1、本科毕业论文（20 届）燃气报警器及采集系统设计所在学院 专业班级 自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要I摘要随着社会经济的快速发展，各种的灾难性事件时有发生，在线实时报警平台起着越来越重要的作用。对于燃气引起的火灾作为消防类主要研究课题，有着很深远的意义。在现在的工业生产及生活中，安全生产的问题已经越来越受到人们的重视。燃气探测器应该广泛用于散发可燃气体、可燃蒸汽的场所，可燃气体报警器会有越来越大的应用前景。随着技术的不断发展，各种可燃气体报警器应运而生，仪器的稳定性、操作性、精度和通讯方面都在不断地提高。随着市场需求量的不断增大和电子工业技术的不断提高，我国虽然已
2、经能够独立的生产和研制可燃气体报警器，但国产的可燃气体报警器普遍存在抗干扰能力差，自动化智能化程度低的缺点。为适应自动化领域集中式控制的要求，本文采用基于RS485总线的现场通信方式，这样不仅可以传输现场可燃气体的浓度信息，又可以传输报警器控制量，从而实现远程监测及集中控制。关键词：燃气报警器 RS485 总线 C8051 单片机 LabVIEWAbstractIIAbstractWith the rapid social and economic development, a variety of catastrophic events, online real-time alarm pla
3、tforms are playing an increasingly important role in Caused by the gas fire as the main research topics of the fire class, has a very far-reaching significance. In industrial production and living, safety in production has received increasing attention. Gas detectors are widely used in the distribut
4、ion of combustible gases, combustible place of steam, combustible gas alarm is so much wider application prospects. As technology continues to evolve, a variety of combustible gas alarm came into being, the instruments stability, maneuverability, accuracy and communication are constantly improving.
5、With the increasing market demand and the electronics industry technology continues to improve, even though China has been able to independent production and the development of a combustible gas alarm, but made of combustible gas alarm widespread anti-jamming capability, the automation degree of int
6、elligence is low shortcomings.To meet the requirements of the centralized control of the automation field site based on the RS485 bus communication, not only to the transmission site combustible gas concentration, but also can transmit alarm control, remote monitoring and centralized control.Key wor
