毕业设计（论文）智能多功能煤气灶安全防护系统设计.doc

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1、1 绪论1.1 研究背景及课题意义 煤气作为现代家庭的炊用燃料，已得到广泛运用。它的快捷、低污染的优点，给人们的生活带来了舒适和方便，但随着煤气燃具的普及，煤气燃具安全使用问题日益突出。煤气属易燃、易爆、易中毒物质，使用不当或一时疏忽，极易发生事故，且事故一旦发生，往往造成财产的巨大损失。防止煤气漏出，一定要引起足够的重视。因煤气漏出而引起火灾，造成人身伤亡，屡有发生，要引以为戒。造成事故的原因有三：1.管道泄漏；2.灶火被风吹灭；3.灶具在燃，用户却遗忘外出等。随着我国经济建设的发展，各种现代化住宅对煤气泄漏报警系统和自动关闭气源系统提出了更高的要求。大型酒店、饭店、厨房、学生食堂等，智能多

2、功能煤气灶安全防护系统己成为必不可少的装置。设置功能完善的智能多功能煤气灶安全防护系统，对保障人民生命财产的安全，无疑是极为重要的。一般的煤气报警器功能单一或是必须手动复位阀门系统，性能稳定性低；而大型的监控系统又价格不菲，需专门的技术人员来管理，不适用于中小企业和家庭。为此，本人毕业时决定开发了一种用单片机控制的智能煤气监控系统，使它具有结构简单、价格低廉、易于操作等特点。智能多功能煤气灶安全防护系统是将报警与关闭气源联动并加以控制的系统。为了及时发现煤气泄漏隐患和关闭气源，工业和民用厨房、餐厅、学生食堂以及现代智能建筑都已采用智能多功能煤气灶安全防护系统。智能多功能煤气灶安全防护报警系统用

3、于探测可燃气体并给出声响警示信号和关闭气源，具体由煤气灶的探测器、传输线路、控制器和驱动器组成。探测器感受煤气灶安放现场的各种物理参数，将判断结果或模拟量值通过现场总线传回控制器，控制器做进一步处理后给出报警信号并关闭气源，同时也获取来自驱动模块的运行状态信息。1.2 智能多功能煤气灶的发展过程智能多功能煤气灶安全防护系统从发展过程来看，大体可分为三个阶段:第一阶段为多线型煤气自动报警系统，每个传感器除需提供两根电源线外，还需要提供一根报警信号线，传感器电源由报警系统提供，传感器的信号线均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯。此类系统的功能一般以报警为主，辅以一些简单的联动功能，如驱动警

4、报灯等，其报警器对传感器，无故障检测功能，只会对电源线的断线做出故障反应，安装此类系统比较繁锁，工作量较大1。第二阶段为总线型智能多功能煤气灶安全防护系统，已采用微处理器控制。其线制一般为四线制、三线制、二线制。传感器和模块通过总线与控制器实现信号传送。其传感器的输出形式为开关量，它的灵敏度在制造时，通过硬件决定，不可调整。此类系统可通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制2。此类系统已具有系统自检测以及对外围器件的故障检验等功能，但对故障类型不能区分。目前国内生产的煤气灶安全防护系统大多数为此类产品.由于此类产品具有先进的报警和控制功能，安装较为方便，且价格较低，已被大量使用。第三阶段为智能

5、多功能煤气灶安全防护系统，由于采用了先进的计算机控制技术，对传感器输出信号的调理具有智能性，其智能化程度大大提高。传感器的输出形式采用模拟量，并可通过软件对其灵敏度根据使用场合、时间进行设定和调整，如可设定白天、夜间、休息日不同灵敏度。对探测器的使用环境参数变化较大的场所，灵敏度设定相对低一些，对环境较稳定或一些重要的场所，灵敏度设定相对高一些，这一功能可提高系统的稳定性及可靠性，减少误报。1.3 智能多功能煤气灶安全防护系统的组成简介智能多功能煤气灶安全防护系统是由煤气手动控制阀、同步开关、单片机、既能敏感煤气又可敏感烟雾的新型气敏检测电路、按键、显示、声响电路、输出控制电路、报警单元、安全

