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單片機可燃氣體報警系統設計

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可燃氣體報警系統整體設計框圖如圖1所示，主控制器由不間斷電源UPS供電。當空氣中的可燃氣體濃度達到或超過設定值時，一般設定高限為20%LEL，高高限為40%LEL，檢測電路即產生與空氣中被測氣體濃度成線性關系的“氣——電”信號，再對該信號（模擬信號）進行分析處理，通過A/D轉化變為數字信號傳至控制器。最后由單片機驅動LED數碼管觸摸屏的彩色液晶顯示屏，顯示氣體濃度值，最后由蜂鳴器完成報警過程。經延時、判斷，確認為事故泄漏后，發出聲光報警，啟動應急處理程序，關閉燃氣管道電磁閥，切斷進口氣源，啟動通風換氣設備（軸流風機）進行排氣。當氣體濃度降低到安全點后，關閉通風換氣設備，停止報警，打開氣體管道電磁閥，達到安全保護目的。 并且系統具有自診斷功能，若檢測到氣敏元件損壞，系統關閉閥門，并啟動故障報警信號，黃色報警燈閃亮，提示用戶更換氣敏傳感器。并考慮了要實現現場氣體濃度顯示，超限預警及自動處理等功能。

可燃氣體報警器設計框圖如圖2所示。當環境中有可燃氣體存在時，傳感器將會產生一定的電壓變化ΔV，考慮到安裝的需要，處理器與可燃氣體傳感器會有一段距離，所以將電壓信號ΔV轉化成4~20mA電流信號，為保證檢測到的信號有較遠的傳輸距離，此電流通過采樣電阻，最后通過A/D轉化電路，將模擬信號轉化為數字信號，通過數碼顯示管顯示出來。

可燃氣體報警系統中的核心元件是傳感器。在初次使用時，對傳感器需進行調零，以便使數碼管顯示的氣體濃度為0%，當環境中存在可燃氣體時，差分放大電路將傳感器生成的電壓信號百度ΔV轉化為4~20mA電流信號，然后送至單片機采樣端口。
檢測電路由補償元件和檢測元件配對組成電橋的兩個臂，遇到可燃氣體時，檢測元件電阻升高，橋路輸出電壓變量，此變量與氣體濃度成正比增大，補償元件起參比及溫度補償作用，其特點是橋路輸出電壓呈線性，具有良好的重復性、響應速度快，元件工作穩定、可靠，本文在設計系統，采用MC102作為氣體傳感器，它對1%濃度的甲烷，其靈敏度為20-40mA。
三、程序實現
3.1程序實現時應考慮的問題
控制器設計 
1.控制器設計框圖 
主控制器是設計的難點，也是系統的最主要部分。一方面：實時的顯示濃度信息，判斷接受數據，進行聲光報警，連鎖控制閥門和排風設備的動作；另一方面：及時響應顯示終端，實現查詢、設定等功能，同時還要實現故障自診斷功能。主控制器主要包括通訊模塊、人機界面、存儲、打印、報警，電源等功能模塊。智能顯示終端通過串口通訊方式，用32KB的EEPROM存儲系統參數及歷史記錄等關機保存數據，用32KB的RAM存儲實時濃度信息。24V到5V電壓轉化通過電源電路部分實現。同時也檢測市電、備電及充電狀況等，其主控制器結構圖如圖3。
  1. #include<reg51.h>    //包含單片機寄存器的頭文件
  2. #include<intrins.h>  //包含_nop_()函數定義的頭文件
  3. unsigned char flag=0; //緊急報警標示位
  4. unsigned char flag1=0; //傳感器檢測報警標示位
  5. unsigned int after_AD_val=0;    //儲存濃度數值范圍是100-10000
  6. unsignedcharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f共陰極
  7. unsigned int TIME_1;
  8. sbit CS=P1^0;       //將CS位定義為P3.4引腳0xc0,
  9. sbit CLK=P1^1;      //將CLK位定義為P1.0引腳
  10. sbit DIO=P1^2;       //將DIO位定義為P1.1引腳
  11. sbit K1=P2^4;
  12. sbit LED1=P2^0;                 //警情指示燈
  13. sbit LED2=P2^1;                 //正常指示燈
  14. sbit BEEP=P2^2;

  16. sbit wei1=P3^0;
  17. sbit wei2=P3^1;
  18. sbit wei3=P3^2;
  19. sbit wei4=P3^3;
  20. unsigned int wan,qian,bai,shi,ge;
  21. void delay1ms()
  22. {
  23.    unsigned char i,j;        
  24.          for(i=0;i<10;i++)
  25.           for(j=0;j<33;j++)
  26.            ;                 
  27. }
  28. void delay2ms()
  29. {
  30.    unsigned char i,j;        
  31.          for(i=0;i<120;i++)
  32.           for(j=0;j<33;j++)
  33.            ;                 
  34. }

  36. void delaynms(unsigned char n)
  37. {
  38.    unsigned char i;
  39.         for(i=0;i<n;i++)
  40.            delay1ms();
  41. }
  42. void key()
  43. {
  44.         if(K1==0)
  45.         {
  46.                 delaynms(5);
  47.                 if(K1==0)
  48.                 {
  49.                         while(!K1);
  50.                         flag++;
  51.                         if(flag==2)
  52.                         flag=0;
  53.                 }
  54.         }
  55. }
  56. /*****************************************************

