基于單片機(jī)控制的甲烷濃度報(bào)警監(jiān)控儀_李鴻燕

1、基于單片機(jī)控制的甲烷濃度報(bào)警監(jiān)控儀Design of Methane Concentration Alarm MonitorControlled by Chip Microprocessor李鴻燕張立毅(太原理工大學(xué)太原030024【摘要】介紹了一個(gè)用單片機(jī)控制的甲烷濃度報(bào)警監(jiān)控儀,能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)甲烷含量,當(dāng)被測(cè)氣體中甲烷濃度超過預(yù)定數(shù)值時(shí),將聲光報(bào)警,同時(shí)開始排風(fēng),可將測(cè)量結(jié)果傳送20km 之遠(yuǎn)。具有消除安全生產(chǎn)的最大隱患、電路設(shè)計(jì)新穎、參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確、操作方便等特點(diǎn)?！娟P(guān)鍵詞】甲烷濃度,氣體檢測(cè),氣體監(jiān)控,微機(jī)控制,敏感元件,電路設(shè)計(jì)ABSTRACT The paper presents t

2、he methane co ncentra tio n a la rm mo nito r co ntro lled by chip micro pr ocessor ,tha t can detect the concentra tio n of methane co r rectly.W hen the methane co ncentr atio n in tested air ex ceeds the ra ted va lue,the mo nito r will giv e alarm a nd same time star t the ex haust uni t ,and th

3、e tested r esult ca n be se nt far 20km aw ay .The monitor can remov e the most hid-den peril o f sa fety productio n and is char acterized with new design of circuit ,cor rect measurement par ameter s and conve nient oper a-tio n,etc.KEYWORDS methane co ncentr atio n,g as detectio n,g as monito r ,

4、micro processor contr ol,sensitiv e element,circuit desig n在工業(yè)生產(chǎn)中,準(zhǔn)確檢測(cè)有害氣體尤其是甲烷的含量,并及時(shí)給予報(bào)警,消除安全生產(chǎn)的最大隱患,具有重要的意義。因此,研制工作可靠、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的甲烷濃度報(bào)警監(jiān)控儀就顯得很有必要。1報(bào)警監(jiān)控儀的工作原理甲烷濃度報(bào)警監(jiān)控儀的工作原理如圖1所示 。圖1甲烷濃度報(bào)警監(jiān)控儀工作原理圖CPU 通過I /O 口輸出低電平經(jīng)反相器加在催化元件電源端,使催化元件開始工作,輸出一個(gè)與甲烷濃度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào),此電壓經(jīng)過放大電路放大后,分別送到A /D 轉(zhuǎn)換、報(bào)警電路。A /D 轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字

5、信號(hào)送入CPU ,CPU 對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,處理后驅(qū)動(dòng)顯示器顯示出被測(cè)氣體中的甲烷濃度值。若被測(cè)氣體中甲烷濃度超過報(bào)警、斷電電路預(yù)定的數(shù)值時(shí),報(bào)警電路發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào),同時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)設(shè)備。當(dāng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要查詢甲烷濃度時(shí),只要發(fā)出相應(yīng)信息,報(bào)警監(jiān)控儀即可將測(cè)量結(jié)果經(jīng)串行口及通信電路傳送出去,最長(zhǎng)傳輸距離可達(dá)20km 。2硬件電路設(shè)計(jì)為了滿足安全生產(chǎn)的需要,保證系統(tǒng)輸出為本質(zhì)安全型,同時(shí)還要滿足體積小、耗電少、精度高的要求,硬件電路設(shè)計(jì)中盡可能選用功耗小、性能穩(wěn)定的集成電路。2.1微控制器CPUCPU 是報(bào)警監(jiān)控儀的核心,完成數(shù)據(jù)采集、處理、輸出、顯示等功能。選擇通用性強(qiáng)、功耗小、性能良好

6、的8位CM OS 微處理器芯片AT 89C 51,它與常用M CS51型單片機(jī)兼容,工作電壓為2.7 6.0V ,具有32條可編程I /O 端口,3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,256×8位內(nèi)部RAM ,內(nèi)帶8k 字節(jié)快閃EPPROM 等特點(diǎn),大大簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)。2.2敏感元件敏感元件是準(zhǔn)確檢測(cè)氣體濃度的關(guān)鍵。采用熱催化元件與熱導(dǎo)元件分別與金屬膜電阻組成測(cè)量電橋,在氣體的電源端加入高電平時(shí),元件開始工作,當(dāng)環(huán)境中無甲烷氣體時(shí),調(diào)整電橋平衡,使之輸出為零。當(dāng)有甲烷氣體時(shí),甲烷氣體以擴(kuò)散方式進(jìn)入測(cè)量氣室,接于橋臂的熱催元件或熱導(dǎo)元件發(fā)生氧化還原反應(yīng),引起元件溫度升高,阻值增大,使電橋失衡,輸出

