摘 要

煤气是我国家中常用的燃气之一，由于其相比固态燃料，具有不含硫，氮元素，不会产生有害气体，燃烧充分，不容易造成资源浪费等优点，在国内被广泛应用，即使在农村的大部分人的家中也已经看不到煤，木炭等固体燃料的身影，固体燃料在各种方面都已经几乎被煤气所取代，但煤气也有一些缺点，由于煤气的构成是可燃气体，其泄露后与空气混合会很容易发生爆炸，十分危险，且不完全燃烧所产生的气体中含有一氧化碳，是有毒气体，吸入者若不能及时就医，就很有可能留下后遗症，严重时甚至会导致死亡，出于这样的现状，做出一种可以检测出煤气泄漏并自动作出反应的可自锁智能煤气开关是一件很有意义的事。

这个设计以STC89C51单片机作为器件的控制核心，使用可燃气体的气体传感器来检测空气中是否有煤气泄漏，经单片机判断煤气是否泄露后，根据其结果决定是否驱动电机运作，带动煤气阀门闭合，在煤气阀门上装有以霍尔元件为感应元件的角度传感器，可以检测开关在电机的已经转过的角度，以确定煤气阀门是否确实已经闭合。

关键词：单片机；煤气；自锁开关；霍尔元件；气敏传感器；单片机

Abstract

Gas is one of the common gas in our country. Because of its comparison with solid fuel, it has the advantages of no sulfur, nitrogen, no harmful gas, full combustion and waste of resources. It is widely used in China, even in the home of most people in the countryside, it has not seen the coal, charcoal and other solid fuels. The solid fuel has been almost replaced by the gas in all aspects, but the gas has some disadvantages. Because the gas is a combustible gas, it can easily explode after the leakage of the gas. It is very dangerous, and the gas produced by the incomplete combustion contains carbon monoxide, it is a poisonous gas. If a person fails to get a doctor in time, it is likely to leave a sequelae and even cause death when it is serious. A self-locking intelligent gas switch, which can detect gas leakage and react automatically, is a very meaningful thing.

This design takes STC89C51 as the core of the control of the device, uses the gas sensor of combustible gas to detect the gas leakage in the air. After judging whether the gas is leaked by the single chip microcomputer, it determines whether the motor is driven, the gas valve is closed, and the Holzer element is installed on the gas valve. The angle sensor of the induction element can detect the closing state of the switch and has confirmed that the gas valve has indeed been closed.

Keywords: single chip microcomputer; gas; self-locking switch; Holzer element; gas sensor; single chip microcomputer

目录

摘要 I

Abstract II

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 本文主要工作及设计目标 2

1.3 本文研究内容及章节安排 3

1.4 本章小结 3

第2章 智能可自锁煤气泄漏控制器总体设计方案 4

2.1 方案设计思想 4

2.2 主控单片机的选择 5

2.3 最小开发系统总体方案设计 6

2.4 本章小结 7

第3章 可自锁智能煤气泄漏控制器硬件电路的设计 8

3.1 煤气检测模块 8

3.1.1煤气检测模块的设计思路 8

3.1.2 可燃气体传感器的选择 8

3.1.3 MQ-5可燃气体传感器的介绍 8

3.1.4 煤气检测模块的工作流程 9

3.2 开关控制模块 10

3.3 光电报警模块 13

3.4 本章总结 15

第4章 可自锁智能煤气泄漏控制器软件的设计 16

4.1 煤气检测模块 16

4.2 开关控制模块 16

4.3 光电报警模块 17

4.4 A/D转换程序 18

4.4 总流程 19

第5章 可自锁智能煤气泄漏控制器的仿真 21

第6章 总结 24

参考文献 25

附录A：总体电路图 26

附录B：部分程序 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1 研究的目的及意义

煤气在我国是十分常见的燃气，在多种场合都有应用，尤其在家庭生活中的应用十分广泛，例如家中厨房的燃气，热水器的加热等等，这种燃料生产简单，使用方便，相对于固体燃料更加清洁、方便和安全，运输的成本也更低。因而受到国家的大力推广，我国的西气东输工程更是在很大程度上解决了东部地区的燃气问题，使更多的国民可以使用方便，清洁的燃气，省去了很多人烧柴，烧煤的麻烦的同时，也减少了二氧化硫等污染气体的排放。到了燃气已经大幅普及的今天，我们在大部分人的家中已经看不到煤和柴火等固态燃料的身影。

