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摘 要

瓦斯是一种有毒且易燃易爆的气体,储存在煤层之间且储存量巨大，当人们开采煤矿时会存在安全隐患，另外也要注意家庭生活中厨房用的瓦斯的安全使用，所以对于瓦斯浓度的检测很重要。

本文首先构造出系统硬件框图，选择合适的单片机模块、显示模块、报警模块、按键模块和电源模块。软件部分是通过编程来实现的，程序采用模块化设计思想，各个子程序的功能相对独立，方便调试和修改。本文设计系统通过气体传感器采集空气中瓦斯浓度的数据,将数据转化为模拟信号传送给单片机处理,再将模拟信号转换成数字信号在LCD液晶显示屏上显示出来,如果超过警报值蜂鸣器会自动报警。具体的警报值可以更具具体情况进行设置。测试与运行效果展示表明，本文设计的瓦斯浓度监控系统达到了设计要求。

关键词: 传感器 单片机 瓦斯浓度

Gas concentration SCM system based on single chip

Abstract

Methane is a highly toxic and flammable gas, stored in the coal seam and the huge stockpile, when people coal mining safety hazards exist, also pay attention to the family life in the kitchen with the safe use of gas, so the detection of gas concentration is very important.

The design of the system hard ware block diagram is constructed, choosing the right SCM module, display module, alarm module, the key modules and power supply modules. Software part is realized by programming, the program uses a modular design.The program uses a modular design, each subprogram is relatively independent function, easy to debug and modify. By gas sensor to collect the data of gas concentration in the air, then the data is converted to analog signal to the SCM processing, then convert analog signals into digital signals displayed on the LCD screen, if the value exceeds the alarm buzzer will alarm .Specific alarm values can be set in more specific circumstances. Finally, the last test and operation results showed that, the design of gas concentration monitoring system meets the design requirements in this paper.

Key Words: sensors; SCM; Gas concentration

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 瓦斯浓度测试技术的发展状况 1

1.3 气敏传感器的简介 2

1.4 本论文的设计任务 2

1.5 全文结构 2

第二章 硬件电路设计 3

2.1硬件系统设计 3

2.2系统硬件框图 3

2.3 硬件电路设计 4

2.3.1检测电路的设计 4

2.3.2单片机控制处理电路设计 6

2.3.3显示电路设计 8

2.3.4 报警电路设计 10

2.3.5 按键电路设计 11

2.3.6供电电路设计 11

2.3.7功能扩展 12

第三章 软件系统设计 15

3.1程序设计的语言选择 15

3.2主程序流程图 16

3.3传感器气体浓度采集 17

3.4显示器程序 20

3.5报警程序设计 21

第四章 硬件系统的运行效果展示 23

4.1硬件的测试与运行效果 23

4.2遇到的问题及解决方案 24

第五章 设计总结 25

参考文献 26

致谢 27

附录 28

第一章 绪论

1.1 研究背景

随着经济时代的发展越来越多的能源被人类发现并开采，煤矿就是其中一种非常重要的资源。但是煤矿的开采是非常困难和危险的，瓦斯泄露就是其中一种可怕的安全隐患。瓦斯是一种有毒且易燃易爆的气体，它的主要成分是甲烷，其它还有一氧化碳和硫化氢等有毒气体，如果人体长时间吸入的话会导致人窒息死亡，而且当甲烷的浓度达到它的爆炸界限5%～16％时，一旦遇到明火就会爆炸。瓦斯气体一般储存在煤层之间且存储量巨大，所以在开采一些煤矿的过程中常常会发生因瓦斯泄露或者爆炸而导致的事故。

基于瓦斯气体存在的安全隐患，所以对于瓦斯气体浓度的检测是非常重要的。对瓦斯气体的报警可以通过气体传感器技术和单片机等技术将检测到的瓦斯气体浓度与标准值进行比较来实现，现在标准值的要求是当瓦斯浓度达到0.8%就要报警。当浓度高于标准值时进行声光报警，此时人们就能及时采取相应的措施，尤其要避免出现明火，避免发生爆炸事故，如果有人正在井下进行工作的话必须及时撤离到安全地带，保证自己的人生安全，并利用通风设备对矿井下进行通风处理。

本文设计系统是基于单片机的瓦斯浓度监控系统，当气体传感器检测到瓦斯浓度的变化时会及时通过单片机模块的处理在显示屏上显示出来，当检测到的瓦斯浓度超过标准值时声光报警器就会工作。

1.2 瓦斯浓度测试技术的发展状况

与国外相比我国的瓦斯监控检测技术起步相对较晚，二十世纪八十年代开始才引进国外的这一技术，而且只有部分国有大型煤矿才有能力使用，直到现在很多煤矿在瓦斯监控检测方面还存在着问题。在国外基本上不会开采存在瓦斯安全隐患的煤矿，但是中国不一样中国是一个人口大国，对能源的需求非常大，而且在这些能源中煤矿所占的比又重非常大。所以那些存在安全隐患的矿井照采不误这就导致了瓦斯气体泄漏，矿井爆炸的事件时有发生。我国在瓦斯灾害防治技术方面虽然已经很成熟，但是防灾抗灾的一些安全仪表装备与国外相比仍然有着不小的差距。另外瓦斯气体的检测对气体传感器的灵敏度和稳定性等方面的要求越

来越高，所以研发更先进的气体传感器也越来越重要。

1.3 气敏传感器的简介

气敏传感器主要用于气体检测，比如一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、人体呼吸中乙醇的检测。因为气体的种类繁多、性质不同，不可能用一种传感器来检测所有类别的气体，所以我们按构成气敏传感器的材料来实现对多数气-电转换的传感器的种类的区分，可以分为半导体材料和非半导体材料两类。

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