CN107633660A - 一种家用煤气报警器 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及一种家用煤气报警器,本发明采用了AT89S52单片机为报警器的核心部件,对煤气报警器进行控制,本发明运用单片机实现定时控制,电路简单、价格便宜、可靠性好,由一氧化碳气体传感器对煤气进行检测,将所得的浓度值与设定浓度值相比较得到偏差,通过对偏差信号的处理获得控制信号,去调节煤气出气阀的通断,八个单元的煤气浓度对应模拟量利用A/D转换为数字量,并加入了键盘输入,从而实现对家用煤气漏气的控制,整个系统的硬件电路设计合理,性能安全可靠。
Description
技术领域
本发明专利涉及单片机技术领域,具体涉及一种家用煤气报警器。
背景技术
随着经济和科学技术的快速发展,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,人民生活水平的提高,管道煤气和罐装煤气已深入到寻常百姓家。
我国燃气的变革及西气东输工程的进行,煤气和天燃气已成为多数家庭的燃料。每年,因煤气泄露造成的煤气中毒事故中,因使用热水器不当或产品本身的质量问题,造成的煤气中毒事故,事故发生频率随年增长。因室内煤气浓度过高,引起煤气爆炸的事故也不少见。所以怎样防止煤气中毒与爆炸已经成为人们的迫切需要。为此我们开发研制了智能煤气报警系统。目前家用煤气,液化气、天然气作为气体燃料,已用于家庭、旅馆,深入人民的生活之中。气体燃料的应用和普及,伴之而来的是气体泄漏造成的中毒、爆炸、火灾等事故也时有发生。家用煤气有时会因各种原因发生泄漏,煤气的主要成分是甲烷、CO等气体,甲烷是一种可燃性气体,遇到明火会发生燃烧,当浓度达到一定数量时甚至爆炸,所以如果在煤气泄漏时打电话,煤气遇到电火花可能会发生爆炸事故。人呆在煤气泄漏的空间内,甲烷的不完全燃烧可能会生成一氧化碳,一氧化碳泄漏中毒死亡尤为严重。众多周知由于CO与血液中的血红素的结合能力是氧的240倍,因此,当它进入人体血液循环系统后,就会大量取代氧而与血红素结合,抑制血液中氧气的释放,使得人体缺氧,从而导致发生头痛、耳鸣、呕吐、血压降低等不同程度的症状发生。如果CO中毒,轻者于康复过程中可能会头昏眼花、丧失记忆或引起视觉及神经上的障碍,严重者会导致脑部受损甚至发生死亡。
发明专利内容
本发明专利涉及一种家用煤气报警器,本发明采用了AT89S52单片机为报警器的核心部件,对煤气报警器进行控制,本发明运用单片机实现定时控制,电路简单、价格便宜、可靠性好,由一氧化碳气体传感器对煤气进行检测,将所得的浓度值与设定浓度值相比较得到偏差,通过对偏差信号的处理获得控制信号,去调节煤气出气阀的通断,八个单元的煤气浓度对应模拟量利用A/D转换为数字量,并加入了键盘输入,从而实现对家用煤气漏气的控制,整个系统的硬件电路设计合理,性能安全可靠。
附图说明
图1:煤气泄露测试系统框图。
图2:MQ-9的管脚连接图。
图3:X5045引脚图。
图4:HD7279A引脚图。
图5:差动放大器结构图。
图6:DS12887引脚图。
具体实施方式
为了使本发明专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明专利进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明专利,并不用于限定本发明专利。
本发明专利涉及一种家用煤气报警器,本发明采用了AT89S52单片机为报警器的核心部件,对煤气报警器进行控制,本发明运用单片机实现定时控制,电路简单、价格便宜、可靠性好,由一氧化碳气体传感器对煤气进行检测,将所得的浓度值与设定浓度值相比较得到偏差,通过对偏差信号的处理获得控制信号,去调节煤气出气阀的通断,八个单元的煤气浓度对应模拟量利用A/D转换为数字量,并加入了键盘输入,从而实现对家用煤气漏气的控制,整个系统的硬件电路设计合理,性能安全可靠。
进一步的,本发明通过52系列单片机作为主控单元,并且能够通过传感器把模拟信号通过A/D信号转换为数字信号,并且读取和显示出来。键盘可以通过不同的应用场合和针对不同气体做出相应的浓度设定,并且储存报警的上限和报警时间,从而方便查询和日后的工作调查。
进一步的,在本发明中,煤气泄露测试报警器装置的主要功能就是快速准确的检测被测气体中有害气体(主要是CO有毒气体)的在空气中的含量,通过LED显示屏将CO气体浓度显示出来,与计算机通信端口。所以为了实现以上功能:系统应该具备气体传感器、数据采集、A/D转换电路、单片机、LED数码显示、声光报警单元、光电隔离技术和切断阀、看门狗。煤气泄露测试系统框如图1所示。本设计主要是依靠AT89S52系列的单片机来实现,其中系统的工作的大概流程如下:起先由装在室内的有毒气体(一氧化碳气体)传感器获得被测量对象原始信号,经过温度补偿和取样放大得到矫正后的可匹配信号,再进入数模(A/D)转换器,把原始模拟的信号转化为数字信号(电信号),从而得到被测对象的数字量信号,传给单片机,再由单片机进行数据处理,最后得到最终的室内环境一氧化碳浓度值,将此数据通过数码管显示并保存,同时根据系统设定的限值参数判断环境浓度是否超标,如果超标立即向光隔离接口输出控制信号,通过继电器打开排气扇, 如果超出下限值,切断阀关闭,并开始进入危险期计时,如果发现环境中一氧化碳浓度长时间处于危险状态,则有可能排气扇未能打开,或者房间发生严重一氧化碳气体泄露事故,此时启动预警信号进行光电报警提示,提示室内人员打开门窗、关闭气源,并迅速撤离事故现场。
