件由廣譜性氣敏發(fā)展成選擇性氣敏；在結(jié)構(gòu)方面研制了補(bǔ)償復(fù)合結(jié)構(gòu)、組合差動結(jié)構(gòu)以及集成化陣列結(jié)構(gòu)；在氣敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生產(chǎn)氣敏元件，新研究開發(fā)

6、的A12O3氣敏材料、石英晶體和有機(jī)半導(dǎo)體等也開始用于氣敏材料；(3)低功耗氣敏元件(如一氧化碳，甲烷等氣敏元件)已從產(chǎn)品研究進(jìn)入中試；(4)國內(nèi)氣敏元件傳感器產(chǎn)量已超過“九五”初期的400萬支。產(chǎn)量超過20萬支的主要廠家有5家，黑龍江敏感集團(tuán)、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費(fèi)加羅公司(合資)、北京電子管廠(特種電器廠)，其中前四家都超過100萬支，據(jù)行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，1998年全國氣敏元件總產(chǎn)量已超過600萬支?？偟目磥?，我國氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國外先進(jìn)水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距。開題報告二、研究內(nèi)容(1)根據(jù)該設(shè)計要實現(xiàn)的基本功能

7、，設(shè)計大致應(yīng)該分為信號采集放大，信號處理控制，系統(tǒng)設(shè)置報警三個部分。信號采集部分即通過氣體傳感器檢測室內(nèi)氣體濃度，將這種變化量轉(zhuǎn)化成電壓模擬量的變化，然后通過運(yùn)放進(jìn)行必要的放大。信號處理部分是將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入控制器進(jìn)行處理，并將處理過的信號送存儲器保存和送顯示器顯示。系統(tǒng)設(shè)置報警部分是通過預(yù)定控制方式并利用蜂鳴器報警實現(xiàn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確操作。(2)依據(jù)上面所說的思路，得到如下一些基本的結(jié)論：信號采集部分為了能準(zhǔn)確采集到氣體濃度的變化應(yīng)選用半導(dǎo)體氣體傳感器，為使其有效的檢測室內(nèi)氣體濃度，采用電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器；而放大部分使用運(yùn)放進(jìn)行比例和反相兩級放大。信號處理部分為了實現(xiàn)精確

8、控制，采用單片機(jī)較為合適。將模擬信號送A/D模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過處理后送存儲器保存和送顯示器顯示。系統(tǒng)設(shè)置報警部分可以考慮采用4X4鍵盤設(shè)置初始值和蜂鳴器報警。傳感器程序節(jié)點一般由處理器單元、無線傳輸單元、傳感器單元和電源模塊單元4部分組成，來完成溫度采集的功能。如圖1所示：傳感單元處理單元L通信單元圖i傳感器單元傳感器種類很多，可以檢測溫度、濕度、光照等物理量，將這些環(huán)境變量轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒y量的信號。無線通信單元可以利用的傳輸媒體有空氣、紅外、激光、超聲波等，常用的無線通信技術(shù)有：zigbee、Bluetooth、RFID等，通過這種設(shè)備完成與主機(jī)間數(shù)據(jù)的交換。處理器單元處理單元是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)

9、點的核心，和其他單元一起完成數(shù)據(jù)的采集、處理和收發(fā)。電源單元節(jié)點功能穩(wěn)定的實現(xiàn)，電源單元也起著重要作用。電源電路的作用就是穩(wěn)定的為各個芯片提供用電，保證他們模塊的正常工作三、實現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo)1、實施的初步方案按照模塊的形式，分部的進(jìn)行分析，依照每個模塊需要實現(xiàn)的功能，來選擇性價比最合適的器件。例如:開題報告?zhèn)鞲衅鲉卧嚎紤]到整個節(jié)點由電池來供電，必須選擇體積小、低功耗、外圍電路簡單的傳感器。無線通信單元：對ZigBee和普通的射頻做綜合性的分析，ZigBee是基于其標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的模塊連接和數(shù)據(jù)收發(fā)都要遵循這個標(biāo)準(zhǔn)，使用起來簡單方便，成本會高一些，但是不那么靈活；一般的RF模塊是沒有協(xié)議的，需要自

