燃气报警器（精选5篇）
燃气报警器 篇1
1. 设计思路
通过对大庆地区的民用燃气户内设施进行调查, 研究人员认为想要成功研制新型通用式燃气报警器, 需要从5个关键技术入手进行研究:
第一, 工作电压。各种电磁阀门所对应的燃气报警器工作电压不同, 现阶段有8V/12V/24V三种工作电压, 这意味着新型报警器必须可以分别输出这3种工作电压, 且在每种电压下都能够令电磁阀稳定工作。
第二, 可更换传感器。新型通用民用燃气报警器要能够更换传感器以达到减少使用成本, 延长报警器使用寿命的目的, 且更换传感器时操作步骤不能够过于复杂, 且更换传感器后燃气报警器的精度及工作稳定性不能够下降。
第三, 接口通用。因为不同燃气表所用电磁阀接口并不完全相同, 新型民用报警器要能够连接所有型号的电磁阀。
第四, 体积控制。在实现通用功能的同时, 新型通用民用燃气报警器的体积不能够有明显的增大, 要保持安装简单, 小巧灵便等现有报警器所具备的优点。
第五, 成本控制。在增加新功能前提下, 新型报警器的成本不能过高, 如果超过现有燃气报警器太多, 将不利于大面积推广。
第六, 无线传输。新型报警器要能够实现信息无线传输。
2. 主要研究内容
2.1 关键技术的解决方案
2.1.1 不同工作电压的解决方案
如果新型报警器想要做到通用, 就需要先解决不同电磁阀所对应的不同工作电压这一问题, 所以在研制过程中, 研究人员将解决工作电压的问题放在了首位。为攻克这一难题, 研究人员与燃气报警器生产厂家结合, 在新型报警器加装电压线圈, 使新型民用燃气报警器可以通过新加装的电压线圈输出3种不同的工作电压, 以适应各种型号的电磁阀门。
2.1.2 可拆卸传感器的解决方案
为了解决现有可燃气体报警器测量精度不高, 针对性不强这一问题, 研究人员在多款传感器之间进行对比, 最终选用日本根本公司生产的55A型传感器。该传感器针对天然气探测进行了优化, 测量准确, 且价格适中, 不会大幅度提高生产成本。
在确定所选用传感器后, 研究人员设计了一块小电路板, 将传感器焊接固定在该电路板上, 形成传感器单元, 并设计成可拆卸结构。在传感器老化或损坏后, 只需将原有传感器单元拔出, 更换上新的传感器, 燃气报警器便可继续正常使用, 延长了非易损件的使用时间, 降低了用户的使用成本。
2.1.3 不同插口的解决方案
如果想要燃气报警器与电磁阀联动, 就必须让报警器与电磁阀相连接。在解决了报警器工作电压的问题之后, 接下来研究人员着手解决报警器与电磁阀连接的问题。电磁阀与报警器的连接口存在多种型号, 而且有的燃气表电磁阀是内置的, 有的燃气表为外置电磁阀。为此, 研究人员通过对不同型号的电磁阀接头进行统计, 将所有种类的电磁阀接口归类, 然后设计出相应的可拆装子母头, 在使用不同种类电磁阀时, 只要找出相应的子头插于母头之上便可与电磁阀连接。
2.1.4 体积与造价问题的解决方案
为了控制新型报警器的体积, 研究人员采用外置万能接线盒的方式, 使新型报警器与现有报警器体积相当。在增加通用功能的同时, 研究人员会尽量选用价格较低、体积较小的原件, 这样做不仅能够降低单个报警器的体积, 而且能够有效地控制新型民用报警器的生产成本, 使用户能够更加容易的接受。为了延长民用燃气报警器的使用时间和降低报警器的使用成本, 研究人员在研制新型民用报警器时将报警器中最易老化、损坏的传感器部分设计为可拆卸模式, 而更换传感器的费用要远远低于更换整机, 这样一来用户虽然初次购买新型报警器的费用提高了, 但新型报警器在更换探头的情况下, 能够安全平稳的运行更长时间, 单位时间内的使用成本反而下降。
2.1.5 实现信息无线传输
为了实现信息无线传输, 研究人员在万能接线盒上预留了一个无源触点输出接口。次接口可以连接无线传输模块, 在报警器探测到燃气泄漏并发出报警时, 向相应设备 (手机、电脑等) 发送报警信息, 提示用户家中燃气设施存在异常现象。
2.2 系统设计
2.2.1 系统原理
