王亞勝，王景

（中油（新疆）石油工程有限公司,新疆克拉瑪依834000）

1 可燃氣體報警器簡介

1.1 研究背景及意義

在石油化工裝置中，存在一些易燃易爆、有毒有害的氣體，當(dāng)這些氣體被泄露或者出現(xiàn)在環(huán)境中，將引起明顯的火災(zāi)、爆炸或者是人員中毒等危害。隨著我國燃氣的變革及諸多化工工程的進行，可燃氣體報警器在當(dāng)前已經(jīng)得到人們的重視和關(guān)注，將其應(yīng)用到人們的生產(chǎn)生活中或者是煤礦生產(chǎn)中，能確保其作用的發(fā)揮和實現(xiàn)。在實際工作中，可燃氣體報警器能對周邊的可燃氣體泄漏情況詳細監(jiān)測，避免泄漏氣體對人體身體健康、財產(chǎn)安全帶來威脅。

1.2 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計

在對可燃氣體報警器設(shè)計中，可以通過對單片機控制技術(shù)的應(yīng)用，按照一定程序制作可燃氣體報警器?？扇細怏w報警器在實際應(yīng)用期間，重點對甲烷實時監(jiān)控。具體上，如果甲烷的濃度超出一定限定數(shù)值，在單片機控制電路中，將發(fā)出報警信息。這時候，利用外接排風(fēng)扇，將避免安全事故的發(fā)生。AT89C51具備較高的性價比，通過AT89C51單片機對電路進行有效控制。在可燃氣體報警器中，最為主要的為傳感器，其內(nèi)部應(yīng)用材料為半導(dǎo)體敏感材料，該材料具備更高的靈敏度和穩(wěn)定性，能避免其干擾，也有較長的使用壽命，對其有效應(yīng)用能保證我國先進傳感器制造水平的提升。使用該材料制作可燃氣體報警器，對有毒氣體和易燃易爆的檢測，可以在礦山、油田或者國防領(lǐng)域有效應(yīng)用。在實際設(shè)計期間，還可以使用GS系列傳感器，以ADC0809實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。這種設(shè)計方法能實現(xiàn)檢測功能，加強事故處理功能。

系統(tǒng)以單片機控制模塊為核心，探測器放置在鍋爐廠房的檢測位置，在信號檢測模塊檢測到可燃氣體之后，聲音及閃爍報警及時報警。在出現(xiàn)系統(tǒng)故障的時候，故障檢測自動檢測故障部位，若是軟件故障，系統(tǒng)自動復(fù)位修復(fù)，硬件故障及時報告控制臺，以完成整個火災(zāi)自動系統(tǒng)的工作過程。

1.3 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的構(gòu)成

火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計包括硬件部分設(shè)計和軟件部分設(shè)計。硬件部分由信號采集器、聲音及閃爍報警器、單片機控制器、故障檢測器等組成。信號采集器主要實現(xiàn)有毒、可燃氣體的檢測，以確定其濃度；聲音及閃爍報警器主要實現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生時的聲音報警以及閃爍報警，同時控制臺也得到報警；單片機控制器主要負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的程序控制，是火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的核心；故障檢測器，用于系統(tǒng)故障的自動檢測及報警。

2 可燃氣體報警系統(tǒng)的硬件組成部分

系統(tǒng)的組成和各個模塊?？扇細怏w報警器的組成為濃度檢測、顯示模塊、控制模塊和事故處理模塊。

①模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。在對可燃氣體報警器設(shè)計期間，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，為其中一部分，因為利用單片機還無法進行模擬信號的傳遞，通過對A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的應(yīng)用，能促進A/D轉(zhuǎn)變，也能確保采樣、為量化、編碼等工作的完成。比如：在可燃氣體報警器設(shè)計中應(yīng)用的ADC0809實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，應(yīng)用的為逐次漸進型的A/D轉(zhuǎn)換器，在接口電路，不需要和微機相互聯(lián)系。

②單片機模塊。單片機也為單片微型計算機，具備嵌入式微控制器作用，無法在一定邏輯功能芯片下完成，需要將計算機系統(tǒng)和芯片集成。單片機的組成為控制器具、儲存器、傳輸器等[1]。

