基于PIC单片机的可燃气体泄漏报警器设计

作者简介:薛明(1981)),男,助理工程师,从事电气自动化、仪表技术工作。

基于PIC 单片机的可燃气体泄漏报警器设计

薛 明,孙立亭,边洪波

(山东金岭铁矿淄博铁鹰钢铁有限公司,山东淄博255081)

摘要:该设计基于P IC 单片机为核心,以气敏传感器检测可燃气体的质量浓度,经过信号调理后,通过AD 转换器读入单片机中,单片机对检测到的信号进行判断。如果质量浓度超过预定数值时,将发出声光报警,同时切断气源,启动排气扇。系统带有液晶显示和小键盘输入,可设置报警器的相关参数;系统采用市电和电池两路供电;485串行通信,可实现远程控制。该系统电路设计新颖,操作方便,体积小,成本低,功耗低,可靠性高,寿命长。

关键词:气体检测;P IC 微控制器;液晶显示;报警临界值;串行通信

中图分类号:TM 930 文献标识码:B 文章编号:

1006-2394(2010)05-0026-02

D esi gn of Co m bustible G as Leakage A larm Based on PIC M icrocontroller

XUE M ing ,SUN L-i ting ,B IAN H ong -bo

(Iron &Stee l Co .,L td .,Z i bo T i ey i ng ,Z i bo 255081,China)

Abst ract :The desi g n uses the PI C m icr ocontr o ller as the core .Gas sensors are used to detect concentrations o f co m bustible gases .A fter signal cond ition i n g ,t h e read i n g i s trans m itted into t h e M C U thr ough the AD converter to be deter m i n ed by t h eM C U.If the concentrati o n ex ceeds a preset va l u e ,the sound and light alar m w ou l d w ork .A t the sa m e ti m e ,the gas source is cut o ff and the exhaust fan is started .The syste m has a liquid crystal display and a keypad inpu,t so it can set the relevant a lar m para m eters .There are bo t h m ains supp ly and battery -po w ered i n the syste m.Re m ote contro l is realized by 485seria l co mm un icati o n .The circu it design is innovati v e and easy to operate .A lso it has features of s m a ll size ,lo w cos,t l o w po w er consumpti o n ,high re liab ility and long life .

K ey w ords :gas exa m i n ati o n ;si n g le -chip m icr oco m puter of PI C ;LCD d iaplay ;critical value of alar m ;serial co m -m un i c ation

1 系统设计

本设计系统组成如图1所示,主要包括电源电路、传感器信号输入电路、键盘参数设置电路、PI C 单片机主控电路、显示电路、串口通信、继电器控制电路、声光报警电路等。

图1 系统组成框图

2 硬件设计

2.1 PI C 系列单片机特点

(1)PI C 总线结构是哈佛型,指令和数据完全分

开,一个用于指令,一个用于数据,由于可以对程序和数据同时进行访问,所以提高了数据吞吐率。

(2)PI C 的取指和执行采用双指令流水线结构,当一条指令被执行时,允许下一条指令同时被取出,这

样就实现了单周期指令。

(3)寄存器组:PI C 的所有寄存器,包括I/O 口、定时器和程序计数器都采用RAM 形式,而且都只需要一个指令周期就可以完成访问和操作。

(4)PI C 具有高性能精简指令及计算机CPU,只需学会35条单字指令。

基于PI C 单片机的以上优点,在设计中选择

PI C16F876。2.2 电源电路设计

市电经变压器变压后,经整流桥整流,再经电容滤波后,用L M 7812稳压,输出+12V 电压,再经L M 7805稳压得+5V 电压给系统供电。滤波的目的是滤掉交

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流成分,即减少纹波,而保留直流成分,得到较平滑的直流输出。由于要实现市电和电池两路供电,所以需要外接一个+9V 电池以防止断电。直流稳压电源电路框图如图2

所示。

图2 直流稳压电源电路

2.3 数据采集设计

在众多气敏元件中,选用MQ -5气体传感器,其主要特点为:快速响应恢复、优异的稳定性、长寿命、驱动电路简单、大的电信号输出,在低质量浓度中输出变化大、灵敏度高,对毒性气体和周围恶劣的环境有较强的耐性等。MQ-5通过气体吸附在金属氧化物表面,测定半导体电传导度的变化反映气体质量浓度。2.4 存储器设计

系统需要外扩一个数据存储器,作为一种非易失行存储器,FLAS H 在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。为便于读写,本文选用24C01EEPROM 存储器,其可以支持低电压和标准电压,具有128@8存储空间,2线串行总线,斯密特触发,噪声抑制滤波输入,双向的数据传输协议,高可靠性,可以承受100万书写周期且数据保持100年。2.5 键盘显示电路设计2.5.1 键盘设计