系统由电源部分, 传感器部分, 信号放大部分, 拨码选择部分, 测试功能部分, 中央控制器部分, 声光报警部件, 控制接口部分等组成。CPU内部集成A/D转换器, 用于采集放大后的传感器电压信号成数字量, 程序逻辑运算分析数字量信号, 在气体浓度超出报警范围时, 发出声光报警, 并且启动输出接口电路, 控制燃气切断阀。
故障检测电路检测传感器是否发生故障, 输出故障信号给CPU供检测。测试按钮用来启动测试操作, 可人工测试声光报警设备是否能正常工作。
2.2.2 关键器件选择与硬件电路设计
(1) 传感器部分
传感器选用线性较好的催化原理, 在通恒压工作情况下随气体浓度变化产生相应的毫伏信号。传感器选用特殊供电方式, 提高工作的稳定性, 软件采用补偿修正算法, 使测量结果更加线性化, 传感器参数一旦确定后, 不可随意更改, 以免供电和补偿参数不匹配。
传感器分为敏感端和对比端两部分, 使用惠斯顿电桥方式获取敏感端微小的电信号变化。
(2) 电源设计
本装置的电源供电总功耗小于5W, CPU使用5V供电, 为了保持系统的稳定性, 采用9VDC输出的AC/DC电路, 然后通过专业芯片DC/DC变换, 确保5VDC电压不受外界供电变化或继电器动作影响。外部电源为交流220V。
3. 技术参数
(1) 工作电压:AC220V/50Hz。
(2) 功耗:正常监视≤1.5W, 报警状态≤3.0W。
(3) 报警音响:大于80dB。
(4) 报警浓度设定:
天然气报警浓度:≥10%LEL
城市煤气报警浓度:≥10%LEL
液化石油气报警浓度:≥15%LEL
(5) 报警输出信号:控制电磁阀或机械手。
(6) 传感器寿命:大于3年。
(7) 使用环境:温度:-100℃~+500℃, 相对湿度≤90%, 不凝露。
(8) 外形尺寸:122mm×76mm×38mm。
(9) 壳体材料和颜色:ABS象牙白。
(10) 传感器结构:可插拔式更换。
4. 实际应用情况
在完成新型报警器的研究后, 研究人员制作了10台样机, 用于验证新型报警器其各项功能指标。
通过筛选, 研究人员确定了5户使用不同表型的民用用户, 将样机悬挂于这些用户家中, 观察报警器的日常使用状态。通过6个月的跟踪, 我们对用户进行了问卷调查, 发现之前老式报警器存在的误报问题得到了根本的解决, 避免了用户在做饭时使用黄酒或烹饪鱼类等因做饭造成的误报现象, 并且在定期的联动性测试中, 新型报警器都能够切断电磁阀门。6个月中5户居民共出现2次报警, 皆因用户在使用过程中火焰熄灭, 天然气扩散导致报警器报警。研究人员将剩余5台新型报警器发放给龙凤分公司辖区和东风分公司辖区内的维修人员, 安排他们在入户维修完毕后对新型报警器进行测试。首先对联动性进行测试, 如果能够联动, 再用皮囊储存天然气, 对报警器进行实际报警测试。在测试的438家用户中, 新型报警器都能够在检测到天然气成分后及时报警, 并顺利切断电磁阀门。
结语
新型通用式民用燃气报警器能够有效地解决现有燃气报警器存在的诸多缺陷, 减少企业的库房储备数量, 减少燃气员工的工作量, 降低用户端使用成本, 并能够实现无线远传功能, 较好的保障用户端安全, 同时为燃气公司的信息化提供了良好的切入契机。新型通用式民用燃气报警器的推广, 会为燃气企业级居民用户带来显著的经济效益和社会效益。
摘要：天然气作为一种优质燃料, 相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净、易输送等优势。但天然气本身的燃点较低, 在空气中的浓度达到5%就会达到爆炸点, 遇明火便会发生爆炸, 造成严重人员伤亡和财产损失。为此, 用户在使用天然气作为燃料时, 都会悬挂能够与电磁阀门联动的可燃气体报警器, 以预防事故的发生。但现有的家用可燃气体泄漏报警器种类繁多, 稳定性差, 经常误报警, 且一种报警器仅能连接几种电磁阀门, 无法做到通用。本文针对现有可燃气体报警存在的不足, 研究出一种新型通用式民用燃气报警器, 并通过实践, 体现出该系统的优越性。
关键词：安全,通用,精准,远程数据传输
参考文献
[1]于宏军.智能与技术[M].北京:电子工业出版社, 1997:4.