10、己控制模塊連接及數(shù)據(jù)收發(fā)的整個過程。要權(quán)衡兩種想法的利弊，進(jìn)行選擇。處理器單元：從處理器的角度看，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點基本可以分為兩類：一類采用以ARM處理器為代表的高端處理器。這種節(jié)點的能量消耗比較大，處理能力比較強(qiáng)。另一類是以采用普通單片機(jī)為代表的節(jié)點。這種節(jié)點的處理能力比較弱，能量消耗比較小。電源單元：電池的種類很多，按能否充電，電池可分為可充電電池和不可充電電池；根據(jù)電極材料，電池可以分為饃鋅電池、銀鋅電池和鋰電池、鋰聚合物電池等。一般不可充電電池比可充電電池能量密度高，如果沒有能量來補(bǔ)給來源，則應(yīng)選擇不可充電電池。而充電電池，成本本來就比較高。這些種類都是電源電路可原則的方案。2、重點

11、：采用高性能半導(dǎo)體氣體傳感器7,采用四路巡回檢測的方法檢測房間氣體濃度，將檢測的到濃度信號送入A/D芯片中進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，利用AT89S51單片機(jī)控制聲音報警、鍵盤輸入、存儲器運(yùn)行，并且將氣體傳感器檢測到的濃度值在LCD顯示器上顯示出來。分析：選用此方法設(shè)計電路不僅解決了溫度、濕度的影響，并且簡化了設(shè)計電路，降低了成本，采用此種方法設(shè)計主體電路。具體電路設(shè)計將在下文中給出。通過搜集信息，提出本次設(shè)計采用QM-N5型氣體傳感器?，F(xiàn)在特將此傳感器簡單介紹如下：(1)特點：QM-N5型氣體傳感器8是以金屬氧化物SnO2為主體材料的N型半導(dǎo)體氣敏元件，當(dāng)元件接觸還原性氣體時，其電導(dǎo)率隨氣體濃度的增加而

12、迅速升高。適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、烯類氣體、汽油、煤油、乙快、氨氣、煙霧等的檢測，屬于N型半導(dǎo)體元件。靈敏度較高，穩(wěn)定性較好，響應(yīng)和恢復(fù)時間短。用它做成的報警器完全可以達(dá)到UL2034標(biāo)準(zhǔn)，不需溫、濕度補(bǔ)償。(2)工作條件：工作電壓：5V±0.5V靜態(tài)功耗：0.5W(加熱絲冷態(tài)電阻為50a±2Q)環(huán)境條件：溫度-10C+50C,相對濕度W95%初期穩(wěn)定時間：15分鐘響應(yīng)時間：10s恢復(fù)時間：&60s檢測煤氣濃度范圍：5020000Ppm開題報告(3)對一氧化碳反應(yīng)的敏感度14:圖系列一氧化碳濃度的條件下Rl電壓的振蕩曲線。高濕高溫對傳感器的影響：根據(jù)測試

13、結(jié)果表明，此傳感器可承受96%RH相對濕度、70c的環(huán)境條件，但基電平升高。四、對進(jìn)度的具體安排(如圖2)周次內(nèi)容第1-2周調(diào)研，查閱文獻(xiàn)資料，明確總體設(shè)計思路第3-4周開題報告及開題答辯第5-7周概要設(shè)計，描述軟硬件件結(jié)構(gòu)與功能模塊劃分第8-9周詳細(xì)設(shè)計，詳細(xì)描述各模塊功能的實現(xiàn)方法流程圖，形成詳細(xì)設(shè)計報告、央文文獻(xiàn)翻譯準(zhǔn)備第10周中期檢查第11-12周軟件設(shè)計、調(diào)試第13周軟硬件結(jié)合調(diào)試、文獻(xiàn)翻譯第14-15周撰寫畢業(yè)設(shè)計論文，準(zhǔn)備答辯第16周畢設(shè)論文答辯圖2五、參考文獻(xiàn)開題報告1 祁偉，楊亭編著.單片機(jī)C51程序設(shè)計教程與實驗M.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2006.2 陳小忠，黃寧，趙小俠編著.單片機(jī)接口技術(shù)實用子程序M.北京：人民郵電出版社，2005.3 尹勇，王洪成編著.單片機(jī)接口技術(shù)與應(yīng)用M.北京：北京航天航空大學(xué)出版社,2004.4陳正義編著.單片機(jī)控制實習(xí)M.北京：人民郵電出版社，2006.5陳嶺麗，馮志華主編.檢測技術(shù)和系統(tǒng)M.北京：清華大學(xué)出版社，2005.6何希才，薛永毅編著.傳感器及其應(yīng)用實例M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004