键盘设置4个按键,其功能分为:加一,减一,功能键,确认键。按功能键,可以在各功能模块间切换,按确认键确认设置并返回,按加一键进入加一子程序,按减一键进入减一子程序。无键按下时,单片机扫描按键入口,输入为高电平。当扫描到输入为低电平时,消抖动后再次扫描,仍为低电平,确认有键按下;判键值,转去执行相应的子程序。

2.5.2 LC M 046特点及功用

单片机应用系统中,使用的显示器主要有LED (发光二极管显示器)和LCD(液晶显示器),这两种显示器成本低廉、配置灵活,与单片机接口方便。目前LCD 显示较为流行,与LED 相比,LCD 显示有功耗小及显示字符多的特点。本文采用LC M 046。2.6 串行通信设计

单片机与PC 机串行通信采用RS-485,它采用差分信号进行传输;最大传输距离可以达到1.2km;最多可连接32个驱动器和收发器;接收器最小灵敏度可达?200mV;最大传输速率可达2.5M b it/s 。接口芯片采

用M ax i m 公司的RS -485芯片MAX485。PC 机与单

片机串行通信连接如图3所示。

图3 PC 机与单片机串行通讯连接图

2.7 声光报警电路设计

当泄漏气体的质量浓度达到某一定值时,由软件程序将PI C 单片机P14和15置位,P11输出高电平将三极管T1导通,发光二极管灯亮,峰鸣器发出报警声。

排气扇工作一定时间后,泄漏气体的质量浓度逐渐下降,当下降到某一设定值时,由软件程序将P14和P15清零,P11输出低电平将三极管T1截止,发光二极管灯灭,峰鸣器关闭,停止报警。其电路图如图4所示。

图4 声光报警电路

2.8 继电器控制电路设计

继电器控制电路如图5所示,该电路由继电器K1和K 2、排气扇、电磁阀等组成。当泄漏气体质量浓度达到一定值时,通过软件程序将P4和P5置为1,此时三极管VT3和VT4均导通,继电器K 1和K2工作,其常开触点闭合,排气扇工作,进行换气;电磁阀电路接通,将气体管道关闭;当气体质量浓度下降到某一值时,通过软件将P4和P5清零,此时三级管VT3和VT4

图5 继电器控制电路

(下转第30页)

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=410V,定子相绕组电阻R s =0.0878,定子R r =

0.2288,定子绕组自感L s =0.8mH,转子绕组自感L r =0.8mH,转动惯量J =0.662kg #m 2

,额定转速X n =120rad /s ,极对数p =2,转子磁链给定为0.96W b 。仿真结果如图7、图8、图9

所示。

图7

转速响应曲线

图8

转矩响应曲线

图9 相电流曲线

通过仿真得出的结果,可以看出模糊PI 控制器结合了模糊控制器、PI 控制器的优点,消除了各自的缺点,使系统快速性得到保障,没有超调,而且稳态误差为零。3 结论

结合PI 控制器和模糊控制器的各自优点,设计复合的模糊PI 控制器,对异步电机转速进行控制,建立异步电机的控制系统。利用MATL AB /SI M ULI N K 进行仿真,通过设立合适的转速差转换点,使系统自动在模糊控制器和PI 控制器之间转换。该模型简单实用,具有一定的通用性;仿真结果表明该控制方法有效、实用。参考文献:

[

1]石辛民,郝整清.模糊控制及其M ATLAB 仿真[M ].北京:

清华大学出版社,2008.

[2]王成元,夏加宽,孙宜标.现代电机控制技术[M ].北京:机

械工业出版社,2008.

[3]张友鹏,范子荣.基于自适应模糊P ID 控制器的非线性系

统仿真[J].计算机仿真,2007,24(6):150-152.

[4]汪义旺,沈锦飞.基于可变论域模糊控制矢量控制系统的

研究[J].电气传动,2007,37(9):40-46.

(丁云编发)

(上接第27页)

均截止,继电器K1和K2停止工作,其常开触点断开,

关闭排气扇和电磁阀电路,排气扇停止工作,停止报警。

3 软件设计

主程序流程图如图6所示。

图6 主程序流程图

4 结束语

本系统电路设计新颖,操作方便,体积小,成本低,

功耗低,可靠性高,寿命长,可根据不同环境探测不同气体,可以有效的保护使用者的安全。参考文献:

[1]刘笃仁.P I C 软硬件系统设计)))基于P I C16F87X 系列

[M ].北京:电子工业出版社,2005.

[2]刘启中,李荣正,王力生,等.P I C 单片机原理及应用[M ].

北京:北京航天航空大学出版社,2003.

(丁云编发)

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