燃气报警器 篇2
一、使用背景分析
1、概述
家用燃气报警器是一种适合家庭使用的小型燃气安全防范产品。它能有效地避免因燃气泄漏而引起的爆炸、火灾、中毒等恶性事故，已经在世界上大部分国家或地区广泛应用。
2、国外应用
一些发达国家的城市大力推广甚至强制安装燃气报警器，如日本东京、韩国首尔、德国汉堡等城市，目前有80%以上的居民家庭安装各类燃气报警器。
日本从20世纪70年代开始推广家用燃气报警器，据统计，日本在1970年1年内共发生将近800起燃气事故，死伤人数超过500人。随着日本燃气应用的普及，家用燃气报警器的研制、开发、销售发展迅速，现在已有99.1%的燃气用户(包括管道用户和瓶装用户)装上家用燃气报警器。1998年的资料显示，城市管道燃气用户1年内发生的事故仅为16起。家用燃气报警器在日本发展40余年来，日本政府和生产企业大力推广家用燃气报警器的使用，是燃气泄漏和爆炸等事故的事故率远远低于欧美国家的重要原因之一，家用燃气报警器已成为家庭生活的必需品。（注：应用的为传统型产品）
3、国内应用
家用燃气报警器在我国出现已经有十几年历史，但是即使是十多年的历史，至今家用燃气报警器还是由于种种原因受到冷落。根据媒体调查显示，2012年，哈尔滨的天然气用户为120万，而购买使用燃气报警器的用户只有30%。据北京一位业内人士透露，2010年北京天然气用户已经达到400多万户，但安装了燃气报警器的用户不超过50万户。此外，根据2013年一项网络调查数据显示，家中安装了燃气报警器的网民比例仅为6.76%。根据网络调查显示，仅有35.14%的网民愿意花钱安装家用燃气报警器，而不愿意或者认为无所谓的网民比例占到了半数以上。这些数据或许不能代表全国的情况，却也能够证明，家用燃气报警器在我国的使用情况确实不佳。大多数家庭根本没有把它当一回事，甚至不知道还有这样一个防止燃气中毒和燃气爆炸的“安全卫士”存在。
原因主要有以下几点：
一是老百姓的安全意识不够，很多人存在侥幸心理。
二是，有些居民不介意花钱，毕竟一般家用燃气报警器才200元左右，但是面对市场上良莠不齐的家用燃气报警器，市民们不太信任。
因此要想大力推广家用燃气报警器，就必须加强政府的方向性指导，加强舆论对报警器知识和作用的宣传，生产企业提供有质量保障的产品。这样才能使市民真正提高安全意识，使家用燃气报警器早日进入千家万户，保护大家的安全。
4、国内政策导向
据了解，我国目前还没有要求安装家用燃气报警器的强制性国家规定，但一些地方政府已经迈开了要求强制安装的脚步。
目前，在我国大部分地区，如北京、成都、哈尔滨、青岛、大连、石家庄、济南、武汉等城市，针对燃气中毒事故也采取了相关措施，部分地区将安装燃气泄漏报警器以地方法规的形式予以规定，近3年的结果显示，这些地区的燃气事故正在逐年减少。燃气供应是一个特殊的行业，国家相关规范标准和各地法规都对使用燃气的公共场所及密闭场所做出了具体的规定并强制执行。在家用燃气方面，国内部分省市明确规定新建住宅必须安装燃气泄漏安全保护装置。山东省建设厅《关于推广使用户内燃气泄漏安全保护装置的通知》(鲁建安监字[2004]10号)第二条规定：各地要采取措施，研究制定方案，推广使用燃气泄漏安全保护装置，确保燃气使用安全。要向居民燃气用户积极推广使用户内燃气泄漏安全保护装置。管道燃气用户要安装使用户内燃气泄漏安全保护装置。新建建筑原则上都要安装使用户内燃气泄漏安全保护装置；原有建筑要逐步加装户内燃气泄漏安全保护装置。
《上海市燃气管理条例》第二十五条规定：在室内公共场所、地下或者半地下建筑物内使用燃气的场所，应当安装使用燃气泄漏安全保护装置；未安装使用燃气泄漏安全保护装置，燃气企业不得供气。安装燃气泄漏安全保护装置的燃气供气站点和用户，应当委托专业的检测机构定期对燃气泄漏安全保护装置进行检测。本市提倡居民用户使用家用燃气泄漏报警器。
《城镇燃气设计规范》GB 50028—2006第10.4.3条规定：住宅厨房内宜设置排气装置和燃气浓度检测报警器。
二、行业标准及生产厂家资质管理
从2002年开始，国家对可燃气体探测报警产品实行强制认证制度，并针对产品质量制定了严格的生产许可程序。
1、符合《可燃气体报警控制器》GB 16808—2008
2、通过国家消防电子产品质量监督检验中心检验，取得合格《检验报告》
3、公安部消防产品合格评定中心颁发《产品型式认可证书》。