然而，煤气并非完全的安全的燃料，尽管在正常使用煤气的大部分情况下，煤气是十分安全和方便的，但是在一些情况下，若是煤气因为无法预料的特殊原因发生泄漏，那么其造成的后果可能会十分严重，由于它的组成都是易燃气体，在和空气充分混合与氧气大面积接触时，其燃烧速度过快，很容易发生爆炸，并且，在其爆炸引起火灾后，不充分燃烧所产生的一氧化碳对于人体而言更是有毒气体，因为一氧化碳会与人体内的血红蛋白相结合，抑制人体细胞的呼吸作用，导致人体缺氧，有可能会留下各种后遗症，若就医不够及时，严重时甚至会导致中毒者死亡。根据有关调查结果显示，我国在去年发生的家中燃气泄漏事故的数目为其他场合的两倍，由这样的结果可以看出，在家中人们往往缺乏使用煤气的安全意识，这也是我国家中燃气事故频发的重要原因之一，为此，如果可以设计出一种可以持续检测空气中煤气成分浓度大小，在煤气泄漏时能够及时采取相应对策，关闭泄露煤气的阀门，并发出报警提醒用户危险的电器，就能够在一定程度上补足用户在家中对于煤气安全问题的疏忽，即使在用户不在家或睡眠的期间也可以独立处理一些因为燃气阀门闭合不严所导致的煤气泄漏事故，在大部分的场合可以帮助人们解除煤气泄漏所带来的引发火灾的隐患，可以大幅降低由煤气泄漏引起的事故的发生概率，给使用本产品的用户的生命和财产安全带来可靠的保障。

以单片机为核心控制器件的可自锁智能煤气泄露控制器的制作原料具有大量获取途径且十分便宜，因此造价相比其他方案较为低廉，单片机不需要做十分复杂的运算，可以节省运作所消耗的电量，且具有较强的可靠性，其他的优点有：体积小，方便安装，不会造成不便；抵抗外界干扰能力强，可以适用于包含但不仅限于家庭的多种场合等等，是符合设计目的十分理想的设计方案，对比我国现在家中常用的仅仅具有发出警报功能的煤气泄漏报警器，可自锁智能煤气泄漏控制器对于煤气泄漏的处理更加及时和完善，能够大概率防止由于人员外出造成的煤气泄漏事故发生。

1.2 本文主要工作及设计目标

本文所介绍的智能煤气泄漏自锁开关主要应用于家中使用煤气的场合，如厨房、使用煤气加热的浴室热水器等。

这款可自锁智能煤气泄漏开关通过气体传感器来持续检测空气中是否含有可燃气体成分，将检测所得信号经A/D转换器送入单片机， 89C51单片机作为处理气体传感器模块的输出信号的核心，根据传入信号判断煤气是否泄露，在检测到环境中含有燃气成分时，单片机会发出信号控制声光报警系统发出警报，同时向开关控制电路发出信号使之工作，及时关闭煤气阀门，中止煤气泄漏。

本设计主要实现了以下功能:

持续检测煤气泄露状态，一旦发生泄漏立刻做出反应；煤气泄漏时，声光报警系统运作，蜂鸣器发出报警，LED灯开始点亮；在报警系统运作同时，电机驱动模块在单片机的信号下开始工作，关闭煤气阀门；在阀门控制模块工作时，由霍尔元件为核心所构成的角度测量传感器会开始运作，测量阀门所转过的角度，在确定煤气的阀门已经关好的时候，放出信号使电机停止工作，完成对煤气泄漏的处理。

以下是本论文详细介绍该设计的几个方面：

（1）设计目标功能的实现及总体设计方案的选择

（2）硬件电路设计，概述了各个模块的功能和各种器件的作用

（3）可自锁煤气泄漏开关单片机的软件程序

（4）系统调试和实际效果演示。

1.3 本文研究内容及章节安排

可自锁智能煤气泄漏控制系统的出现很早，尽管国际上已经有这样的产品，我国国内目前大部分家庭所采用的都是只进行报警的煤气泄漏报警装置，在泄漏意外发生时，必须依靠用户自己关闭煤气总阀来阻止事故发生，这在一定程度上会导致对煤气泄漏应对的不及时，有可能会导致事故发生，在人员外出时也无法独立解决煤气泄漏问题，这是十分危险的，因此本文提出一种可自锁智能煤气泄漏控制系统的设计，可以自行关闭煤气气阀，阻止煤气泄漏。

在上述的背景下，本文的设计主要希望能够达到以下目标：

1. 可以检测空气中的可燃气体浓度，智能判断煤气是否发生泄漏。
2. 在煤气泄漏时可以自行关闭煤气气阀，使煤气不再继续泄漏
3. 保证开关闭合，不出现闭合不严或其他异常情况
4. 在没有电的时候也可以正常工作
5. 可以短时间内大量生产，便于扩散和普及

本文将分为以下几个章节，详细介绍这个设计的具体结构

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