6、阀等组成，其特征是具有安全控制装置，以及具有其它辅助功能的装置组成。当煤气外泄或灶具在燃而用户遗忘导致食物烧焦散发出烟雾时,既能敏感煤气又可敏感烟雾的新型气敏检测电路将煤气等物理量变成电信号，传给单片机,单片机控制安全阀的启闭动作,从而实现煤气灶的安全防护并同时记录煤气泄漏发生的时间。一般智能煤气灶安全防护系统和自动喷水灭火系统、室内消火栓系统、排烟系统、通风系统、空调系统、防火门、防火卷帘等相关设备联动，可自动或手动发出指令，启动相应的防火装置3。触发器件:指在智能多功能煤气灶安全防护系统中，自动或手动产生煤气报警信号的器件称为触发器件，主要包括可燃气体探测器和手动报警按钮。可燃气体探测器是

7、能对气体参数（烟、煤气浓度等）做出响应，并自动产生报警信号的器件，按照响应煤气浓度等物理参数的不同，煤气探测器分成感烟火灾探测器、可燃气体探测器等基本类型。不同类型的煤气探测器适用于不同类型的煤气灶和不同的场所。手动煤气报警按钮是手动方式产生煤气泄漏报警信号从而启动煤气泄漏自动报警系统的器件，也是煤气自动报警系统中不可缺少的组成部分之一。煤气外泄报警装置:在智能多功能煤气灶安全防护系统中，用以接收、显示和传递煤气报警信号，并能发出控制信号和具有其它辅助功能的控制指示设备称为煤气报警装置。煤气外泄报警控制器就是其中最基本的一种。煤气外泄报警控制器担负着为煤气探测器提供稳定的工作电源；监视探测器及

8、系统自身的工作状态；接受、转换、处理煤气探测器输出的报警信号；进行报警；指示报警的时间，同时执行相应辅助控制等任务，是智能多功能煤气灶安全防护系统中的核心组成部分。煤气警报装置:在智能多功能煤气灶安全防护系统中，用以发出区别于环境声、光的警报信号的装置称为煤气外泄警报装置，煤气外泄警报器是一种最基本的煤气外泄警报装置，通常与煤气外泄报警控制器组合在一起，它以声、光音响方式向报警区域发出煤气外泄警报信号，以警示人们采取安全疏散、关闭气源、防火等措施。警铃是一种警报装置，用于将报警信号进行声音中继的一种电气设备，警铃大部分安装于建筑物的公共空间部分，如走廊、大厅等。安全防护控制设备:在智能多功能煤

9、气灶安全防护系统中，当接收到来自触发器件的煤气报警信号后， 能自动或手动启动相关安全防护设备并显示其状态的设备，称为安全控制设备。主要包括煤气外泄报警控制器，自动关闭煤气的控制装置，室内防火系统的控制装置，防烟排烟系统及空调通风系统的控制装置，常开防火门、防火卷帘的控制装置，煤气警报装置、通信设备、疏散指示标志装置等控制装置中的部分或全部。电源: 智能多功能煤气灶安全防护系统属于安全防护用电设备，其主电源应当采用消防的电源，备用电源采用蓄电池。系统电源除为煤气报警控制器供电外，还为与系统相关的安全防护控制设备等供电。1.4 研究智能多功能煤气灶安全防护系统的意义煤气作为现代家庭的炊用燃料,已得

10、到广泛运用。但在使用过程中,引发的事故较多,且事故一旦发生,往往造成财产的巨大损失。造成事故的原因有: (1) 管道泄漏；(2) 煤气灶火被风吹灭；(3) 灶具在燃,用户却遗忘外出等。目前,市面上已有能防火被风吹灭的灶具,但管道泄漏、灶具在燃,用户却遗忘外出等问题尚未解决。针对这一问题,本文提出一种“智能多功能煤气灶安全防护器”的设计。随着社会经济的发展，建筑物、构筑物应用材料的多样性，科学技术的发展，易燃材料增多，加之人们生活环境和生活方式的变革，煤气使用引发的事故日益增加，特别是引起火灾等事故，火灾造成的人员伤亡和经济损失逐渐增多。尤其是近几年来，高层建筑人量增加，一旦发生火灾，灭火的难度