4、国家认监委批准，新修订的《强制性产品认证实施规则火灾报警产品》于二O一四年九月一日起实施，家用天然气报警器必须具备3C国家强制性认证，家用天然气报警器3C认证是在沈阳消防所进行消防型式认可。
5、根据《中华人民共和国计量法》及其相关实施细则等法规要求，以销售为目的制造计量器具的单位和个人必须具备相应的条件，取得制造计量器具许可证，即“CMC认证”。
三、行业现状情况
1、概述
家用燃气报警器一般安装在厨房，燃气报警器的核心是探测器，当探测器检测到燃气浓度达到报警设定值时，便会输出信号给燃气报警器，燃气报警器发出声光报警并可显示燃气浓度或启动外部联动设备(如排风扇、电磁阀)。对于探测器在安装现场对气体泄漏的感应能力，通常以各种气体爆炸下限的25%以下为报警浓度。根据《家用燃气泄漏报警器》CJ 3057—1996第4.1条，天然气的报警体积分数为0.1%～1.0%，人工煤气的报警体积分数为0.1%～0.5%，液化石油气的报警体积分数为0.1%～0.5%。
不同的可燃气体的爆炸下限和爆炸上限各不相同。根据相关规范，现有燃气报警系统的设计中均设定可燃气体的体积分数在爆炸下限的20%～25%(或以下)和50%时发出警报。这里，爆炸下限的20%～25%时报警称作低限报警，而爆炸下限的50%时报警称作高限报警。
2、现有产品及技术
（1）分类
目前我国国内市场上的燃气报警器种类繁多，按探测器类型大致可分为三种：①接触燃烧式、②电化学式、③半导体式。最常见的是半导体传感器式报警器。由于其敏感度高，体积小，价格低廉等优势使其在众多的报警器中脱颖而出。这种报警器是利用半导体气体传感器作为报警器的探测装置，根据半导体的物理特性，探测装置又可分为电阻式和非电阻式两种。
（2）工作方式
家用燃气报警器有独立型、联网型、混合联网型3种工作方式。独立型报警器独立安装，外接220V或者12V、24V电压，报警器独立工作。检测空气中可燃气体浓度，当达到设定的浓度时，通过报警器上的声光报警装置发出报警信号，以达到预防燃气泄漏、保证人身财产安全的目的。
在联网型工作方式中，燃气管道上的紧急切断电磁阀可与燃气泄漏报警系统连锁或与消防及其他智能报警控制终端模块等连锁，实现现场或远程的连动控制。联网型家用燃气报警器的主要功能是：燃气发生泄漏后，当超过燃气报警浓度时系统便自动切断该用户的燃气供应，并发出声光报警信号，连动控制排风扇。联网型家用燃气报警器工作原理见图1。
在混合联网型工作方式中，报警器在报警的同时自动切断电磁阀，并通过小区门禁系统或者其他消防报警系统将信号送到小区监控中心，可以通过小区短信平台将用户家里燃气泄漏报警信息发送到用户的手机上。有也的产品配备控制主机，可向用户发送短信或拨打电话提醒。
燃气报警器+切断阀+报警主机（可设定拨打手机）
3、市场情况
（1）河南汉威电子股份有限公司
该公司北京办事处负责人李红对家用燃气报警器在国内的应用情况描述：“我们在这个行业做了这么多年，但是一直很茫然，市场对家用燃气报警器的重视很不够，十几年来这种状况一直没有太大改善。为了加强产品宣传，他们找过燃气公司，找过物业，找过开发商，也直接找过居民，但推动起来异常艰难。“我们曾推出‘保平安’的理念，走进小区宣传推广家用燃气报警器，但声势浩大、精心策划的活动却只卖出了区区几台设备。所以，我们的产品目前主要是出口。”
河南汉威电子总结的经验：“政府强制推行的地方，报警器的安装率明显会高得多，但如果来自政府的强制性要求不能得到严格执行，安装率又会随之下降。”最根本的原因是缺乏政府的强制推动。
（2）北京华夏德安科技有限公司
该公司销售网络遍布全国各地，他们每月的家用燃气报警器销售量在两万只左右。在全国庞大的燃气用户数中，这一数字显然少得可怜，而且安装报警器的主要是新建小区，老旧小区很少涉及。
（3）燃气公司
北京燃气集团热线电话96777：“燃气公司只负责燃气管道的维护，燃气报警器的安装并非燃气集团所负责的业务范畴。”
天津燃气集团：“是否安装燃气报警器属于居民自己的行为，不是我们的工作范畴。”
山西晋中燃气公司：“不办理此项业务”。
重庆市燃气协会的一位工作人员说：“按照重庆市的有关规定，开放式厨房由于特殊的房屋布局要求必须安装燃气报警器，但其他格局的厨房不会强制要求。如果燃气公司强制安装了，那就要为之负责任，这个责任太重大了。”
（4）物业公司
