基于单片机的煤气报警器设计1开题报告

开题报告1单片机控制的气体传感器程序设计开题报告班级（学号）：电技xxx1（2009012664）姓名：xx指导教师：xxx一、综述1、研究的意义随着国家经济的提高，现代化、智能化的多功能建筑越来越多，对建筑的防火安全设计要求也愈来愈高。以“西气东输”工程为开端的大规模天然气利用工程的实施，意味我国城市燃气将大踏步地进入“天然气时代”。我国天然气市场将迎来一个千载难逢的机会，城市燃气需求的主要增长点将体现在天然气上。为了使燃气更好地造福于民，造福于社会，减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故，各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的室内煤气泄露报警器实为必要之举。全国燃气行业发展迅猛，液化气、天然气、煤制气等城市燃气作为清洁能源已在工商业和城镇居民用户中得到广泛应用，特别是随着“西气东输”工程的快速进展，燃气行业发展潜力巨大。但是随着燃气的广泛应用，由于燃气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾事故也时有发生，这在某种程度上增加了城市的不安全和不稳定因素。为了使燃气更好地造福于民，造福于社会，减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的爆炸及火灾事故，各燃气使用单位及居民用户选择一种适合的室内煤气泄露报警器实为必要之举。本次设计所面对的是广大居民，其优点在于：（1）成本低廉并能对烟雾和煤气准确报警。（2）该产品无需专业人员操作，只要放在合适位置，通电即可，连续使用、方便简捷。（3）能起到预防煤气中毒的效果，使人们高枕无忧。该产品必须能够有效预防广大农村居民的冬季燃煤取暖一氧化碳中毒事件的发生，同时也能够给城镇居民安全使用煤气提供有力的保障。燃气报警器的核心是气体传感器。当气体传感器遇到燃气时，传感器电阻随燃气浓度而变化，随之产生电信号，供燃气报警器后级线路处理。经过电子线路处理变成浓度成比例变化的电压信号，由线性电路加以补偿，使信号线性化，经微机处理、逻辑分析，输出各种控制信号，即当燃气浓度达到报警设定值时，燃气报警器发出声光报警信号并可显示燃气浓度或启动外部联运设备。本文正是通过分析目前燃气报警器的现状，设计制作室内故障监测报警系统，保障人们的生命财产安全。开题报告22、研究的现状近年来，由于在工业生产、家庭安全、环境监测和医疗等领域对气体传感器的精度、性能、稳定性方面的要求越来越高，因此对气体传感器的研究和开发也越来越重要。随着先进科学技术的应用，气体传感器发展的趋势是微型化、智能化和多功能化。深入研究和把握有机、无机、生物和各种材料的特性及相互作用，理解各类气体传感器的工作原理和作用机理，正确选择各类传感器的敏感材料，灵活运用微机械加工技术、敏感薄膜形成技术、微电子技术、光纤技术等，使传感器性能最优化是气体传感器的发展方向。国外气体传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。因此，国外气体传感器技术得到了较快发展，据有关统计猜测，美国1996年—2002年气体传感器年均增长率为（27～30）％。3、已有成果气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在国家列为重点支持发展的情况下，国内已有一定的基础。其成果为：（1）烧结型气敏元件仍是生产的主流，占总量90％以上；接触燃绕式气敏元件已具备了生产基础和能力；电化学气体传感器有了试制产品；（2）在工艺方面引入了表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺，使烧结型元件由广谱性气敏发展成选择性气敏；在结构方面研制了补偿复合结构、组合差动结构以及集成化阵列结构；在气敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生产气敏元件，新研究开发的Al2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体等也开始用于气敏材料；（3）低功耗气敏元件（如一氧化碳，甲烷等气敏元件）已从产品研究进入中试；（4）国内气敏元件传感器产量已超过“九五”初期的400万支。产量超过20万支的主要厂家有5家，黑龙江敏感集团、太原电子厂、云南春光器材厂、天津费加罗公司（合资）、北京电子管厂（特种电器厂），其中前四家都超过100万支，据行业协会统计，1998年全国气敏元件总产量已超过600万支。总的看来，我国气敏元件传感器及其应用技术有了较快进展，但与国外先进水平仍有较大的差距，主要是产品制造技术、产业化及应用等方面的差距。开题报告3二、研究内容（1）根据该设计要实现的基本功能，设计大致应该分为信号采集放大，信号处理控制，系统设置报警三个部分。①信号采集部分即通过气体传感器检测室内气体浓度，将这种变化量转化成电压模拟量的变化，然后通过运放进行必要的放大。②信号处理部分是将采集到的模拟信号转换成数字信号，送入控制器进行处理，并将处理过的信号送存储器保存和送显示器显示。③系统设置报警部分是通过预定控制方式并利用蜂鸣器报警实现系统的准确操作。（2）依据上面所说的思路，得到如下一些基本的结论：①信号采集部分为了能准确采集到气体浓度的变化应选用半导体气体传感器，为使其有效的检测室内气体浓度，采用电阻型半导体气体传感器；而放大部分使用运放进行比例和反相两级放大。