11、更大。随着我国经济建设的发展，各种现代化居民楼对煤气报警、自动防火和自动灭火系统提出了更高的要求。大型宾馆、酒店、食堂、厨房等，智能多功能煤气灶安全防护系统己成为必不可少的安全防护装置。设置功能完善的安全防护设施，对保障人民生命财产的安全，无疑是极为重要的。“可燃气体防护”已逐渐形成一门独立的学科，专门研究如何预防和控制可燃物燃烧的发生和蔓延。当今世界，由于电子技术、自动控制技术及计算机技术的高速发展，有力地促进了智能多功能煤气灶安全防护系统的发展。现代安全防护系统，无论在结构上还是在功能上，都已达到很高的水平。现代安全防护系统中采用了先进的煤气探测器、烟雾探测器和火灾探测器，自动确认煤气泄漏

12、、烟雾和火灾并发出相应的报警信号，自动安全阀、防火、排烟和灭火等设备。智能多功能煤气灶安全防护系统的设计，涉及到许多领域和学科，如化学、微电子、信息科学、通讯、网络、信号处理、电气等，并且己经大量融入计算机技术、电子技术、传感器技术以及现代自动控制技术。总之，现代智能多功能煤气灶安全防护系统适应了各种居民楼的需要，是人们高度的安全意识的体现，又是现代科技发展的高度结晶。智能多功能煤气灶安全防护系统结构复杂，技术要求较高，再加上部分生产厂家对自身技术实施保密措施，使得系统的维护管理难度增大。1.5 本设计研究内容及本文概况本设计的工作是研发设计一种用于厨房的智能多功能煤气灶安全防护系统。该安全防

13、护系统是以89C5l单片机作为控制中心，接受、处理可燃气体探测器输出的报警信号并进行声光报警，同时执行相应的辅助控制等任务;监视探测器及系统自身的工作状态并能为可燃气体探测器提供稳定的工作电源。论文一共分为四部分介绍。第一部分是绪论，介绍了国内外智能煤气灶安全防护系统的研究背景,课题意义,发展过程，简要说明了研制智能煤气灶安全防护系统的意义和硬件部分的研制过程；第二部分是智能多功能煤气灶安全防护系统硬件组成及原理；第三部分是智能煤气灶安全防护系统的软件设计；第四部分是系统可靠性分析。该设计的样机实现了煤气泄漏报警及切断煤气等功能，有效防止了因煤气使用引起的意外灾害的发生，大大提高了广大煤气用户

14、的安全，对减灾防灾具有十分重要的意义。设计中有些技术我甚至都还没有接触过，因此这次毕业设计对我来说是一个难度相当大的挑战。但我觉得这次设计如果我认真做的话，将会让我对以前所学的一些单片机和传感器有了更深刻的理解和把握，如果能够熟练的进行单片机和传感器设计的话，将会为自己以后的生活道路铺上一层更牢固的奠基石！2 智能多功能煤气灶安全防护系统硬件组成及原理2.1 系统功能及总体框图 2.1.1 系统基本功能智能多功能煤气灶安全防护系统的基本功能如下：(1)实现对煤气管道泄漏的实时监测； (2)根据监测情况自动报警;(3)根据报警状况自动关闭煤气管道电磁阀并开启排气装置；2.1.2 系统硬件总体框图

15、本系统硬件部分主要由传感器单元，单片机单元，驱动单元，报警单元四部分组成,其系统硬件总体框图如图2.1所示。图2.1 智能多功能煤气灶安全防护系统硬件总体框图传感器单元主要由既能敏感煤气又可敏感烟雾的新型气敏检测电路组成。为了提高系统可靠性，减少误报和漏报，本系统采用了高精度的新型传感器，能根据具体情况发出煤气管道泄漏信号。以89C51单片机为核心，接收并处理煤气管道泄漏信号，输出报警信号、驱动步进电机关闭安全阀信号等。电机驱动单元为电机驱动电路，由单片机发出控制信号从而控制电机相应的正反转动从而实现安全阀的关闭操作。2.2 设计所用系列单片机的介绍图2.2 89c51芯片2.2.1 MCS-

