单片机可燃气体报警系统设计

可燃气体报警系统整体设计框图如图1所示，主控制器由不间断电源UPS供电。当空气中的可燃气体浓度达到或超过设定值时，一般设定高限为20%LEL，高高限为40%LEL，检测电路即产生与空气中被测气体浓度成线性关系的“气——电”信号，再对该信号（模拟信号）进行分析处理，通过A/D转化变为数字信号传至控制器。最后由单片机驱动LED数码管触摸屏的彩色液晶显示屏，显示气体浓度值，最后由蜂鸣器完成报警过程。经延时、判断，确认为事故泄漏后，发出声光报警，启动应急处理程序，关闭燃气管道电磁阀，切断进口气源，启动通风换气设备（轴流风机）进行排气。当气体浓度降低到安全点后，关闭通风换气设备，停止报警，打开气体管道电磁阀，达到安全保护目的。 并且系统具有自诊断功能，若检测到气敏元件损坏，系统关闭阀门，并启动故障报警信号，黄色报警灯闪亮，提示用户更换气敏传感器。并考虑了要实现现场气体浓度显示，超限预警及自动处理等功能。

可燃气体报警器设计框图如图2所示。当环境中有可燃气体存在时，传感器将会产生一定的电压变化ΔV，考虑到安装的需要，处理器与可燃气体传感器会有一段距离，所以将电压信号ΔV转化成4~20mA电流信号，为保证检测到的信号有较远的传输距离，此电流通过采样电阻，最后通过A/D转化电路，将模拟信号转化为数字信号，通过数码显示管显示出来。

可燃气体报警系统中的核心元件是传感器。在初次使用时，对传感器需进行调零，以便使数码管显示的气体浓度为0%，当环境中存在可燃气体时，差分放大电路将传感器生成的电压信号百度ΔV转化为4~20mA电流信号，然后送至单片机采样端口。
检测电路由补偿元件和检测元件配对组成电桥的两个臂，遇到可燃气体时，检测元件电阻升高，桥路输出电压变量，此变量与气体浓度成正比增大，补偿元件起参比及温度补偿作用，其特点是桥路输出电压呈线性，具有良好的重复性、响应速度快，元件工作稳定、可靠，本文在设计系统，采用MC102作为气体传感器，它对1%浓度的甲烷，其灵敏度为20-40mA。
三、程序实现
3.1程序实现时应考虑的问题
控制器设计 
1.控制器设计框图 
主控制器是设计的难点，也是系统的最主要部分。一方面：实时的显示浓度信息，判断接受数据，进行声光报警，连锁控制阀门和排风设备的动作；另一方面：及时响应显示终端，实现查询、设定等功能，同时还要实现故障自诊断功能。主控制器主要包括通讯模块、人机界面、存储、打印、报警，电源等功能模块。智能显示终端通过串口通讯方式，用32KB的EEPROM存储系统参数及历史记录等关机保存数据，用32KB的RAM存储实时浓度信息。24V到5V电压转化通过电源电路部分实现。同时也检测市电、备电及充电状况等，其主控制器结构图如图3。

1. #include<reg51.h>    //包含单片机寄存器的头文件
   
2. #include<intrins.h>  //包含_nop_()函数定义的头文件
   
3. unsigned char flag=0; //紧急报警标示位
   
4. unsigned char flag1=0; //传感器检测报警标示位
   
5. unsigned int after_AD_val=0;    //储存浓度数值范围是100-10000
   
6. unsignedcharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f共阴极
   
7. unsigned int TIME_1;
   
8. sbit CS=P1^0;       //将CS位定义为P3.4引脚0xc0,
   
9. sbit CLK=P1^1;      //将CLK位定义为P1.0引脚
   
10. sbit DIO=P1^2;       //将DIO位定义为P1.1引脚
    
11. sbit K1=P2^4;
    
12. sbit LED1=P2^0;                 //警情指示灯
    
13. sbit LED2=P2^1;                 //正常指示灯
    
14. sbit BEEP=P2^2;
    
15. 
    
16. sbit wei1=P3^0;
    
17. sbit wei2=P3^1;
    
18. sbit wei3=P3^2;
    
19. sbit wei4=P3^3;
    
20. unsigned int wan,qian,bai,shi,ge;
    
21. void delay1ms()
    
22. {
    
23.    unsigned char i,j;        
    
24.          for(i=0;i<10;i++)
    
25.           for(j=0;j<33;j++)
    
26.            ;                 
    
27. }
    
28. void delay2ms()
    
29. {
    
30.    unsigned char i,j;        
    
31.          for(i=0;i<120;i++)
    
32.           for(j=0;j<33;j++)
    
33.            ;                 
    
34. }
    
35. 
    
36. void delaynms(unsigned char n)
    
37. {
    
38.    unsigned char i;
    
39.         for(i=0;i<n;i++)
    
40.            delay1ms();
    
41. }
    
42. void key()
    
43. {
    
44.         if(K1==0)
    
45.         {
    
46.                 delaynms(5);
    
47.                 if(K1==0)
    
48.                 {
    
49.                         while(!K1);
    
50.                         flag++;
    
51.                         if(flag==2)
    
52.                         flag=0;
    
53.                 }
    
54.         }
    
55. }
    
56. /*****************************************************
    
57. 
    