③傳感器。傳感器一般是將其存在的非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康钠骷?，自身也為一種功能模塊，能夠?qū)⑼饨绲母鱾€信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺材苡行У目刂坪蜏y量工作。在實際設(shè)計中，氣體傳感器多為GS系列傳感器。GS系列氣體傳感器的應(yīng)用具備較大優(yōu)勢。其應(yīng)用的材料為半導(dǎo)體敏感材料，具備較高的靈敏度和穩(wěn)定性，能夠達到較強的抗干擾目的，也能增加其使用壽命，符合現(xiàn)代化社會發(fā)展要求。在該材料應(yīng)用模式下，設(shè)計可燃氣體報警器，并應(yīng)用到各個發(fā)展領(lǐng)域，能確保其意義的發(fā)揮和實現(xiàn)。半導(dǎo)體敏感材料的特點是具有較高靈敏度和較低能耗，輸出的信號強度高，具備的選擇性好，對氣體較為敏感，整體上更穩(wěn)定、更可靠。同時，還具備較強的抗高溫和抗高濕特點。該材料內(nèi)也不存在金屬催化劑，能夠抵抗中毒和飽和。但是，氣體傳感器應(yīng)用該材料設(shè)計，受到溫度的影響，將帶來漂移現(xiàn)象。所以，在報警器設(shè)計中，還需要將該問題作為關(guān)鍵有效思考。

④聲音及閃爍報警系統(tǒng)。采用體積大，聲音響亮的無源壓電式KM3712x型蜂鳴器，同時采用高亮度的紅色報警指示燈共同協(xié)同完成報警工作。當(dāng)煙霧濃度達到報警限，PWM整流電路整流輸出一定占空比的脈沖電流，使蜂鳴器發(fā)出如警車警笛的聲音，同時報警指示燈閃爍報警。

3 軟件電路的調(diào)試

3.1 調(diào)試前準(zhǔn)備工作

本設(shè)計的元器件較少，要確保線路連接更準(zhǔn)確。當(dāng)發(fā)現(xiàn)沒有任何問題后，可以給電路板通電。期間，基于對示波器的應(yīng)用，需要對單片機詳細觀察和分析，如果在期間發(fā)現(xiàn)晶振是正常工作，這時候的單片機也能保證正常工作。如果發(fā)現(xiàn)相反現(xiàn)象，則要對晶振電路進行檢查，保證將其故障排除。通過對單片機仿真器的應(yīng)用，還能分析出LED數(shù)碼管是否正常，如果無法保證，則要對譯碼器7448的工作狀態(tài)進行分析，研究其電壓的輸出情況。最后檢查ADC0809在有電壓1～5V接入的情況下，有無電壓輸出。若無問題，硬件調(diào)試完畢。最后在這里使用Keil將編譯好的匯編語言程序通過輸入單元寫入單片機系統(tǒng)。

3.2 Keil編程軟件

針對AT89C51單片機芯片，我們有美國Keil Software公司研發(fā)的軟件Keil C51，該軟件是基于C語言程序來設(shè)計的，相對匯編程序的編程，C語言的應(yīng)用，在多方面都具備很大優(yōu)勢，尤其是功能、結(jié)構(gòu)和維護工作等，在操作上都較為方便，更便于程序的開發(fā)、修改和調(diào)試，相信使用過匯編語言的程序設(shè)計員會更清楚這一點。

Keil C51軟件是通過全Windows界面來實現(xiàn)的，其庫函數(shù)更豐富，功能更強大，有利于工具的開發(fā)和調(diào)試，編譯所生成的目標(biāo)代碼效率很高，而且代碼聯(lián)系很緊湊，易于程序員的理解和調(diào)試。這充分體現(xiàn)了使用C語言編寫匯編語言所帶來的方便。

我們在Windows系統(tǒng)之下可直接點擊運行軟件包中DOS/C51DOS.exe，然后選擇安裝目錄安裝到指定文件夾即可，方便簡單。

現(xiàn)介紹AT89C51所包含的幾種頭文件：REG51.h其中包括了所有8051的SFR及其位定義，這是專用寄存器include文件；各存儲空間的絕對地址定義在了絕對地址include文件absacc.h中；stdlib.h中定義動態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)；string.h中定義了緩沖區(qū)處理函數(shù)；stdio.h中定義了輸入輸出流函數(shù)。

3.3 主程序及其流程圖

在以KM3712x為基礎(chǔ)的傳感器預(yù)熱1～2分鐘之后，系統(tǒng)開始正常工作，保險起見，我們在此設(shè)定為預(yù)熱三分鐘。程序初始化之后，進入運行監(jiān)控狀態(tài)。當(dāng)煙霧傳感器檢測到超標(biāo)的可燃氣體濃度或者煙霧濃度時，聲光系統(tǒng)發(fā)出報警，并通過外接設(shè)備把出現(xiàn)火災(zāi)地點，現(xiàn)場氣體濃度，溫度等相關(guān)信息傳遞給報警中心控制臺。