16、51系列单片机的特点单片机因其功能丰富、软件设计灵活、体积小且价格低廉，而在家电产品中得到广泛的应用。MCS-51是INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的7，所以人们习惯于用8051来称呼MCS-51系列单片机，而8031是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到8031的名称。INTEL公司将MCS-51的核心技术授权给了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051为核心的单片机，当然，功能或多或

17、少有些改变，以满足不同的需求，其中89C51与传统的单片机相比指令执行速度有很大的提高，这也是本设计选择此款单片机的主要原因。MCS-51系列单片机的主要功能如下：1. 8位CPU2. 4kbytes 程序存储器(ROM)3. 8bytes的数据存储器(RAM)4. 32条I/O口线5. 111条指令，大部分为单字节指令6. 21个专用寄存器7. 2个可编程定时/计数器8. 5个中断源，2个优先级9. 一个全双工串行通信口10. 外部数据存储器寻址空间为64kB11. 外部程序存储器寻址空间为64kB12. 逻辑操作位寻址功能13. 双列直插40PinDIP封装14. 单一+5V电源供电MCS

18、-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地通过增删一个模块就可使引脚和指令兼容的新产品，从而容易使产品形成系列化。由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给应用提供了极大的便利。MCS-51的指令系统近乎完善，指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于

19、编程来说，是相当灵活和方便的。MCS-51单片机的工作频率为2-12MHz，当振荡频率为12MHz时，一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更快。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达到最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。MCS-51的开发环境要求较低，软件资源十分丰富，介绍其功能特性书籍和开发软件随处可取，只需配备一台PC（个人电脑对电脑的配置基本上无要求），一台仿真编程器即可实现产品开发，早期的开发

20、软件多使用DOS版本，随着Windows视窗软件的普及，现在几乎都使用 Windows版本，并且软件种类繁多，琳琅满目，在众多的单片机品种中，C51的环境资源是最丰富的，这给C51用户带来极大的便利。根据本系统的需要，我们采用了MCS-51系列中的89C51单片机。89C51是高性能COMS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个可编程I/O口线，2个16位定时计数器8，6个中断源。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用位中央处理器（RAM）和Fla

21、sh存储单元，功能强大89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域9。2.2.2 89C51单片机芯片内部结构和引脚概述89C51单片机与早期Intel的8051/8751/8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，只不过用Flash ROM替代了ROM/EPROM而已。89C51单片机内部结构由运算器、控制器、存储器和I/O接口组成，如图2.3所示。图2.4是89C51的引脚结构图，有双列直插封装（DIP）方式和方形封装方式。 图2.3 89C51单片机芯片内部结构图 图2.4 89C51单片机引脚图2.2.3 AT89C5l端口输入/输出介绍P0.0P0.7：P0

22、口8位双向口线。P1.0P1.7：P1口8位双向口线。 P2.0P2.7：P2口8位双向口线。 P3.0P3.7：P3口8位双向口线。P0口是一组8位漏极型双向I/O口，也即地址总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。10在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，且要求接上拉电阻。P1口、P2口、P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，输出缓冲极可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑

23、门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作 输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流11。在Flash编程时，P1口接收低8位地址，P2口接收高位地址和其他控制信号。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表2.1所示：表2.1 P3口第二功能P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。2.2.4 89C51的中断系统89C51单片机有5个中断源(89C52有6个)，4个用于中断控制的寄存器IE、IP、TCON（用65位）和SCON（用2位），用来控制中断的类型、中断的开/关和