北京华夏德安科技有限公司曾主动联系北京一大型居住社区的物业公司，准备免费赠送给该小区业主200台家用燃气报警器，并提供免费安装，却遭到了物业公司的拒绝。“这实在让人难以理解！”华夏德安的负责人显得非常无奈。物业的负责人告诉他们，物业无权允许厂家进入小区为业主安装燃气报警器。“这只是一个借口。真正的原因是他们怕麻烦，反正装不装并不影响物业公司的工作，也没有任何规定对物业提出这样的要求。多一事不如少一事，物业乐得省事。”
（5）用户
老百姓的安全意识不够，很多人存在侥幸心理，认为这么多年没有安装报警器也没有出现问题，何必再花钱呢？他们片面地认为企业推销报警器的目的就是为了赚钱。
（6）政府
由青海省西宁市政府出台的《西宁市公共安全技术防范管理办法》要求：“城市居民住宅公共安全技术防范设施的建设，应当纳入住宅建设规划，并与住宅工程同时设计、同时施工、同时验收、同时投入使用。”西宁新建的使用管道天然气的小区都已经按照该管理办法的要求，从投入使用的第一天起就安装了家用燃气报警器。“凡是进行管道天然气改造的老旧小区，在管道改造的同时也必须安装报警器。”西宁目前的做法是由燃气公司进行公开招标，由中标的企业负责安装，费用算入建设成本，开发商再跟燃气公司进行结算，最后燃气公司再与企业结算。从西宁的做法中可以看出，燃气公司在强制推广安装家用燃气报警器的过程中发挥了主导作用，当然，也离不开开发商、产品生产企业的通力配合。
家用燃气泄漏智能报警系统研究 篇3
针对目前居家安防系统存在的问题,笔者提出一种基于无线通信和GSM移动通信的家用燃气泄漏智能报警系统［3 ～ 5］,对家用燃气浓度、烟雾浓度及室内温度等进行实时监测和双重报警,及早发现事故隐患,采取有效措施,避免事故发生,减少因燃气泄漏而造成的严重损失,具有重要意义。
1 智能燃气报警系统总体方案*
针对目前市面上燃气报警器在通信方式、安全系数等方面的不足,采用无线通信和GSM移动通信相结合的家用燃气泄漏智能报警系统,总体方案如图1 所示。系统包括图2 所示的本地实时监测模块( 发送方) 、远程集中监控模块( 接收方) ,并通过无线通信自组网和GSM移动通信网络构建燃气泄漏智能监控系统。系统采用无线通信传输数据方式,代替了繁琐的布线工序,减少因有线通信线缆故障而造成数据传输中断和出错。若存在燃气泄漏,该系统能第一时间通过GSM移动通信网络短信通知户主,并自动采取声光报警、自动开窗、智能通风及自动灭火等应急处理措施。同时通过无线通信送到小区燃气监控中心实现小区集中实时监控,采取相应的有效措施,并将检测数据存入小区燃气集中监控系统数据库中,便于风险分析与评估。通过GSM移动通信网络和无线通信,实现了双重报警,提高了系统的可靠性,能确保燃气泄漏在最短时间内被发现并被处理,从而做到减少能源浪费,保护生命财产安全,做到防患于未然。
2 系统硬件
2. 1 主控模块
主控芯片采用STC12C5A60S2 单片机,STC12C系列单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051 单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度提高8 ~ 12 倍。内部集成MAX810专用复位电路,两位PWM,8 路高速十位A/D转换( 250K/s,即25 万次/s) ,它有高速、高可靠、低功耗、超低价、强抗静电和强抗干扰的优点。
发送站点主模块与接收站点主模块的电路设计分别如图3、4 所示,发送站点主模块中主要与无线模块( P1. 1 ~ P1. 6) 、ADC( P1. 0、P1. 7) 、串口( P3. 0 ~ P3. 1) 、声光报警( P3. 3、P3. 4) 、矩阵键盘( P2. 0 ~ P2. 7) 、液晶显示( P0. 0 ~ P0. 5) 、继电器( P3. 6、P3. 7) 相连接,接收站点主模块主要与无线模块( P1. 1 ~ P1. 6) 、声光报警( P3. 3、P3. 4) 、串口( P3. 0 ~ P3. 1) 相连接。
2. 2 无线通信模块
无线通信模块采用CC1101 无线收发模块,支持数据包处理、数据缓冲和突发数据传输,广泛应用于低功率遥感勘测、住宅和建筑自动控制、无线警报和安全系统、工业监测和控制及无线传感器网络等领域。在发送站点和接收站点都采用了CC 1101 无线收发模块,硬件设计如图5 所示,数据输入SI、输出SO引脚分别与P1. 6、P1. 7 相连,时钟输出引脚SCLK与P1. 5 相连,接口配置、芯片选择引脚CSN与P1. 2 相连,工作状态引脚GDO0、GDO2 分别与P1. 3、P1. 1 相连,实现无线通信模块与主控芯片的数据通信。
