1、基于單片機控制的甲烷濃度報警監控儀Design of Methane Concentration Alarm MonitorControlled by Chip Microprocessor李鴻燕張立毅(太原理工大學太原030024【摘要】介紹了一個用單片機控制的甲烷濃度報警監控儀,能夠準確地檢測甲烷含量,當被測氣體中甲烷濃度超過預定數值時,將聲光報警,同時開始排風,可將測量結果傳送20km 之遠。具有消除安全生產的最大隱患、電路設計新穎、參數測量準確、操作方便等特點。【關鍵詞】甲烷濃度,氣體檢測,氣體監控,微機控制,敏感元件,電路設計ABSTRACT The paper presents t

2、he methane co ncentra tio n a la rm mo nito r co ntro lled by chip micro pr ocessor ,tha t can detect the concentra tio n of methane co r rectly.W hen the methane co ncentr atio n in tested air ex ceeds the ra ted va lue,the mo nito r will giv e alarm a nd same time star t the ex haust uni t ,and th

3、e tested r esult ca n be se nt far 20km aw ay .The monitor can remov e the most hid-den peril o f sa fety productio n and is char acterized with new design of circuit ,cor rect measurement par ameter s and conve nient oper a-tio n,etc.KEYWORDS methane co ncentr atio n,g as detectio n,g as monito r ,

4、micro processor contr ol,sensitiv e element,circuit desig n在工業生產中,準確檢測有害氣體尤其是甲烷的含量,并及時給予報警,消除安全生產的最大隱患,具有重要的意義。因此,研制工作可靠、經濟、簡單的甲烷濃度報警監控儀就顯得很有必要。1報警監控儀的工作原理甲烷濃度報警監控儀的工作原理如圖1所示 。圖1甲烷濃度報警監控儀工作原理圖CPU 通過I /O 口輸出低電平經反相器加在催化元件電源端,使催化元件開始工作,輸出一個與甲烷濃度相對應的電壓信號,此電壓經過放大電路放大后,分別送到A /D 轉換、報警電路。A /D 轉換電路將模擬信號轉換為數字

5、信號送入CPU ,CPU 對采樣值進行數值計算,處理后驅動顯示器顯示出被測氣體中的甲烷濃度值。若被測氣體中甲烷濃度超過報警、斷電電路預定的數值時,報警電路發出聲、光報警信號,同時啟動排風設備。當計算機控制系統需要查詢甲烷濃度時,只要發出相應信息,報警監控儀即可將測量結果經串行口及通信電路傳送出去,最長傳輸距離可達20km 。2硬件電路設計為了滿足安全生產的需要,保證系統輸出為本質安全型,同時還要滿足體積小、耗電少、精度高的要求,硬件電路設計中盡可能選用功耗小、性能穩定的集成電路。2.1微控制器CPUCPU 是報警監控儀的核心,完成數據采集、處理、輸出、顯示等功能。選擇通用性強、功耗小、性能良好

6、的8位CM OS 微處理器芯片AT 89C 51,它與常用M CS51型單片機兼容,工作電壓為2.7 6.0V ,具有32條可編程I /O 端口,3個16位定時/計數器,256×8位內部RAM ,內帶8k 字節快閃EPPROM 等特點,大大簡化了電路的設計。2.2敏感元件敏感元件是準確檢測氣體濃度的關鍵。采用熱催化元件與熱導元件分別與金屬膜電阻組成測量電橋,在氣體的電源端加入高電平時,元件開始工作,當環境中無甲烷氣體時,調整電橋平衡,使之輸出為零。當有甲烷氣體時,甲烷氣體以擴散方式進入測量氣室,接于橋臂的熱催元件或熱導元件發生氧化還原反應,引起元件溫度升高,阻值增大,使電橋失衡,輸出

7、與甲烷濃度相對應的電壓信號,測量該電壓信號即可獲得甲*20020423收到,20020520改回*李鴻燕,女,1973年生,在讀碩士,研究方向:智能檢測技術。·29·第15卷第8期電腦開發與應用(總395圖2甲烷濃度報警監控儀軟件流程圖烷濃度。2.3小信號放大電路小信號放大電路采用LM324集成運算放大器,放大敏感元件輸出的電壓信號。2.4A/D轉換電路A/D轉換電路采用Texas儀器公司的T LC542A/D轉換器。該轉換器是采用CMO S工藝, 11路輸入,8位輸出的串行A/D轉換器,與CPU接口簡單,轉換速度快,而且功耗小,最大耗只有10mW。2.5通信電路通信電路采

8、用日本O KI公司的M SM7512B遠距離、低功耗、高可靠性的調制解調芯片,使用該芯片編程容易,外圍電路簡單,通信距離可達20km,遠遠大于其它常用通信芯片的距離。并且小信號傳送穩定可靠,克服了模擬傳送中小信號失真大的缺點,滿足使用需要。2.6可編程看門狗電壓監控電路可編程看門狗電壓監控電路選用Xicor公司的X25045芯片,它是集看門狗定時器功能、電壓監控功能、快閃EPPROM存儲功能為一體的集成芯片?？撮T狗定時器功能對微控制器提供獨立的保護系統,可編程設置三種周期,當系統出現故障時,在預先設定的周期之后也不改變。電壓監控功能可以保護系統使之免受電壓變化的影響,當V cc低于最小轉換點時

9、,系統復位,直到電壓升高且穩定為止。EPPROM可存放數據,安全可靠。這種組合不僅減小電路板,降低成本,而且與C PU接口簡單,性能穩定。3軟件設計系統軟件采用模塊化結構程序設計方法設計,主要包括主程序、定時器中斷服務程序、串行口中斷服務程序、各子程序模塊等。主程序完成系統初始化、打開催化元件、查詢各種狀態并控制相應操作等功能,流程圖如圖2所示。4結束語本監控儀硬件結構簡單,軟件設計靈活,充分發揮了單片機結構緊湊,功能強的優點,并且具有自動報警的功能,是一種電路設計新穎、參數測量準確、操作方便的甲烷濃度報警監控儀。參考文獻(上接第28頁3結束語溫嶺市土地利用數據庫的更新充分利用了3S等現代空間科學技術,進行土地利用現狀變更,使土地利用現狀的調查精度和調查質量上了一個臺階,滿足了土地資源日常管理的需要。今后3S技術在土地利用現狀變更中的應用將得到不斷充實和完善,形成一套完整、快速、成熟的土地利用現狀更新技術方法和技術流程,并逐步向產業化方向發展。土地利用現狀數據庫作為國土資源信息網絡中最基礎數據之一,將為土地利用總體規劃、基本農田保護、建設用地管理等土地資源的宏觀分析與決策提供了依據。拓寬思路,運用新方法、新技術,進一步擴大土地利用遙感動態監測應用領域:利用中、高空間分辨率衛星