24、各种中断源的优先级别。5个中断源有两个中断优先级，每个中断源可以编程为高优先级或低优先级中断，可以实现二级中断服务程序嵌套14。中断是单片机的重要功能。采用中断技术能实现分时操作、实时处理、故障处理功能。2.3 检测电路简介2.3.1 传感器既能敏感煤气又可敏感烟雾的新型气敏传感器通常又叫做探头，是我们监视保护区域发现煤气管道泄漏等问题的第一线感觉器官。既能敏感煤气又可敏感烟雾的新型气敏传感器是把煤气灶发生煤气泄漏时的煤气浓度等特性进行“感觉”，并转变为电信号，传给“大脑”煤气报警控制器，由它来处理判断，一旦信号值大于原来设定的阀值，就立即报警且关闭气源，同时立刻启动其它消防设施防止火灾。严格

25、说来，这种系统还是一个初步智能系统，它的智能是单向性的。它只在控制机中有智能功能而在探测器中没有智能功能，而真正的智能系统应该是可以根据现场环境自动调整运行参数，具有自我学习和自适应能力等一系列高级功能的系统。尽管目前煤气探测器的误报率低，但是随着煤气自动探测系统应用的日益普遍，其绝对数量不断增加，经常产生误报会降低自动探测系统的可信度，造成不必要的损失，影响它的应用。因此，寻找适当的信号处理和探测方式一直是煤气自动探测研究的首要任务15。根据煤气探测方法和原理，目前主要有以下几种煤气探测器:1）可燃气体探测器：可燃气体探测器是对单一或多种可燃气体浓度相应的探测器。可燃气体探测器有催化型和半导

26、体型两种类型。催化型可燃气体探测器是利用难熔金属铂丝加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度。当可燃气体进入探测器时，使铂丝表面引起氧化反应（无焰燃烧），其产生的热量使铂丝的温度升高，从而使铂丝的电阻率发生变化。半导体可燃气体探测器要用灵敏度较高的气敏半导体元件，它在工作状态时，遇到可燃气体，半导体电阻下降，下降值与可燃气体浓度有对应关系。2)烟雾探测器：在煤气灶使用过程中，灶具在燃用户却遗忘外出等问题时常发生，这样很可能造成食物烧焦产生大量烟雾。烟雾是早期火灾的重要特征之一，烟雾探测器是能对可见或不可见的特定的烟雾粒子响应的探测器。它是将探测部位烟雾浓度的变化转化为电信号实现报警目的的一种器件。烟

27、雾探测器有离子感烟式、光电感烟式、激光感烟式等几种型式。3) 可燃气体、烟雾探测器：可用于家庭和工厂的气体泄漏检测装置，适宜于液化气、甲烷、丁烷、丙烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。它是对可燃气体、烟雾等两种或两种以上的参数响应的探测器16。2.3.2 本系统所用探测器简介本系统采用的是可燃气体、烟雾探测器MQ-2。在煤气泄漏瞬间能够准确地发现，并且对非可见的高传输的电晕现象可以完全解除。它具有很小的体积和很宽敏感角度，并能迅速准确的发现煤气灶泄漏的可燃气体和食物烧焦的烟雾。它的实物图如图2.5所示。图2.5 可燃气体、烟雾探测器实物图MQ-2气敏元件的结构和外形如图2.6所示，由微型AL2O3陶

28、瓷管、SNnO2敏感层，测量电极和加热构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热气器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。 图2.6 传感器内部测量电路2.3.3 传感器检测原理简介传感器受煤气等影响其阻值发生相应变化,从而导致电阻上的电压发生变化， 电阻上的电压用u 表示。u 通过LM101A比较器和V- 电压进行比较。当u大于V-时LM101A输出电压为4.6伏，当u小于V-时LM101A输出电压为0伏18。LM101A的输出电压通过P2.2送至89C51单片机内通过软件进行比较。当P2.2输入为高电平时，单片机发出

29、指令驱动安全阀关闭煤气，并且驱动报警器进行报警；当P2.2输入为低电平时，单片机可根据指令进行定时运行等其他正常运行。图2.7 传感器检测电路2.4 安全阀驱动电路模块在中央控制单元中，输入的信号经过逻辑处理以后来判断是属于煤气管道泄漏、烟雾、正常的哪一种情况，根据具体判断来做出相应控制。采用复合管以提高驱动能力, T1 、T2 为中功单管。采用晶体管避免了采用普通继电器的电火花问题,既延长了使用寿命,又保证了安全。电路中的R5 、R6 选用了10、1 W 的电阻。装置的外壳也是特点之一，外壳能够有效的防止尘埃进入装置，从而提高了系统的可靠性。安全阀的设计与使用是本方案设计成功与否的关键之一。

