基于A(yíng)T89C51的燃氣泄漏報警與應急處理器

0 引言

隨著(zhù)城鎮管道和罐裝燃氣的推廣普及，由于使用不當和設備老化導致的燃氣泄漏爆炸或中毒事故時(shí)有發(fā)生，因此安裝燃氣報警器已越來(lái)越受到重視。然而，目前燃氣報警器的發(fā)展很不平衡，由PC機值守的大型集群監控系統雖技術(shù)先進(jìn)但價(jià)格昂貴，須設專(zhuān)用機房和專(zhuān)人管理，使用范圍局限于條件較好，物業(yè)管理水準較高的住宅區或單位。而一般的燃氣報警器卻大都存在一些缺陷，有的功能單一，可靠性差，傳感器損壞不易發(fā)現，不能更換，有的產(chǎn)品利用燃氣管道專(zhuān)用電磁閥控制氣源，其安裝需拆動(dòng)原管路，須報請燃氣公司派專(zhuān)人處理，十分麻煩，因此也難為廣大用戶(hù)所用。據此現狀，我們研制了一種基于單片機技術(shù)的燃氣泄漏報警與應急處理器。該系統不僅能及時(shí)準確地檢測出燃氣的泄漏，進(jìn)行聲光報警，還能實(shí)現自動(dòng)應急處理（排風(fēng)和關(guān)閉閥門(mén)切斷氣源）；傳感器損壞能自查報警，用戶(hù)可及時(shí)發(fā)現并能自行更換；閥門(mén)開(kāi)閉裝置設計獨特，安裝無(wú)需拆動(dòng)原管路，使用十分方便，因此特別適合于無(wú)條件建立或加入集群監控系統的廣大燃氣用戶(hù)使用。

１　硬件結構與工作原理

1．1 系統框圖

系統主要由單片機電路、檢測電路、報警電路和應急處理電路組成，其結構如圖1所示。

當有燃氣泄漏時(shí)，檢測電路產(chǎn)生“氣——電”信號送單片機，單片機控制蜂鳴器發(fā)出預報警信號，經(jīng)延時(shí)、判斷，確認為事故泄漏后，發(fā)出紅光報警，同時(shí)啟動(dòng)應急處理程序，關(guān)閉閥門(mén)，切斷氣源，并開(kāi)啟排風(fēng)扇排除室內被污染的空氣；若檢測到氣敏元件損壞，系統關(guān)閉閥門(mén)并點(diǎn)亮黃色報警燈，提示用戶(hù)更換氣敏傳感器。

1．2 單片機電路

單片機電路是系統控制的核心。單片機選用Atmel公司的AT89C51，其引腳分配如圖2所示?；就庠O有晶振電路（18、19腳）和上電復位電路（9腳），氣敏元件損壞信號和燃氣泄漏信號分別從P3.2（INT0）、P3.3（INT1）輸入，作為AT89C51的兩個(gè)中斷觸發(fā)信號，下降沿觸發(fā)方式。P1.0、P1.1分別接開(kāi)關(guān)SD1和SD2，用于手動(dòng)控制排氣扇和燃氣閥門(mén)，報警與應急處理驅動(dòng)信號分別從P2.0～P2.4輸出。

1．3 檢測電路

檢測電路包括燃氣泄漏檢測和氣敏元件損壞檢測兩部分，原理電路如圖3所示。氣敏傳感器選用QM型，這是由金屬氧化物半導體材料制成的“氣——電”轉換器件。當有燃氣泄漏時(shí)，其表面會(huì )發(fā)生化學(xué)吸附，使本身電阻（圖中AA’間的電阻）下降，且燃氣濃度越高，電阻下降越多[1]，利用該特性并通過(guò)VT1等元件組成的開(kāi)關(guān)電路即可獲得“氣——電”信號，完成燃氣泄漏的檢測，調節RP 1可設置不同燃氣的報警限，C2為延時(shí)電容，用于減小傳感器初始穩態(tài)的影響。

氣敏傳感器在使用中，其熱絲可能燒斷，但難以發(fā)現，致使用戶(hù)在毫不知情的情況下繼續使用已失效的燃氣報警器。為能及時(shí)發(fā)現傳感器的損壞，本系統特別設計了氣敏元件自檢電路（由R3～R7、VT2、VT3等組成）[2]，元件正常時(shí)，R3上有電壓信號，如熱絲燒斷，該信號為0，VT3集電極輸出低電平至單片機，點(diǎn)亮黃燈報警，能使用戶(hù)及時(shí)發(fā)現。同時(shí)，氣敏傳感器不直接焊入電路，而是通過(guò)七腳電子管座與電路連接，若損壞可方便地從管座中撥出換新，從而解決了更換難的問(wèn)題。

1．4 聲光報警電路

聲光報警分別由蜂鳴器和紅、黃發(fā)光二極管完成。燃氣濃度大于預報警限時(shí)蜂鳴器由單片機輸出低電平，經(jīng)三極管驅動(dòng)報警，發(fā)光二極管則由單片機直接驅動(dòng)，當確認為事故泄漏時(shí)，紅色LED點(diǎn)亮，當氣敏元件損壞時(shí)，黃色LED工作。