2. 3 串口通信模块
采用PL2303 USB转RS232 控制器,实现USB和标准RS-232 串行端口之间的转换,支持USB电源管理和远程唤醒协议,硬件设计如图6所示。数据接收引脚RXD与P3. 0 引脚相接,接收单片机发送过来的数据,数据发送引脚TXD与P3. 1 引脚相接,将数据发送到单片机。
2. 4 数据采集电路
MQ-5 是半导体气敏器件,它将可燃气体转换成控制信号输出。在其6 个引脚中,H-H是加热电极,通电后使气敏传感器内部保持一定的温度。当有可燃气体与它接触时,其A-B两端导电率就会改变,如果负载等相关条件确定时,随着可燃气体的成分和浓度的不同,则负载两端的变化亦是不同的。当可燃气体浓度越大时,负载两端电压的变化亦越大,而且不同种类的燃气电压变化大小也不同。RP是传感器灵敏度调节电位器,最好选用多圈电位器,可以比较精确地调整灵敏度,其电路连接如图7 所示,其输出接单片机内部AD转换的正负输入端,分别为单片机的P1. 0、P1. 7口。MQ-2 工作原理与之类似。
2. 5 液晶显示电路
该设计采用12864 液晶作为显示器件,具有低功耗、接口方式简单、取指令方便及人机交互图形界面友好等特点。单片机通过串行通信方式控制液晶显示器内各种数据信息,具体电路如图8 所示,片选CS、指令返回RET、指令选择RS分别接单片机的P0. 0、P0. 1、P0. 2 口,数字线SDA、时钟线SCL分别接单片机P0. 3、P0. 4口。
2. 6 GSM短信收发电路
该设计采用西门子的TC35 模块来实现短信发送功能。TC35 是一款双频900 /1 800MHz高度集成的GSM模块,它易于集成,可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。该设计通过单片机串口发送AT指令来控制短信收发,具体电路如图9 所示。模块启动脚IGT接单片机P0. 7,串口接收RXD、串口发送TXD分别接单片机P3. 0、P3. 1 口。
3 系统软件
在keil C51 编程环境下,先初始化I/O口。对发送站点的软件设计,设置计数器1 和定时器2,单片机采集电压信号进行A / D转换成数字信号,A/D为STC12C5A60S2 内部模数转换器,判断转换成功之后的数字信号经过CC1101无线模块发送,采集到的脉冲信号通过计数器进行计数,然后通过CC1101发射模块发送,从而实现数据的采集和无线发送,多点数据采集与处理模块程序流程如图10所示。对接收站点进行软件设计时,先对液晶、无线模块进行初始化,再对页面进行控制,无线模块进行数据的接收,将得到的数据进行处理,再由液晶显示,并通过串口通信发送到上位机进行相应的处理与分析,判断燃气是否泄漏,若泄漏则启动报警系统,否则进入循环,其程序流程如图11所示。
4 结束语
燃气报警器 篇4
关键词：可燃气体报警,LPC2138,数据采集
1 概述
天然气作为一种清洁高效的能源, 越来越多地走入了大部分居民家庭的日常生活, 然而由于使用燃气用具不规范等人为原因造成的燃气中毒事件却接二连三的发生。而家用燃气报警器作为一种有效预防燃气泄漏事件发生的民用安全防范器具, 不被大多家庭所重视, 且目前大多家用燃气报警器只有简单的报警功能, 并无基于其他网络平台的报警及报警后进一步防范措施的处理功能。在智能家居技术、物联网技术高速发展的今天, 设计一种智能化的燃气报警系统必然为给人民群众的财产生命安全奠定一定的基础。
本文设计了一种智能家用燃气报警系统, 该系统以ARM7芯片与可燃性气体传感器相结合, 实时监测家用燃气气体浓度来检测是否有可燃性气体泄漏, 如有泄漏并超过安全范围, 通过声光报警并自动启动排风扇等相关防范措施。
2 系统结构
系统主要由可燃气体传感器、信号处理模块、主控芯片、通信模块、报警模块及控制模块等组成。如图1所示。
在家庭厨房及卫生间各安装一个可燃气体传感器, 通过主控机控制来监测燃气泄漏存在的危险。可燃气体传感器将现场检测的气体浓度转换为电信号, 并通过主控芯片控制的信号处理模块将电信号处理, 通过RS485传送到气体报警控制电路;再根据检测值分别与报警上/下限进行比较, 当某个探测器检测到的浓度超过上限或低于下限时, 通过控制模块输出报警信号, 发送信息至用户手机, 并开启排风装置, 也可以通过主控机进行消音和报警响应。
3 硬件设计
