智能型可燃性气体泄漏报警器设计

智能型可燃性气体泄漏报警器设计

黄跃娟 ,魏颖 ,薛莹

哈尔滨华德学院    150025

摘要：系统硬件主要有单片机、半导体甲烷检测传感器、液晶显示器和蜂鸣器等组成。灵敏度高、响应速度快，能够快速检测周围环境甲烷气体的含量，并将该信号转换能对应的电压信号，经转换器转换为数字量单片机读取该数字量进行处理显示在液晶上。

关键词：可燃气体；报警器；单片机；甲烷

1、引言

现代化的建筑规模大、标准高、人员密集、设备众多，对防火要求极为严格。随着我国经济建设的发展，各种高层建筑、大中型商业建筑、厂房不断涌现，对消防报警系统提出了更高更严的要求。为了减少并杜绝各种因燃气而造成的伤害，生产单位以及人民群众应选择一种适合的室内可燃气体泄露报警器是一种必不可少的手段，所以，防止可燃气体中毒与爆炸是人们一定要正视的问题。目前可燃气体泄漏报警器向着体积小巧，高稳定性，高便携性，高检测性，以及低成本方向发展，传统的纯硬件报警器已经无法达到人们的期望了。

2、硬件系统方案设计

系统的设计方案，整个系统主要由单片机电路、检测电路、模数转换电路、报警电路、按键电路、应急处理电路组成。当有甲烷等可燃气泄漏时，检测电路产生“气电”信号，经模数转换后送给单片机，单片机经延时、判断，确认为事故泄漏后，发出红光报警，同时启动应急处理程序，关闭阀门，切断气源，考虑到要实现现场气体浓度显示，便于直观观察，系统援用LCD进行甲烷检测值的实时显示。对于系统报警阀值，用户可根据自己的个人需求自己的设置，整个系统上电自动运行，系统超限预警和自动处理等功能完全自动化，无需人为参与。当报警器周围环境甲烷气体浓度，能够快速做出反应并发出报警应急信号，对保护人民的人身安全和财产安全有着重要的实用价值。

3、液晶显示电路设计

本设计智能型可燃气体报警器采用LCD1602液晶显示模块来显示实时检测甲烷的气体浓度值和报警阀值。硬件电路设计中液晶的VL脚，即第三引脚接在10K的电位器的中间输出端，该电位器的目的的是调节液晶的显示对比度，通过调节电位器改变VL端的电压值，从而使液晶显示在最清晰的状态。LCD的数据引脚DB0~DB7和单片机的P2口进行连接， P3口的P3.5、P3.6、P3.7分别作为液晶显示模块的使能信号E，R/W端则配置成写，数据/命令寄存器选择RS。

4、甲烷气体检测电路设计

气体采集电路是能够检测环境中的甲烷等气体的浓度，并将其转换为与甲烷浓度成线性关系的电压信号。其最基本组成部分应包括：、模拟放大电路、模数转换电路、气体信号采集电路。本设计中采用的MQ-4型半导体甲烷气体敏感元件属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含量(即浓度)转化成电压，可直接进行模量输出。其中OUT引脚为传感器模拟量输出引脚，此外电路设计中增加了LM393电压比较器，可将检测气体浓度输出的电压信号与滑动变阻器分压信号加在放大器的同相和反相输入端，经电压比较可输出数字信号，检测电压信号大于滑动变阻器设定值，状态指示灯D3处于熄灭状态，反之LED灯将会亮起。本文设计中利用模拟量输出部分，OUT引脚输出通过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。

5、模数转换电路设计

甲烷检测传感器采集的浓度值输出为模拟电压信号，单片机不能直接读取，所以需要将采集的模拟量转换为数字量，本次设计选用ADC082模数转换器进行模数转换。ADC0832 8位分辨率、双通道A/D转换芯片，高分辨可达256级，芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。

6、声光报警电路设计

本设计采用蜂鸣器和LED发光二极管作为报警装置。通过判断所接收到的数据和设定报警阀值进行比较来确定是否报警。蜂鸣器的正极性的一端联接到PNP三极管的集电极，另一端联接到地，三极管的基级串联个电阻与单片机的P1.0口连接，当单片机检测实际甲烷的浓度值大于设定报警阀值信号时，P1.0引脚输出低电平，三极管Q1导通，致使蜂鸣器BELL得电工作，发出报警声。

7、结论

本论文设计可燃气体泄漏报警器系统主要由单片机控制电路、气体信号采集电路、模数转化电路、显示电路、声光报警电路、电源电路等组成。考虑使用环境、成本等因素，选用MQ-4型半导体电阻式气体传感器，STC89C52单片机，LCD，蜂鸣器和ADC0832等元器件。

参考文献

[1] 孙中辉．室内煤气、天然气泄漏报警器的设计[D]．呼和浩特：内蒙古大学，2019

[2] 周捷．有毒可燃气体报警器原理及设计[M]．北京：高等教育出版社，2018