58. 函数功能：报警子程序
    
59. 
    
60. *****************************************************/
    
61. void baojing()
    
62. {
    
63.         if(flag==1||flag1==1)
    
64.         {
    
65.                 LED2=1;
    
66.                 LED1=0;
    
67.                 BEEP=0;
    
68.                 delaynms(10);
    
69.                 BEEP=1;
    
70.                 delaynms(10);
    
71.         }
    
72.         if(flag==0&&flag1==0)
    
73.         {
    
74.                 LED2=0;
    
75.                 LED1=1;
    
76.                 BEEP=1;
    
77.         }
    
78. }
    
79. void display()
    
80. {
    
81. //unsigned sel;
    
82.         wan=after_AD_val/10000;
    
83.         qian=(after_AD_val/1000)%10;
    
84.         bai=(after_AD_val/100)%10;
    
85.         shi=(after_AD_val/10)%10;
    
86.         ge=after_AD_val%10;
    
87.         //sel=0x01;
    
88. //P0=table[wan];
    
89.         // P3=sel;
    
90.         //        delaynms(3);
    
91.         //P3=0x00;
    
92. //sel=sel<<1;
    
93.          P0=table[qian];
    
94.         wei1=1;
    
95. delaynms(1);
    
96.         wei1=0;
    
97. //sel=sel<<1;
    
98. P0=table[bai];
    
99. wei2=1;
    
100. delaynms(3);
     
101.         wei2=0;
     
102. //sel=sel<<1;
     
103. P0=table[shi];
     
104. wei3=1;
     
105. delaynms(3);
     
106. wei3=0;
     
107. //sel=sel<<1;
     
108. P0=table[ge];
     
109. wei4=1;
     
110. delaynms(3);
     
111. wei4=0;
     
112. //sel=sel<<1;
     
113. }
     
114. 
     
115. /*****************************************************
     
116. 函数功能：将模拟信号转换成数字信号
     
117. ***************************************************/
     
118. unsigned int  A_D()
     
119. {
     
120.   unsigned char i,dat;
     
121.    CS=1;   //一个转换周期开始
     
122.    CLK=0;  //为第一个脉冲作准备
     
123.    CS=0;  //CS置0，片选有效
     
124. 
     
125.    DIO=1;    //DIO置1，规定的起始信号  
     
126.    CLK=1;   //第一个脉冲
     
127.    CLK=0;   //第一个脉冲的下降沿，此前DIO必须是高电平
     
128.    DIO=1;   //DIO置1， 通道选择信号  
     
129.    CLK=1;   //第二个脉冲，第2、3个脉冲下沉之前，DI必须跟别输入两位数据用于选择通道，这里选通道CH0
     
130.    CLK=0;   //第二个脉冲下降沿
     
131.    DIO=0;   //DI置0，选择通道0
     
132.    CLK=1;    //第三个脉冲
     
133.    CLK=0;    //第三个脉冲下降沿
     
134.    DIO=1;    //第三个脉冲下沉之后，输入端DIO失去作用，应置1
     
135.    CLK=1;    //第四个脉冲
     
136.    for(i=0;i<8;i++)  //高位在前
     
137.     {
     
138.       CLK=1;         //第四个脉冲
     
139.       CLK=0;
     
140.       dat<<=1;       //将下面储存的低位数据向右移
     
141.                 dat|=(unsigned char)DIO;          //将输出数据DIO通过或运算储存在dat最低位
     
142.     }                                 
     
143.     CS=1;          //片选无效
     
144.          return dat;         //将读书的数据返回     
     
145.   }
     
146. /*****************************************************
     
147. 
     
148.   函数功能：警情检测子程序
     
149. 
     
150. *****************************************************/
     
151. unsigned int  jq()
     
152. {
     
153.         unsigned int AD_val;    //储存A/D转换后的值
     
154.         AD_val=A_D();    //进行A/D转换
     
155.         if(AD_val>=30)   
     
156.         flag1=1;
     
157.         else
     
158.         flag1=0;
     
159.         
     
160.         after_AD_val=(9900/256)*AD_val+100;
     
161.         
     
162. return AD_val;
     
163. }
     
164. /*****************************************************
     
165. 函数功能：主函数
     
166. ***************************************************/
     
167. void timer1() interrupt 3
     
168. {        
     
169.         
     
170.   TH1=(65536-65535)/256;
     
171.         TL1=(65536-65535)%256;
     
172.         TIME_1++;
     
173.         
     
174.         if(TIME_1 > 8)
     
175.         {TIME_1=0;
     
176.         jq();
     
177.         }
     
178. }
     
179.         
     
180. 
     
181. main(void)
     
182. {        
     
183.         LED2=1;
     
184.         LED1=1;
     
185.         BEEP=1;
     
186.         EA=1;
     
187.         TMOD=0X10;
     
188.         TH1=(65536-60000)/256;
     
189.         TL1=(65536-60000)%256;
     
190.         ET1=1;
     
191.         TR1=1;
     
192.          
     
193.     while(1)
     
194.       {
     
195. //jq();
     
196.                         display();        
     
197.                   key();
     
198.                   baojing();
     
199.                                 
     
200.                                 
     
201.           }
     
202. }
     

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