30、采用普通电磁阀不妥,因为电磁阀本身的打火存在隐患。方案中的安全阀采用电机控制球形阀芯旋转,实现煤气管路的开闭。实验表明能很好地解决这一问题，该安全阀已通过防爆鉴定20。中央控制单元控制电机的硬件框图如图2.8所示，从单片机数据口送出的控制信号经过光偶隔离后再经过反相器后输入到放大电路从而驱动安全阀。单片机可分别送出两个信号输入到放大器中分别控制电机的两相通电以及电机反向控制；电机是带动球形阀芯旋转，电机控制的球形阀芯旋转有一个限定范围，当接收到关闭安全阀的驱动信号时，电机正转控制球形阀芯正向旋转达到极限时电机停止转动；当接收到开启安全阀的信号时，电机反转从而控制球形阀芯反向旋转达到极限时电机停

31、止转动。图 2.8 安全阀驱动电路2.5 按键及显示键盘采用薄膜开关,既美观又方便。接通电源后,按下系统开按键，系统开始正常运行;按下系统关闭按键,系统停止工作. 图 2.9 系统按键系统工作状态可通过数码管显示.接通电源时,显示0,如图2.10所示;图2.10 接通电源时数码管显示系统正常工作时,显示1,如图2.11所示: 图2.11 系统正常工作时数码管显示传感器发现危险时,显示2,如图2.12所示:图2.12 发现险情时数码管显示2.6 系统电源电源是各种电子设备必不可少的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。控制系统由电源引入的干扰约占32%，成为工业控

32、制系统的主要干扰源。我国市电电压波动较大，噪声污染较严重，控制系统由电源引起的故障要占更大比例，所以精心设计电源是一项重要工作。2.6.1 电源器件介绍集成稳压器是一种将功率调整管、取样电路、基准稳压、误差放大、启动和保护电路等全部集成在一个芯片上的集成电路。开关电源是相对线性电源说的。由于变压器的磁芯大小与它的工作频率的平方成反比，这样就可以大大减小变压器，使电源减轻重量和体积。而且由于它直接控制直流，使这种电源的效率比线性电源高很多，并且通过用电子线路组成开关式(方波)震荡电路来达到对电能的转换.这种方式有好多优点，一是稳压范围宽，在一定范围内输出电压与输入电压变化无关，是其它方式电源无法

33、比拟的。二是效率高，由于采用开关震荡工作方式，热损耗特别少，发热低。三是结构简单，相对于其它相同功率的电源，开关电源的体积与重量要少得多。因此，在众多的电子设备中，开关式电源己经是相当普遍。2.6.2 系统电源设计方案煤气报警控制器的电源有驱动电机、扬声器工作所需要的5V电源，单片机系统所需要的3.3v 电源以及各种芯片所需要的SV工作电压。我们通过一个5v 的开关电源。把交流电转化为5V直流电，然后再通过集成稳压器将5V直流电转化为系统需要的SV和3.3v 的直流电压。由于系统接入开关电源的电压是安全防护用电，因此可以避免电源掉电。为了确保电源散热及时，加入散热片进行散热保护。根据系统输入电

34、压电流大小，集成稳压器选用7815和7808 芯片，然后再用贴片式稳压器进行变换得到最终需要的电源。2.7 系统报警模块系统报警模块采用双保险的报警方式。当煤气泄漏发生时，一方面在煤气泄漏现场通过扬声器发出报警声音，同时，再由单片机引脚输出给报警灯控制电路，能够控制报警灯的闪烁。单片机通过两个引脚输出信号为了双重保险，使得报警系统更加可靠。当系统判断达到煤气泄漏的一定浓度后，单片机从P1.2引脚输出高电平信号。单片机报警电路图如图2.13所示。图2.13 报警模块注：图2.13中,D3为系统指示灯；OUT1为危险只是灯；OUT2接报警器。报警模块接线方式为：图2.14 报警模块接线图第3章 系