7、ds: combustible gas RS485 bus C8051 MCU LabVIEW目录III目录摘要 .IAbstract.II目录 .III第一章 绪论 .11.1 论文研究背景 .11.2 论文研究的目的及意义 .21.3 可燃气体报警器的国内外研究现状 .21.4 论文的主要任务 .3第二章 燃气报警器的总体方案设计 .52.1 此次设计的要求 .52.2 检测燃气方案的分析对比 .52.1.1 气相色谱法检测 .52.1.2 基于光干涉原理检测 .62.1.3 利用超声波技术检测 .72.1.4 利用红外吸收光谱检测 .72.1.5 利用电阻式气敏元件检测 .82.3 总体
8、方案设计 .8第三章 燃气报警器的硬件设计 .103.1 主控制部分的硬件设计 .103.2 传感器的设计 .133.3 信号调理单元设计 .163.4 模数转换采集单元设计 .173.5 总控通讯部分设计 .213.6 按键部分的硬件设计 .243.7 电源转换部分设计 .253.8 电磁驱动部分设计 .263.9 报警部分设计 .27第四章 燃气报警器的软件设计 .284.1 主程序设计及流程图 .28目录IV4.2 检测结果的校正 .314.3 上位机软件控制设计 .324.3.1 虚拟仪器 .324.3.2 LabVIEW 介绍 .324.3.3 LabVIEW 上位机 .33第五章
9、总结 .36参考文献 .37致 谢 .38附 录 .39第一章 绪论- 1 -第一章 绪论在这一章节中主要介绍燃气报警器的研究背景，研究燃气报警器具有的目的意义，简述一下燃气报警器的国内外市场现状以及发展趋势，最后给出全文总结及结构。1.1 论文研究背景可燃性气体在我们的生活中很多场所都分布着，它们伺机潜伏着，随时都可能发生燃烧爆炸的危险，危害人们的安全。可燃性气体可能是一种也可能是几种成分的气体的混合体，它们的踪影分布非常广泛，在家庭的厨房、加油站、燃气站、煤矿井、采油矿井、甚至废弃的地下坑或下水道都有这些易燃易爆气体的身影。随着中国经济的快速发展和工业生产的加快，在生产和生活中的安全问题越
10、来越多的受到人们的关注。在煤炭生产，化工和石油行业和人们的日常生活中经常能接触到可燃气体。一些特殊的原因，可能会导致可燃气体泄漏，没有采取有效措施疏散，使环境中的这些气体的浓度增加。可能会引起燃烧爆炸和其他安全事故，将给国家和人民的生命和财产造成不必要的风险。关于燃气造成的事故在我们身边经常发生， 2011年4月11日北京朝阳区和平街燃气爆燃事故,造成5名居民和1名过路人员死亡、1人受伤，事故原因是室内泄漏的天然气达到爆炸极限后，被点火源引燃发生爆燃。据报道，乌鲁木齐2011年秋冬季燃气中毒事故频发，9月到11月发生3人以上一氧化碳中毒事件10起，造成5人直接死亡，中毒人数达到35人，并发生很
11、多起因燃气而引发的爆炸事故。这些给了我们血的教训。所以我们要采取有效的预防措施，以确保社会生活和企业生产的正常安全进行，保证不要发生不必要的各种损失。我们进行检测的设备一定要是比较先进的，要有好的工作性能，快速检测出可燃气体的浓度，快速做出反映给人们以警示，能使人们有时间逃避或是做出有效的防护措施 。我们利用这种性能比较好的检测工具，用来随时测量可燃气体的浓度，可以防止很多重大性灾难第一章 绪论- 2 -事故的发生，给我们的家庭企业和社会带来巨大的经济效益。根据我国相关安全法律法规的规定，很多涉及大量可燃气体的场所是必须配备燃气报警的。1.2 论文研究的目的及意义在我国每年因为燃气泄露而引起的
12、火灾爆炸事件多达上万件，每年能造成几千人伤亡，给国家人民造成的经济损失更是达到数十亿。在这样无情的火灾爆炸面前，对于燃气泄露的及时检测，预防重大事故的发生已成为当务之急。所以燃气报警器应运而生，广泛应用于燃气分部的场所。虽然中国的燃气报警器的生产已经有很长的时间了，但是我国生产的报警器在快速反应、稳定性和可靠性方面与国外比较先进的产品相比较还有很大差距。我国生产的报警器不能受到太大的干扰而且智能化的程度比较低，这造成了我们生产的产品在市场上很受外国企业生产的先进成品的冲击。在国外技术相对比较先进的情况下，关于产品之间的相关技术标，有很多的企业在虑到市场的竞争问题，他们自己设立标准，使得国内外的
13、报警器的产品技术达不到统一，导致对于报警器的维修难度增大。对于研究一个性能稳定有着共同的接口且成本较低的燃气报警，已成为当务之急。1.3 可燃气体报警器的国内外研究现状从上世纪初期开始国外就开始致力于传感器的开发研制了，同时也取得了阶段性的成果。传感器的开发研制被很多的科技比较发达的国家列为重点开发的项目。人们也逐渐吸取因燃气而引起的重大事故的教训，致力于以传感器为基础的报警器的研制。随着科技进步，技术的推动，高尖端技术逐渐被引入到报警器的制造当中来，传感器技术也是发生了很大的变革。1963 年 5 月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年 12 月其改良产品问世，改良的报警器