7、與甲烷濃度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào),測(cè)量該電壓信號(hào)即可獲得甲*20020423收到,20020520改回*李鴻燕,女,1973年生,在讀碩士,研究方向:智能檢測(cè)技術(shù)。·29·第15卷第8期電腦開發(fā)與應(yīng)用(總395圖2甲烷濃度報(bào)警監(jiān)控儀軟件流程圖烷濃度。2.3小信號(hào)放大電路小信號(hào)放大電路采用LM324集成運(yùn)算放大器,放大敏感元件輸出的電壓信號(hào)。2.4A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路采用Texas儀器公司的T LC542A/D轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器是采用CMO S工藝, 11路輸入,8位輸出的串行A/D轉(zhuǎn)換器,與CPU接口簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)換速度快,而且功耗小,最大耗只有10mW。2.5通信電路通信電路采

8、用日本O KI公司的M SM7512B遠(yuǎn)距離、低功耗、高可靠性的調(diào)制解調(diào)芯片,使用該芯片編程容易,外圍電路簡(jiǎn)單,通信距離可達(dá)20km,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它常用通信芯片的距離。并且小信號(hào)傳送穩(wěn)定可靠,克服了模擬傳送中小信號(hào)失真大的缺點(diǎn),滿足使用需要。2.6可編程看門狗電壓監(jiān)控電路可編程看門狗電壓監(jiān)控電路選用Xicor公司的X25045芯片,它是集看門狗定時(shí)器功能、電壓監(jiān)控功能、快閃EPPROM存儲(chǔ)功能為一體的集成芯片?？撮T狗定時(shí)器功能對(duì)微控制器提供獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng),可編程設(shè)置三種周期,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),在預(yù)先設(shè)定的周期之后也不改變。電壓監(jiān)控功能可以保護(hù)系統(tǒng)使之免受電壓變化的影響,當(dāng)V cc低于最小轉(zhuǎn)換點(diǎn)時(shí)

9、,系統(tǒng)復(fù)位,直到電壓升高且穩(wěn)定為止。EPPROM可存放數(shù)據(jù),安全可靠。這種組合不僅減小電路板,降低成本,而且與C PU接口簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定。3軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì),主要包括主程序、定時(shí)器中斷服務(wù)程序、串行口中斷服務(wù)程序、各子程序模塊等。主程序完成系統(tǒng)初始化、打開催化元件、查詢各種狀態(tài)并控制相應(yīng)操作等功能,流程圖如圖2所示。4結(jié)束語本監(jiān)控儀硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,軟件設(shè)計(jì)靈活,充分發(fā)揮了單片機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,功能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),并且具有自動(dòng)報(bào)警的功能,是一種電路設(shè)計(jì)新穎、參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確、操作方便的甲烷濃度報(bào)警監(jiān)控儀。參考文獻(xiàn)(上接第28頁3結(jié)束語溫嶺市土地利用數(shù)據(jù)庫的更新充分利用了3S等現(xiàn)代空間科學(xué)技術(shù),進(jìn)行土地利用現(xiàn)狀變更,使土地利用現(xiàn)狀的調(diào)查精度和調(diào)查質(zhì)量上了一個(gè)臺(tái)階,滿足了土地資源日常管理的需要。今后3S技術(shù)在土地利用現(xiàn)狀變更中的應(yīng)用將得到不斷充實(shí)和完善,形成一套完整、快速、成熟的土地利用現(xiàn)狀更新技術(shù)方法和技術(shù)流程,并逐步向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫作為國土資源信息網(wǎng)絡(luò)中最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一,將為土地利用總體規(guī)劃、基本農(nóng)田保護(hù)、建設(shè)用地管理等土地資源的宏觀分析與決策提供了依據(jù)。拓寬思路,運(yùn)用新方法、新技術(shù),進(jìn)一步擴(kuò)大土地利用遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域:利用中、高空間分辨率衛(wèi)星