可燃气体报警器的原理及应用

王亚胜，王景

（中油（新疆）石油工程有限公司,新疆克拉玛依834000）

1 可燃气体报警器简介

1.1 研究背景及意义

在石油化工装置中，存在一些易燃易爆、有毒有害的气体，当这些气体被泄露或者出现在环境中，将引起明显的火灾、爆炸或者是人员中毒等危害。随着我国燃气的变革及诸多化工工程的进行，可燃气体报警器在当前已经得到人们的重视和关注，将其应用到人们的生产生活中或者是煤矿生产中，能确保其作用的发挥和实现。在实际工作中，可燃气体报警器能对周边的可燃气体泄漏情况详细监测，避免泄漏气体对人体身体健康、财产安全带来威胁。

1.2 火灾自动报警系统设计

在对可燃气体报警器设计中，可以通过对单片机控制技术的应用，按照一定程序制作可燃气体报警器。可燃气体报警器在实际应用期间，重点对甲烷实时监控。具体上，如果甲烷的浓度超出一定限定数值，在单片机控制电路中，将发出报警信息。这时候，利用外接排风扇，将避免安全事故的发生。AT89C51具备较高的性价比，通过AT89C51单片机对电路进行有效控制。在可燃气体报警器中，最为主要的为传感器，其内部应用材料为半导体敏感材料，该材料具备更高的灵敏度和稳定性，能避免其干扰，也有较长的使用寿命，对其有效应用能保证我国先进传感器制造水平的提升。使用该材料制作可燃气体报警器，对有毒气体和易燃易爆的检测，可以在矿山、油田或者国防领域有效应用。在实际设计期间，还可以使用GS系列传感器，以ADC0809实现模数转换。这种设计方法能实现检测功能，加强事故处理功能。

系统以单片机控制模块为核心，探测器放置在锅炉厂房的检测位置，在信号检测模块检测到可燃气体之后，声音及闪烁报警及时报警。在出现系统故障的时候，故障检测自动检测故障部位，若是软件故障，系统自动复位修复，硬件故障及时报告控制台，以完成整个火灾自动系统的工作过程。

1.3 火灾自动报警系统的构成

火灾报警系统的设计包括硬件部分设计和软件部分设计。硬件部分由信号采集器、声音及闪烁报警器、单片机控制器、故障检测器等组成。信号采集器主要实现有毒、可燃气体的检测，以确定其浓度；声音及闪烁报警器主要实现火灾发生时的声音报警以及闪烁报警，同时控制台也得到报警；单片机控制器主要负责整个系统的程序控制，是火灾自动报警系统的核心；故障检测器，用于系统故障的自动检测及报警。

2 可燃气体报警系统的硬件组成部分

系统的组成和各个模块。可燃气体报警器的组成为浓度检测、显示模块、控制模块和事故处理模块。

①模数转换模块。在对可燃气体报警器设计期间，A/D模数转换模块，为其中一部分，因为利用单片机还无法进行模拟信号的传递，通过对A/D模数转换模块的应用，能促进A/D转变，也能确保采样、为量化、编码等工作的完成。比如：在可燃气体报警器设计中应用的ADC0809实现模数转换，应用的为逐次渐进型的A/D转换器，在接口电路，不需要和微机相互联系。

②单片机模块。单片机也为单片微型计算机，具备嵌入式微控制器作用，无法在一定逻辑功能芯片下完成，需要将计算机系统和芯片集成。单片机的组成为控制器具、储存器、传输器等[1]。

③传感器。传感器一般是将其存在的非电量转变为电量的器件，自身也为一种功能模块，能够将外界的各个信号转变为电信号，也能有效的控制和测量工作。在实际设计中，气体传感器多为GS系列传感器。GS系列气体传感器的应用具备较大优势。其应用的材料为半导体敏感材料，具备较高的灵敏度和稳定性，能够达到较强的抗干扰目的，也能增加其使用寿命，符合现代化社会发展要求。在该材料应用模式下，设计可燃气体报警器，并应用到各个发展领域，能确保其意义的发挥和实现。半导体敏感材料的特点是具有较高灵敏度和较低能耗，输出的信号强度高，具备的选择性好，对气体较为敏感，整体上更稳定、更可靠。同时，还具备较强的抗高温和抗高湿特点。该材料内也不存在金属催化剂，能够抵抗中毒和饱和。但是，气体传感器应用该材料设计，受到温度的影响，将带来漂移现象。所以，在报警器设计中，还需要将该问题作为关键有效思考。

④声音及闪烁报警系统。采用体积大，声音响亮的无源压电式KM3712x型蜂鸣器，同时采用高亮度的红色报警指示灯共同协同完成报警工作。当烟雾浓度达到报警限，PWM整流电路整流输出一定占空比的脉冲电流，使蜂鸣器发出如警车警笛的声音，同时报警指示灯闪烁报警。

3 软件电路的调试

3.1 调试前准备工作

本设计的元器件较少，要确保线路连接更准确。当发现没有任何问题后，可以给电路板通电。期间，基于对示波器的应用，需要对单片机详细观察和分析，如果在期间发现晶振是正常工作，这时候的单片机也能保证正常工作。如果发现相反现象，则要对晶振电路进行检查，保证将其故障排除。通过对单片机仿真器的应用，还能分析出LED数码管是否正常，如果无法保证，则要对译码器7448的工作状态进行分析，研究其电压的输出情况。最后检查ADC0809在有电压1～5V接入的情况下，有无电压输出。若无问题，硬件调试完毕。最后在这里使用Keil将编译好的汇编语言程序通过输入单元写入单片机系统。

3.2 Keil编程软件

针对AT89C51单片机芯片，我们有美国Keil Software公司研发的软件Keil C51，该软件是基于C语言程序来设计的，相对汇编程序的编程，C语言的应用，在多方面都具备很大优势，尤其是功能、结构和维护工作等，在操作上都较为方便，更便于程序的开发、修改和调试，相信使用过汇编语言的程序设计员会更清楚这一点。

Keil C51软件是通过全Windows界面来实现的，其库函数更丰富，功能更强大，有利于工具的开发和调试，编译所生成的目标代码效率很高，而且代码联系很紧凑，易于程序员的理解和调试。这充分体现了使用C语言编写汇编语言所带来的方便。

我们在Windows系统之下可直接点击运行软件包中DOS/C51DOS.exe，然后选择安装目录安装到指定文件夹即可，方便简单。

现介绍AT89C51所包含的几种头文件：REG51.h其中包括了所有8051的SFR及其位定义，这是专用寄存器include文件；各存储空间的绝对地址定义在了绝对地址include文件absacc.h中；stdlib.h中定义动态内存分配函数；string.h中定义了缓冲区处理函数；stdio.h中定义了输入输出流函数。

3.3 主程序及其流程图

在以KM3712x为基础的传感器预热1～2分钟之后，系统开始正常工作，保险起见，我们在此设定为预热三分钟。程序初始化之后，进入运行监控状态。当烟雾传感器检测到超标的可燃气体浓度或者烟雾浓度时，声光系统发出报警，并通过外接设备把出现火灾地点，现场气体浓度，温度等相关信息传递给报警中心控制台。