14、可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。在中国燃气报警器的正是研制开始于上世纪七十年代。 生产的产品逐渐由单一向各种各样全方位的方向发展，生产能力也是在每年不断地提高，产品可以使用的范围也是由家庭厨房制作间向楼宇加油站炼油厂等方向发展， 在第一章 绪论- 3 -很多的外界环境比较恶劣的地方也能够正常工作。对于一些比较先进的传感器报警技术还是远远不及国外，但在多年来的发展当中我们的产品还是比较稳定的取得进步，多年来的自主研发已经形成了自己的特色，但要研制出更加的先进技术还需要更加的努力。现在对燃气报警器的研制大部分是集中在开发探测燃气的浓度这一环节，寻找比较好的对燃气敏感度
15、高的元件材料制作传感器。不断的运用先进的技术、先进的材料，希望能够研制出灵敏度高、抗干扰能力强、工作寿命长、工作范围广、简便、性价比高的高性能燃气报警器。1.4 论文的主要任务此次论文设计是关于高性能燃气报警器的研制，最主要大体分为两个部分，分别为硬件设计和软件设计。论文围绕对燃气检测的原理、方案实现、报警器各个模块实现功能的选型等方面进行研究，论文共分六章，在各个章节中主要包括以下几点:（1）首先为绪论。本章介绍了燃气报警器报警器的研究背景，设计报警器的目的意义，以及国内外的对于燃气报警器研究的发展状况，然后是给出了全论文的整体结构解读。（2）在接下来的章节中是燃气报警器总体方案的设计。市场
16、上有很多中检测气体的方法，通过分析各种方法，对比常用的几种检测燃气的方案，在这一基础上分析出适合在本研究中的燃气检测方案。随后根据实际设计要求和技术规范的研究，在结论的基础上根据上述情况，分析将所选方案划分为几个模块，每个模块的基本功能，绘制出系统的总体框图。（3）这一章为系统硬件设计。按照前一章设计的整体系统框图，进行每个模块逐个设计，按照设计要求和技术指标进行选型。主要设计有系统的微控制单元的设计；传感器的选型设计；对采集到的信号转换调理的设计；AD 模数采集单元的硬件设计；总控制通讯部分 RS485 总线的设计;人机交换部分的设计；对传感器和报警器部分进行说明；最后是给出燃气报警器的总体
17、原理图。 第一章 绪论- 4 -（4）然后是系统的软件部分的设计。上一章节中给出了系统的硬件设计，在这一基础上进行系统的软件设计，按照前章所述设计出总体操作流程；检测结果采集校正；然后是上位机软件控制阐述。（5）最后进行全文的总结。总结此次设计全过程的进展成果，在设计中的收获与感悟第二章 燃气报警器的总体方案设计- 5 -第二章 燃气报警器的总体方案设计在这一章中根据此次设计的要求，通过分析各种进行燃气检测方案的特点，通过各种方法的优缺点，确定出此次燃气报警器设计的进行气体检测的方案。然后对确定下来的方案分成几个单元，每个模块功能分析，最后绘出此次设计的总体系统框图。2.1 此次设计的要求因为
18、不同的气体传感器对应着不同气体的检测，此次设计是希望设计出能检测出空气中天然气、甲烷、丙烷等气体的含量，在可燃气体的含量将要达到危险值之前，报警器能够做出一定的动作，发出声光报警，来警示人们危险将要发生，使人们能够及时的采取安全的庇护措施。报警器的设计要求：反应迅速，快速动作;稳定性好,不要发生错误的动作;自身功耗低；工作温度范围大；抗外界干扰能力强；能发出声光报警；对于设定的需检测气体的浓度的范围广；可以进行人工测试操作；适用于不同场所的安装；同时还要结构简单，便于安装。2.2 检测燃气方案的分析对比检测气体浓度方法有很多种，但是这些方法都有自己的优势和自己的缺点。常见的有下面介绍的几种方法。2.1.1 气相色谱法检测这一方法是由外国学者茨威特在二十世纪处提出来的。该方法主要是把要检测的气体通入盛有载体气体的色谱柱中，然后进行分离的一种检测方法，然后经由检测器把各个分开而来的组分转换为可以测量记录的电信号。运用气象色谱法进行工作的时候，工作原理是这样的：当被检测的燃气在进入工作区域之后与里面载体气体混合，然后就会由载体气体带入到色谱柱里。由于可燃气体的种类性质的不同，各个种类的气体在里面两相之间运动组合。因为对各种燃气的吸收能力的差异，造成他们就会以大小不一样的速率流动中