②信号处理部分为了实现精确控制，采用单片机较为合适。将模拟信号送A/D模块进行模数转换，经过处理后送存储器保存和送显示器显示。③系统设置报警部分可以考虑采用4×4键盘设置初始值和蜂鸣器报警。传感器程序节点一般由处理器单元、无线传输单元、传感器单元和电源模块单元4部分组成,来完成温度采集的功能。如图1所示：图1传感器单元传感器种类很多，可以检测温度、湿度、光照等物理量，将这些环境变量转变为可供测量的信号。无线通信单元可以利用的传输媒体有空气、红外、激光、超声波等，常用的无线通信技术有：zigbee、Bluetooth、RFID等，通过这种设备完成与主机间数据的交换。处理器单元处理单元是传感器网络节点的核心，和其他单元一起完成数据的采集、处理和收发。电源单元节点功能稳定的实现，电源单元也起着重要作用。电源电路的作用就是稳定的为各个芯片提供用电，保证他们模块的正常工作三、实现方法及预期目标1、实施的初步方案按照模块的形式，分部的进行分析，依照每个模块需要实现的功能，来选择性价比最合适的器件。例如：传感单元电源单元通信单元处理单元开题报告4传感器单元：考虑到整个节点由电池来供电，必须选择体积小、低功耗、外围电路简单的传感器。无线通信单元：对ZigBee和普通的射频做综合性的分析，ZigBee是基于其标准协议的模块连接和数据收发都要遵循这个标准，使用起来简单方便，成本会高一些，但是不那么灵活；一般的RF模块是没有协议的,需要自己控制模块连接及数据收发的整个过程。要权衡两种想法的利弊，进行选择。处理器单元：从处理器的角度看，无线传感器网络节点基本可以分为两类：一类采用以ARM处理器为代表的高端处理器。这种节点的能量消耗比较大，处理能力比较强。另一类是以采用普通单片机为代表的节点。这种节点的处理能力比较弱，能量消耗比较小。电源单元：电池的种类很多，按能否充电，电池可分为可充电电池和不可充电电池；根据电极材料，电池可以分为镍锌电池、银锌电池和锂电池、锂聚合物电池等。一般不可充电电池比可充电电池能量密度高，如果没有能量来补给来源，则应选择不可充电电池。而充电电池，成本本来就比较高。这些种类都是电源电路可原则的方案。2、重点：采用高性能半导体气体传感器[7]，采用四路巡回检测的方法检测房间气体浓度，将检测的到浓度信号送入A/D芯片中进行模--数转换，利用AT89S51单片机控制声音报警、键盘输入、存储器运行，并且将气体传感器检测到的浓度值在LCD显示器上显示出来。分析：选用此方法设计电路不仅解决了温度、湿度的影响，并且简化了设计电路，降低了成本，采用此种方法设计主体电路。具体电路设计将在下文中给出。通过搜集信息，提出本次设计采用QM-N5型气体传感器。现在特将此传感器简单介绍如下：(1)特点：QM-N5型气体传感器[8]是以金属氧化物SnO2为主体材料的N型半导体气敏元件，当元件接触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。适用于天然气、煤气、氢气、烷类气体、烯类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气、烟雾等的检测，属于N型半导体元件。灵敏度较高，稳定性较好，响应和恢复时间短。用它做成的报警器完全可以达到UL2034标准，不需温、湿度补偿。(2)工作条件：工作电压：5V±0.5V静态功耗：≤0.5W(加热丝冷态电阻为50Ω±2Ω)环境条件：温度-10℃～+50℃,相对湿度≤95%初期稳定时间：≤15分钟响应时间：≤10s恢复时间：≤60s检测煤气浓度范围：50～20000ppm开题报告5(3)对一氧化碳反应的敏感度[14]：图系列一氧化碳浓度的条件下RL电压的振荡曲线。高湿高温对传感器的影响：根据测试结果表明，此传感器可承受96%RH相对湿度、70℃的环境条件，但基电平升高。四、对进度的具体安排（如图2）图2五、参考文献周次内容第1-2周调研，查阅文献资料，明确总体设计思路第3-4周开题报告及开题答辩第5-7周概要设计，描述软硬件件结构与功能模块划分第8-9周详细设计，详细描述各模块功能的实现方法流程图，形成详细设计报告、英文文献翻译准备第10周中期检查第11-12周软件设计、调试第13周软硬件结合调试、文献翻译第14-15周撰写毕业设计论文，准备答辩第16周毕设论文答辩开题报告61祁伟，杨亭编著.单片机C51程序设计教程与实验[M]．北京：北京航天航空大学出版社，2006．2陈小忠，黄宁，赵小侠编著．单片机接口技术实用子程序[M]．北京：人民邮电出版社，2005．3尹勇，王洪成编著.单片机接口技术与应用[M]．北京：北京航天航空大学出版社,2004．[4]陈正义编著.单片机控制实习[M].北京：人民邮电出版社，2006.[5]陈岭丽，冯志华主编.检测技术和系统[M].北京：清华大学出版社，2005.[6]何希才，薛永毅编著.传感器及其应用实例[M].北京：机械工业出版社，2004.[7]甘露，陈三宝，薛志华.基于AT89C51的湿度检测系统设计与研究.无忧电子开发网，2006.[8]刘丽.基于AT89C51的湿度检测系统设计与研究.中国测控网，1999.9周慈航.单片机应用程序设计技术[M].北京航天航空大学出版社，1991[10]蒋廷彪，刘电霆，高富强等.单片机原理及应用（MCSC51）[M]．重庆大学出版社．2003．08指导老师：（签署意见并签名）年月日督导老师：（签署意见并签名）年月日领导小组审查意见：审查人签字：年月日