35、统软件设计3.1 Proteus和Keil C软件开发平台单片机开发除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码。用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。keil提供了包括C编译器，宏汇编，连接器，库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一

36、起。keil C51是keil公司针对80C51系列单芯片，在Windows平台上开发出的一套工具软件，通过keil uVision2的IDE(整合发展环境)，提供80C51汇编语言与C51语言的编译/连结、除错/模拟测试，并具备完善的项目管理系统(Project)，以及系统文件说明等功能。 3.2 主程序模块智能多功能煤气灶安全防护系统的软件设计包括主程序模块，中断服务子程序程序模块，数据采集模块， LED显示模块，计数中断程序模块，延时程序模块等多个子程序组成。在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初始化、煤气灶定时功能的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待状态等工作。另外，在主程序

37、模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、定时寄存器，并对它们进行初始化。根据各标志寄存器的内容，设置系统处于待机状态,启动定时器,随后进入循环等待状态。主程序还将根据传感器检测电路的信号完成报警和关闭/开启安全阀等不同的操作21。其主程序流程图如图3.1所示。主程序可实现的功能：切断控制功能,在煤气(烟雾) 浓度超标时,立即切断煤气管道。当故障排除后可自动开启煤气管道。3.3 嵌入式程序的开发本系统的嵌入式程序主要包括以下几个功能模块:1.数据采集模块；2.电机驱动模块；3.报警模块； 图3.1 主程序流程图 开始temp flag=1 停止键?flag=1? 危险输入?flag=0? 开始键?

38、 判断中断来源temp flag=3temp flag=2temp flag=1temp flag=2flag=1 sys=0 disnum=0flag=1 sys=1out=1 dissum=0temp flag=2?flag=0 sys=1out=1 dissum=0temp flag=3?flag=0 sys=1out=0 dissum=2结束 图3.2 外部中断0函数3.3.1 总程序如附录A 3.3.2 数据采集处理程序该系统是对各种探测器所探测到的信号进行检测。系统采用既能敏感煤气又可敏感烟雾的新型气敏探测器。通过对传感器的数据采集来判断是否启动报警系统同时关闭气源。3.3.3 电

39、机驱动模块步进电机为两相式，步进电机都是通过信号驱动，P1.1，P1.2为步进电机两相电流控制信号的输出口，控制步进电机的正反转。3.3.4 报警模块系统报警模块采用双保险的报警方式。当煤气泄漏发生时，一方面在煤气泄漏现场通过扬声器发出报警声音，同时，再由单片机引脚输出给报警灯控制电路，能够控制报警灯的闪烁。单片机通过P1.1，P1.2引脚输出信号分别驱动警铃进行声音报警和驱动警灯进行灯光报警，使得报警系统更加可靠。 4 系统可靠性分析一个煤气报警控制系统想达到的预期目的就是:在它的监控范围内出现报警目标时，应可靠地发出报警，而当监控环境中不存在目标时，不应发出报警讯号。可靠性是说明一个系统性

40、能的最佳指标。而在报警系统中，探测器、各种硬件软件的选择又是影响系统可靠性的关键原因24。下面就本次设计产品的各个方面的可靠性做具体分析：1、在探测器方面，为了提高系统的可靠性，本系统选用了既能敏感煤气又可敏感烟雾的新型气敏元件作传感器,并选用高性价比的单片机89C2051 作控制单元,进行相应的电路设计和安全阀的设计制作。当煤气外泄,或灶具在燃而用户遗忘导致食物烧焦散发出烟雾时,气敏元件接收到上述信号,传给单片机,单片机控制安全阀的启闭动作,从而实现煤气灶的安全防护。此外单片机内置的定时器可实现用户的定时烹煮。2、防尘罩是本设计的一个特色，在可靠性方面起着重要作用. 3、电源方面通过一个开关

