智能煤气安全阀系统设计

陈俊 唐涛

摘要：本文是一种基于AT89S52单片机智能煤气安全阀系统的设计，主要针对生活中使用液化天然气时所存在的安全隐患进行研究，设计出一种智能煤气安全系统，实现液化天然气泄漏时自动关闭阀门和打开排风扇以及蜂鸣器提示报警等功能。

关键词：安全阀，泄漏，煤气

中图分类号：G648文献标识码：B文章编号：1672-1578（2014）24-0397-01

1.引言

随着城市液化天然气的普及，液化天然气的使用人口越来越多，液化天然气的用途也愈加广泛，煤气安全问题已经成为社会的热点新闻。发生煤气事故的主要原因表现在天然气泄漏、天然气不完全燃烧等，其中在煤气事故中天然气泄漏占的比例最大约50%，主要是由于用户使用不规范、管道泄漏、阀门质量不好等引起的。为了使得用户能够安心的使用天然气，本设计针对使用天然气中存在的安全隐患进行一系列研究，利用kile4和Proteus进行仿真实验，并制造实物检验设计的可行性。

2.系统硬件实现

2.1安全阀。煤气安全阀有弹簧式和杆式两大类。另外还有冲量式安全阀、先导式安全阀、安全切换阀、安全解压阀、静重式安全阀等。弹簧式安全阀主要依靠弹簧的作用力而工作，弹簧式安全阀中又有封闭和不封闭的，一般易燃、易爆或有毒的介质应选用封闭式。本系统的安全阀是家用燃气管道快速自动切断安全阀，可与燃气泄漏报警系统连接，实现自动切断气源。该阀门选用优质黄铜制成，通道位置是直通式其结构为封闭式结构，气流单向流动，公称通径为5mm，尺寸大小为83mm×30mm×30mm（长×宽×厚），独特的小体积设计，使其小巧美观。安全阀结构图如下图1所示：

2.2切断阀。煤气切断阀也选用禾嘉金安牌切断阀，该切断阀适用于天然气、城市煤气等气体，工作压力为0-100KPa，直流脉冲驱动方式关闭阀门，手动复位。驱动电压为9V-12V，驱动电流为≤1.5A。连接方式为对插或胶垫密封，尺寸为110mm×90mm×47mm（长×宽×厚）。切断阀外观图如下图2所示：

3.系统控制部分实现

因液化天然气是一种混合燃料，主要成分为烷烃，本设计使用ATMEGA16单片机为核心控制，以甲烷传感器检测室内空气所含甲烷浓度，当室内空气中所含甲烷浓度超标，控制器立刻发出指令驱动切断阀和安全阀关闭，并以声光报警的方式提示天然气泄漏，打开排风扇以及拨打119报警。考虑到若停电时系统不能正常工作，本设计配备蓄电池，保证安全阀在任何时候都能正常工作。安全阀系统原理图如下图3所示：

3.1单片机处理器。ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

3.2甲烷传感器。MQ-4传感器对甲烷的灵敏度非常高，对丙烷、丁烷也有着较好的灵敏度。这种传感器可检测多种可燃性的气体，特别是天然气，是一款非常适合多种应用的传感器。MQ-4传感器使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当空气中存在可燃气体时，传感器的电导率会随空气中可燃气体浓度的增大而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。甲烷检测原理图如下图4所示：

4.结论

智能煤气安全阀系统进行了软件仿真和实物制作，并进行了相关实验。实验结果表明设计达到预期效果，可实现天然气泄漏时自动报警，并立刻关闭阀门，保证用气安全。本系统实用且效果明显，成本低廉，操作简单，能满足一般家庭的需要，为家庭的用气安全提供了一定保障。

参考文献：

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