3.1 可燃气体传感器
天然气的主要组成是CH4, 煤气的主要组成有CO、H2、CH4等碳氢化合物、CO2等, 液化气主要含有丁烯 (C4H8) 、丙烷 (C3H8) 、丙烯 (C3H6) 、丁烷 (C4H10) 等。从成本及实际情况考虑, 本系统选择了能对CH4和CO进行检测的可燃气体传感器。管道天然气中的CH4属于可燃气体, 用催化燃烧式气敏元件NAP-55A比较合适。催化燃烧式气敏传感器几乎能响应所有可燃气体, 几乎所有非可燃气体都不能响应。测量CO的敏感气体元件常用电化学和半导体2种, 电化学传感器精确度高, 灵敏度高, 故选用电化学气敏元件测量CO气体。传感器采用恒压供电, 传感器工作电压VGG为 (2.5±0.125) V, 工作电流为 (150~180) m A。
3.2 LPC2138芯片
本系统以ARM7芯片与可燃气体传感器为硬件核心部件。其中ARM芯片选择了飞利浦公司的LPC2138芯片, LPC2138是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7TDMI-STM CPU的微控制器, 并带有512 k B的嵌入的高速Flash存储器, 128位宽度的存储器接口。独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行, 较小的芯片封装, 功耗极低。LPC2138芯片内部还自带10位逐次逼近型A/D转换器。在A/D转换的过程中, 基准电压的稳定对A/D转换的结果十分关键。LPC2138具有独立的基准电压源引脚, 这样就能够很好的保持基准电压的恒定, 这对提高转换精度很有利。
3.3 传感器故障检测设计
国家标准明确规定了在可燃气体报警仪器出现故障, 不能正常工作时要发出故障提示。传感器出现故障时, 仪器将无法进行正常采样, 不能正常的显示当前浓度, 存在很大安全隐患, 此时仪器应该通过声光报警等方式提示报警仪的使用者。传感器故障检测一般可直接从检测电路获取信号, 电化学传感器的工作主要是依靠电流变化, 当传感器损坏无法正常工作时, 恒势电路不再平衡, 电流变化不再正常并会导致电压和正常状态时的电压有很大差别。故可从运算放大器提取信号判断传感器的状况。
3.4 GSM模块
短消息发送模块采用TC35i模块, TC35i西门子工业GSM模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块, 工作在EGSM900和GSM1800双频段, 电源范围为直流3.3~4.8V, 电流消耗休眠状态为3.5m A, 空闲状态为25m A, 发射状态为300m A, 通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V, TC35i的数据接口 (CMOS电平) 通过AT命令可双向传输指令和数据, 支持Text的SMS, 可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。LPC2138通过I/O端口控制TC35的开关机、复位等, 通过串口与TC35进行数据通信, 通信速率为9600Kbps, 采用8位异步通讯方式, 1位起始位, 8位数据位, 1位停止位。
4 软件设计
5 总结
文中设计了一种基于LPC2138的家用可燃气体报警系统, 采用了新的硬件电路设计, 具有一定的智能化, 可以根据可燃气体泄漏的浓度实现报警功能, 包括声光报警及SMS发送, 且可以发出控制信号控制排风扇等设备工作, 来达到降低燃气泄漏的危险。该系统运行结果表明, 系统运行稳定, 可以融合于智能家居的使用, 给家庭安全使用燃气奠定了一定的基础。
LPC2139该芯片具有移植操作系统的功能, 移植操作系统后可提高系统利用率及系统实时性, 在本设计中选用移植u C/OS-II操作系统。u C/OS-II操作系统是一个完整可移植的占先式多任务内核, 源码公开。在本次设计中, 软件完成数据采集、数据处理, 系统自诊断、GSM通信、发送报警信号、发送控制信号等功能。图2为系统软件流程图。
参考文献
[1]李娜.支持多通讯方式的可燃气体报警系统设计[J].仪表技术与传感器, 2012 (02) :42-44.
[2]任先平, 章红.基于Zig Bee网络的家用燃气报警系统[J].计算技术与自动化, 2014 (03) :141-144.