41、电源和一个集成稳压器层层转化为系统需要的直流电压。由于系统接入开关电源的电压是安全防护用电，因此可以避免电源掉电。为了确保电源的稳定性和提高散热效果，本系统增加了浪涌保护电路，同时整个电源电路装在一个电源盒中放于整个装置外部，散热好。4、软件的可靠性也是一个非常关键的方面。事实上，在整个控制系统的设计中，应用软件的设计、程序编制所占的工作量是非常大的。一方面保证应用软件的本身的健壮性，使程序能够持续稳定的运行。要做到这一点，首先精心设计了应用软件的总体结构，按照面向对象的观点，综合考虑用户的观点和程序的易实现性，编制出高效率的应用软件；在编写代码时，多次调试，做到思维严密，尽可能减少人为的失误

42、。另一方面，通过采取软件方面的措施提供系统的可靠性。在软件设计中，对重要环节采用多次重复判断以提供系统的可靠性。5、传感器的安装位置应注意避开水蒸气直接影响的位置(如抽油烟机的内侧) ,因为所用的传感器在水蒸气中,阻值也有一些变化可能会导致误报。为避免这种情况,安装在灶台偏下或离灶台几十公分的位置比较合适23。此外选用的89C51型号的单片机，本身具有一个4KB的片内Flash存储器25，我们将系统运行的重要信息，如故障、报警等信息保存起来。同时，当干扰造成程序运行发生混乱或陷入死循环时，可以使单片机复位从而让程序正常运行。总之，智能多功能煤气灶安全防护系统是一项复杂的工程，必须在系统设计、结

43、构设计、软件编制、整机装备和调试阶段各个环节方面统筹安排，严格把关才能保证系统具有高的可靠性26。5 结束语 本毕业设计按照课题“智能多功能煤气灶安全防护系统”应实现的功能设计了所需的硬件电路和相应的软件。本文采用89C51作为控制器和处理器，以报警装置为控制对象，实现对煤气泄漏自动报警的控制。论文一共分为四部分介绍。第一部分是绪论，介绍了国内外智能煤气灶安全防护系统的研究背景,课题意义,发展过程，简要说明了研制智能煤气灶安全防护系统的意义和硬件部分的研制过程；第二部分是智能多功能煤气灶安全防护系统硬件组成及原理；第三部分是智能煤气灶安全防护系统的软件设计；第四部分是系统可靠性分析 所完成的硬

44、件电路和相应软件的设计，基本达到了毕业设计的设计要求。但由于本人水平有限,设计尚有许多不足之处,在此本人表示惭愧.毕业设计结束了，通过毕业设计使我深深感受到了，只有全面系统的学习才能真正的掌握更多的知识。本次历时3个多月的毕业设计，使我对各芯片的工作原理有了更深入的认识，同时也建立起了很强的思考能力，并学习到了课本以外的东西，最重要的是锻炼了独立思考和独立动手的能力，这为我以后走向工作岗位打下了坚实的基础。附录A 主程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit sys = P10;sbit out1 = P

45、11;sbit out2 = P12;uchar flag,disnum;uchar code num10 = 0x0c0,0x0f9,0x0a4,0x0b0,0x099,0x092,0x082,0x0f8,0x080,0x090;/09void delayms(uint z)uint i,j;for(i=z;i0;i-)for(j=124;j0;j-);void main()EA = 1;EX1 = 1;flag = 0;disnum = 0;sys = 1;while(1)P0 = numdisnum;void int0() interrupt 2uchar tempP2 = P2;uch

46、ar tempflag;EX1 = 0;switch(tempP2)case 0x0fe:tempflag = 1;break;case 0x0fd:tempflag = 2;break;case 0x0fb:tempflag = 3;break;switch(flag)case 0:if(tempflag=1)flag = 1;sys = 0;disnum = 1;if(tempflag=2)flag = 0;sys = 1;out1 = 1;out2 = 1;disnum = 0;break;case 1:if(tempflag=2)flag = 0;sys = 1;out1 = 1;out2 = 1;disnum = 0;if(tempflag=3)flag = 1;sys = 0;ou