王亞勝 王景

【摘 要】在化工生產(chǎn)中，為了保證整體的安全，需要提高可燃氣體報警器的可靠性，確保在一定條件下，能連續(xù)監(jiān)控環(huán)境中可燃氣體的濃度情況，也能及時發(fā)出報警。本氣體報警系統(tǒng)就是為了實現(xiàn)對集中拉油注汽站內鍋爐房的可燃氣體進行實時濃度監(jiān)測與報警集中統(tǒng)一管理。

【Abstract】In chemical production， in order to ensure the overall safety， it is necessary to improve the reliability of the combustible gas alarm detector， and to ensure that under certain conditions， which can continuously monitor the the concentration of combustible gas in the environment， and can send an alarm in time. The purpose of this gas alarm system is to realize the unified management of the real-time concentration monitoring and alarm of combustible gas in the boiler room of the centralized oil and steam injection station.

【關鍵詞】可燃氣體；監(jiān)測；單片機

【Keywords】combustible gas； monitor； single chip

【中圖分類號】TP277 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）09-0183-02

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、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前已經(jīng)得到人們的重視和關注，將其應用到人們的生產(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 火災自動報警系統(tǒng)設計

在對可燃氣體報警器設計中，可以通過對單片機控制技術的應用，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，其內部應用材料為半導體敏感材料，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、油田或者國防領域有效應用。在實際設計期間，還可以使用GS系列傳感器，以ADC0809實現(xiàn)模數(shù)轉換。這種設計方法能實現(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)自動復位修復，硬件故障及時報告控制臺，以完成整個火災自動系統(tǒng)的工作過程。

1.3 火災自動報警系統(tǒng)的構成

火災報警系統(tǒng)的設計包括硬件部分設計和軟件部分設計。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責整個系統(tǒng)的程序控制，是火災自動報警系統(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)轉換模塊。在對可燃氣體報警器設計期間，A/D模數(shù)轉換模塊，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)轉換模塊的應用，能促進A/D轉變，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計中應用的ADC0809實現(xiàn)模數(shù)轉換，應用的為逐次漸進型的A/D轉換器，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變?yōu)殡娏康钠骷陨硪矠橐环N功能模塊，能夠將外界的各個信號轉變?yōu)殡娦盘?，也能有效的控制和測量工作。在實際設計中，氣體傳感器多為GS系列傳感器。GS系列氣體傳感器的應用具備較大優(yōu)勢。其應用的材料為半導體敏感材料，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。在該材料應用模式下，設計可燃氣體報警器，并應用到各個發(fā)展領域，能確保其意義的發(fā)揮和實現(xiàn)。半導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，氣體傳感器應用該材料設計，受到溫度的影響，將帶來漂移現(xiàn)象。所以，在報警器設計中，還需要將該問題作為關鍵有效思考。

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 軟件電路的調試

3.1 調試前準備工作

本設計的元器件較少，要確保線路連接更準確。當發(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語言程序來設計的，相對匯編程序的編程，C語言的應用，在多方面都具備很大優(yōu)勢，尤其是功能、結構和維護工作等，在操作上都較為方便，更便于程序的開發(fā)、修改和調試，相信使用過匯編語言的程序設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)和調試，編譯所生成的目標代碼效率很高，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為基礎的傳感器預熱1～2分鐘之后，系統(tǒng)開始正常工作，保險起見，我們在此設定為預熱三分鐘。程序初始化之后，進入運行監(jiān)控狀態(tài)。當煙霧傳感器檢測到超標的可燃氣體濃度或者煙霧濃度時，聲光系統(tǒng)發(fā)出報警，并通過外接設備把出現(xiàn)火災地點，現(xiàn)場氣體濃度，溫度等相關信息傳遞給報警中心控制臺。

【參考文獻】

【1】求是科技. 單片機應用系統(tǒng)開發(fā)實例導航[M]. 北京：人民郵電出版社， 2003.