燃气报警器 篇5
关键词：AT89C51,气敏传感器,浓度,报警
0 引言
随着工厂对安全生产的重视, 对于车间具有重大安全隐患的重点部位, 例如南阳防爆集团重机公司高压电工车间的VPI (真空压力浸漆) 工段, 烯料及罐装漆挥发的大量可燃气体时刻给生产和人员带来巨大的威胁, 一旦发生事故所产生的危害是无法估量的, 所以有必要对重点部位进行监控, 若出现燃气浓度超标的现象, 可以及时处理。基于这样的目的, 利用AT89C51单片机设计应用8位键盘控制监控8个部位燃气浓度是否超标, 当达到一定浓度时会产生声光报警, 并关闭阀门、开启排风机, 自动进行紧急处理。
1 燃气浓度超标报警系统的硬件组成与工作原理
该系统硬件主要组成有:AT89C51单片机, 8255, 气敏传感器, 8键盘输入电路, ADC0809, LED显示电路, 声报警电路, 光报警电路, 驱动抽风机电路和阀门关闭启动电路。图1为浓度超标报警系统组成框图。
工作原理:八位键盘输入与8255的PC口相连, 通过与8255连接的单片机AT89C51来检测键盘的输出状态, 如果有输入, 则通过单片机控制ADC0809的地址通道, 对该通道浓度进行转换, 将气敏传感器所检测到的浓度值通过ADC0809转换为数字信号。同时进行通过软件编程来控制对采集到的数据进行处理, 判断是否超过限值, 如果没超过则通过与8255PA、PB口连接的LED显示电路进行显示。如果超过限值显示电路显示“FF”, 启动声音报警和光报警电路, 并启动应急排风机。
2 软件系统设计
如系统框图1, 键盘KEY1-KEY8分别与8255的PC0-PC7相连, 来控制ADC0809的IN0-IN7位, 而IN0-IN7又与所要检测的燃气浓度超标部位的气敏元件相连, 通过对IN0-IN7八个端口超标情况检测判定, 可以达到控制八个单元的目的。AT89C51单片机通过8255PC口来检测八位键盘输入状态, 如果有输入, 检测到8255的PC0-PC7端口中哪路键盘输入, 就通过ATC89C51单片机控制ADC0809的对应地址, 检测地址所对应的单元。该单元的燃气浓度经气敏传感器, 通过与AT89C51单片机发出的启动模数转换信号, 经ADC0809将模拟信号转换为数字信号。单片机P1.0口与ADC0809的EOC端口相连检测模数转换是否完成, 如果转换完成判定是否超过浓度规定限值100D, 如果小于100D则通过8255PA、PB口控制的LED显示电路进行显示通道号和浓度值。如果大于100D则显示通道号, 浓度值位显示“FF”, 并转向声光报警子程序, 启动声光报警电路, 且启动应急处理, 关闭管道阀门, 开启排风系统, 达到消除隐患的目的。图2为程序流程图。
浓度超标报警程序包括:键盘的输入状态查询, 8位键盘输入控制8个通道程序, 数据采集与计算及浓度值判定子程序, BCD码转换子程序, 显示子程序, 延时子程序, 声光报警和应急处理程序。
2.1 8255初始化和键盘输入状态检测
为了减少对AT89C51单片机接口的占用, 该系统利用8255进行扩展, 其中PA、PB口接LED显示电路, 作为输出口, 工作方式为方式0。PC口作为输入口, 用来做8位键盘的输入口。并且在键盘的输入过程中, 为了防止键盘的抖动而产生误键入的判断, 使用了软件抗干扰。
2.2 8位键盘输入处理程序
当检测到8位键盘中有输入就转向该操作通道, 对该路进行处理。
2.3 数据采集与计算程序及浓度值判定
气敏电阻传感器是一种半导体元件, 燃气浓度升高时, 电阻值减小, 但并非线性关系。当通过气敏电阻的电流恒定时, 电阻两端的电压与被测浓度有如下关系:
式中:D———被测燃气浓度;
DC———与气敏电阻特性有关的浓度参数;
K———与气敏电阻特性有关的系数;
VD———气敏电阻两端电压。
依此公式, 并已知参数DC和参数K, 则可以通过气敏电阻两端的电压计算出被测燃气浓度。本次系统中, 我们要解决的就是将气敏电阻两端的电压值经A/D转换器ADC0809变成数字量, 并通过软件方法计算得到浓度。在进行浓度判定, 如果大于100D (以万分数表示) , 就产生报警, 并开启应急系统。若小于100D则显示浓度值。
燃气浓度采集通过P1.0脚查询ADC0809的EOC输出判定模数转换是否完成, 当EOC=1时A/D转换完毕。当浓度值超出100D (这里浓度按万分数显示) , 数码管全部显示FF标志, 并且调用声光报警及启动应急系统。
在浓度值计算公式中, 系数K是一个很小的数, 为计算方便, 将K扩大256倍后与VD做乘法运算, 即256KVD。相乘后, 取高8位舍低8位, 可以抵消K的256倍扩大, 得到准确的结果。输入的A/D转换电压VD在累加器A中, 扩大256倍后的K值为XXH, DC值为YYH。
当浓度值转换完毕, 要对该浓度值进行判定, 若大于100D, 就转向声光报警, 开启应急系统。若小于100D就返回, 进行浓度值的显示。
2.4 燃气浓度转换为BCD码子程序
计算出的燃气浓度值是以十六进制形式存在, 为了LED显示需转换为BCD码。由于有效浓度值不超过100D, 其格式为D、通道号 (1位) 、浓度值 (2位) 。
2.5 声光报警和应急处理程序
为了使可燃气充分的排掉, 排风系统再经过10m工作后关掉, 达到消除隐患的目的。
3 结语
该系统经过多次优化设计, 通过模拟调试满足使用要求, 达到了预期的效果。
参考文献
[1]李光飞编著.单片机课程设计实例指导[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.
[2]冯博琴主编.微型计算机原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社, 2003:2.