进一步的,一氧化碳气体传感器属于气敏传感器,通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机,进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等相关工作。传感器作为煤气泄露测试装置报警器的信号采集部分,是仪表的核心组成部分之一。本次设计采用MQ-9半导体气体传感器,MQ-9传感器是装有活性炭过滤器的传感器,从而可以消除杂质气体的影响,对有机溶剂或其他挥发性气体的灵敏度低,而对氢气和一氧化碳的灵敏度高,所以非常适合用于检测人工煤制气。此传感器需要施加2个电压:加热器电压(VH)和回路电压(VC)。这个加热器电压(VH)用于维持敏感素子处于与对象气体相适应的特定温度而施加在集成的加热器上。VC则是用于测定与传感器串联的负载电阻(RL)上的两端电压(VRL)。这种传感器具有极性,所以VC需用直流电源。只要能满足传感器的电性要求,回路电压VC和VH可以共用同一个电源电路。为了将判定值水平最佳化,并使敏感素子的功耗(PS)低于15mW的限度值,需要选择RL的值。MQ-9的管脚连接如图2所示。
进一步的,52单片机芯片内集成了定时/计数器、中断系统和串行口等基本功能部件,一块小的芯片就是一个完整的小微机系统,可以应用于简单的测控系统。Atmel公司是世界著名的Flash存储器制造商。Flash存储器是一种可以反复擦写的电擦/电写闪速存储器(FPEROM)。控制器部分采用了美国ATMEL公司的AT89S52单片机,AT89S52单片机是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,非易失性存储技术制造,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52具有如下特点:40个引脚,8k Bytes Flash片内程序存储器,256 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,2个16位可编程定时计数器,5个中断优先级,2层中断嵌套中断,2个全双工串行通信口,片内时钟振荡器,看门狗电路。
进一步的,X5045的特点是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM 三种功能于一身的可编程电路。X5045中的看门狗对系统提供了保护功能。这种组合设计减少了电路对电路板空间的需求。如果当系统发生故障而超过设置时间时,电路中的看门狗将通过RESET(复位)信号向CPU 作出反应。X5045提供了三个时间值供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响,当电源电压降到允许范围以下时,系统将复位,直到电源电压返回到稳定值为止。X5045的存储器与CPU 可通过串行通信方式接口,共有4096个位,可以按512 x 8个字节来放置数据。可以存放512个字节,可擦写100万次以上并且存储100年。X5045的管脚排列如图3 所示,它共有8个引脚,各引脚的功能如下:CS:电路选择端,低电平有效;SO:串行数据输出端;SI:串行数据输入端;SCK:串行时钟输入端;WP:写保护输入端,低电平有效;RESET:复位输出端;VCC:电源端;VSS:接地端。
进一步的,作为煤气泄露测试装置,其中声光报警部分不可缺少,当检测到一氧化碳有毒气体在空气中的所占的浓度比例超标时,就应该通过声光方式发出警报,防止由于一氧化碳气体含量过高而发生的意外事故。本设计中的声光报警部分包括蜂鸣器以及红、黄、绿三个LED报警指示灯。单片机本身I/O的驱动能力不是很高,所以对蜂鸣器的驱动需要加入一个PNP三极管,这样能够使蜂鸣器的声音更加响亮,起到更好的报警作用。三极管基极的电路保证了只有在单片机输出低电平时,蜂鸣器才会发声,从而避免了错误报警的发生。用声音或是灯光报警时,连续的声响或常亮的灯光往往不易被人们的警觉,只有断续的声音或山所的灯光才能取得最佳的报警效果。就利用时钟翻转P3.5和P1.0来转换电平,产生短促的报警声音或闪烁灯光。
进一步的,HD7279A的特点是一片具有串行接口的,可同时驱动8位共阴极数码管的智能显示驱动芯片。该芯片可连接多达64个键的键盘矩阵, 并含有去抖动电路。HD7279A芯片内部有译码器,可以直接接受16进制码,并且具有2种译码方式和多种控制指令。可以广泛应用在仪器仪表,工业控制,条形显示器,控制面板等领域。串行接口,无需外围元件可直接驱动LED;各个独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性;循环左移和右移指令;具有段寻址指令,方便控制独立led;64键盘控制器,内含去抖动电路。HD7279A的引脚如图4所示。