  58. 函數功能：報警子程序

  60. *****************************************************/
  61. void baojing()
  62. {
  63.         if(flag==1||flag1==1)
  64.         {
  65.                 LED2=1;
  66.                 LED1=0;
  67.                 BEEP=0;
  68.                 delaynms(10);
  69.                 BEEP=1;
  70.                 delaynms(10);
  71.         }
  72.         if(flag==0&&flag1==0)
  73.         {
  74.                 LED2=0;
  75.                 LED1=1;
  76.                 BEEP=1;
  77.         }
  78. }
  79. void display()
  80. {
  81. //unsigned sel;
  82.         wan=after_AD_val/10000;
  83.         qian=(after_AD_val/1000)%10;
  84.         bai=(after_AD_val/100)%10;
  85.         shi=(after_AD_val/10)%10;
  86.         ge=after_AD_val%10;
  87.         //sel=0x01;
  88. //P0=table[wan];
  89.         // P3=sel;
  90.         //        delaynms(3);
  91.         //P3=0x00;
  92. //sel=sel<<1;
  93.          P0=table[qian];
  94.         wei1=1;
  95. delaynms(1);
  96.         wei1=0;
  97. //sel=sel<<1;
  98. P0=table[bai];
  99. wei2=1;
  100. delaynms(3);
  101.         wei2=0;
  102. //sel=sel<<1;
  103. P0=table[shi];
  104. wei3=1;
  105. delaynms(3);
  106. wei3=0;
  107. //sel=sel<<1;
  108. P0=table[ge];
  109. wei4=1;
  110. delaynms(3);
  111. wei4=0;
  112. //sel=sel<<1;
  113. }

  115. /*****************************************************
  116. 函數功能：將模擬信號轉換成數字信號
  117. ***************************************************/
  118. unsigned int  A_D()
  119. {
  120.   unsigned char i,dat;
  121.    CS=1;   //一個轉換周期開始
  122.    CLK=0;  //為第一個脈沖作準備
  123.    CS=0;  //CS置0，片選有效

  125.    DIO=1;    //DIO置1，規定的起始信號  
  126.    CLK=1;   //第一個脈沖
  127.    CLK=0;   //第一個脈沖的下降沿，此前DIO必須是高電平
  128.    DIO=1;   //DIO置1， 通道選擇信號  
  129.    CLK=1;   //第二個脈沖，第2、3個脈沖下沉之前，DI必須跟別輸入兩位數據用于選擇通道，這里選通道CH0
  130.    CLK=0;   //第二個脈沖下降沿
  131.    DIO=0;   //DI置0，選擇通道0
  132.    CLK=1;    //第三個脈沖
  133.    CLK=0;    //第三個脈沖下降沿
  134.    DIO=1;    //第三個脈沖下沉之后，輸入端DIO失去作用，應置1
  135.    CLK=1;    //第四個脈沖
  136.    for(i=0;i<8;i++)  //高位在前
  137.     {
  138.       CLK=1;         //第四個脈沖
  139.       CLK=0;
  140.       dat<<=1;       //將下面儲存的低位數據向右移
  141.                 dat|=(unsigned char)DIO;          //將輸出數據DIO通過或運算儲存在dat最低位
  142.     }                                 
  143.     CS=1;          //片選無效
  144.          return dat;         //將讀書的數據返回     
  145.   }
  146. /*****************************************************

  148.   函數功能：警情檢測子程序

  150. *****************************************************/
  151. unsigned int  jq()
  152. {
  153.         unsigned int AD_val;    //儲存A/D轉換后的值
  154.         AD_val=A_D();    //進行A/D轉換
  155.         if(AD_val>=30)   
  156.         flag1=1;
  157.         else
  158.         flag1=0;
  159.         
  160.         after_AD_val=(9900/256)*AD_val+100;
  161.         
  162. return AD_val;
  163. }
  164. /*****************************************************
  165. 函數功能：主函數
  166. ***************************************************/
  167. void timer1() interrupt 3
  168. {        
  169.         
  170.   TH1=(65536-65535)/256;
  171.         TL1=(65536-65535)%256;
  172.         TIME_1++;
  173.         
  174.         if(TIME_1 > 8)
  175.         {TIME_1=0;
  176.         jq();
  177.         }
  178. }
  179.         

  181. main(void)
  182. {        
  183.         LED2=1;
  184.         LED1=1;
  185.         BEEP=1;
  186.         EA=1;
  187.         TMOD=0X10;
  188.         TH1=(65536-60000)/256;
  189.         TL1=(65536-60000)%256;
  190.         ET1=1;
  191.         TR1=1;
  192.          
  193.     while(1)
  194.       {
  195. //jq();
  196.                         display();        
  197.                   key();
  198.                   baojing();
  199.                                 
  200.                                 
  201.           }
  202. }
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沙發
ID:328014 發表于 2020-6-20 02:22 | 只看該作者
好資料，51黑有你更精彩!!!
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