进一步的,本设计数模(A/D)转换器选择了TLC2543,该芯片是TLC2543是德州仪器公司新型模数转换器,具有l2位的分辨率,使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程,提供的最大采样率为66KSPS,供电电流仅需1mA。它除具有通用灵活的串行接口外,还具有高速的转换器和通用的控制能力。它被广泛运用于数据采集系统。TLC2543是l2位开关电容逐次逼近型ADC每个器件有三个控制输入端:片选(CS)、输入/输出时钟及地址数据输入端(DATA INPUT)。它还可以通过一个串行的3态输出端与主处理器或其它外围的串行口通讯,输出转换结果。通过编程器件的DATA INPUT管脚串行输入的8位通道/方式控制字节的高4位,可选择11个模拟输入通道中的任一个。可用同样的方法选用另外三个测试电压VREF-、VREF+、VREF+ + VREF-)/2,用于转换器的枝正或其它用途。通道/方式控制字节的低四位用于选择输出数据的长度、输出数据的顺序和是否需要单极性或双极性格式。TLC2543使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构,能够节省51系列单片机I/O资源;且价格适中,分辨率较高,因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。
进一步的,生产与设计中在许多需要用A/D转换和数字采集的单片机系统中,大多数情况下,传感器输出的模拟信号都很微弱,从而必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大,才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求,在这样的情况下,就必须选择一种符合要求的放大器。本设计中涉及到多个传感器,而且每个传感器的输出信号不一,有些是输出电压信号,有些是输出电流信号,所以本设计中采用不同的方法作为信号处理。本设计采用的是LM358放大器,仅需高精度LM358和几只电阻器,即可构成性能优越的仪表用放大器。广泛应用于工业自动控制、仪器仪表、电气测量等数字采集的系统中。本设计中差动放大电路结构如图5所示。 LM358内部包括有两个内部频率补偿、独立的、高增益的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,同时也适用于双电源工作模式。使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
进一步的,DS12887实时钟芯片的特点,可作为IBM AT计算机的时钟和日历;与MC146818B和DS12887的管脚兼容;在没有外部电源的情况下可工作10年;自带晶振及电池;可计算到2100年前的秒、分、小时、星期、日期、月、年七种日历信息并带闰年补偿;用二进制码或BCD码代表日历和闹钟信息;有12和24小时两种制式,12小时有AM和PM提示;可选夏令时模式;可以应用与NMOTOROLA和INTERL两种总线;数据/地址总线可以复用;内建128字节RAM;可编程方波输出;总线兼容中断(/IRQ);三种可编程中断。其引脚如图6所示。
进一步的,本设计中DS12887的D0到D7引脚接89S52的P0口作为数据和地址的传送通道。片选CE由单片机的P2.7控制信号。因为要涉及到外部存储设备的写入和读取,所以DS12887的RD和WR两个引脚,直接接89S52的RD和WR两个引脚,可以实现外部存储的通信控制。而AS引脚自然接到单片机的ALE引脚。要使得DS12887可以正常的工作,就必须使得RESET置于低电位200ms以上,所以在VCC之间连接一个电阻并在GND之间连接一个电容,这样就可以使得充电时间保持有200MS以上的低电位,并且正常工作接上电源VCC。其余引脚在本设计中均没有涉及到,所以给于置空处理。
进一步的,本次设计采用固态继电器,固态继电器是一种两个接线端为输入端,另两个接线端为输出端的四端器件,中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已,并不用以限制本发明专利,凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明专利的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种家用煤气报警器,其特征在于,本发明专利涉及一种家用煤气报警器,本发明采用了AT89S52单片机为报警器的核心部件,对煤气报警器进行控制,本发明运用单片机实现定时控制,电路简单、价格便宜、可靠性好,由一氧化碳气体传感器对煤气进行检测,将所得的浓度值与设定浓度值相比较得到偏差,通过对偏差信号的处理获得控制信号,去调节煤气出气阀的通断,八个单元的煤气浓度对应模拟量利用A/D转换为数字量,并加入了键盘输入,从而实现对家用煤气漏气的控制。
2.根据权利要求1所述的一种家用煤气报警器,其特征在于,本发明通过52系列单片机作为主控单元,并且能够通过传感器把模拟信号通过A/D信号转换为数字信号,并且读取和显示出来;键盘可以通过不同的应用场合和针对不同气体做出相应的浓度设定,并且储存报警的上限和报警时间,从而方便查询和日后的工作调查。
3.根据权利要求1所述的一种家用煤气报警器,其特征在于,在本发明中,煤气泄露测试报警器装置的主要功能就是快速准确的检测被测气体中有害气体的在空气中的含量,通过LED显示屏将CO气体浓度显示出来,与计算机通信端口;要实现以上功能:系统应该具备气体传感器、数据采集、A/D转换电路、单片机、LED数码显示、声光报警单元、光电隔离技术和切断阀、看门狗。
4.根据权利要求1所述的一种家用煤气报警器,其特征在于,本发明选择由普通放大器所组成的差动放大器作为本设计的信号放大电路。
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