基于AT89C51的燃氣泄漏報警與應急處理器

0 引言

隨著城鎮(zhèn)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有發(fā)生，因此安裝燃氣報警器已越來越受到重視。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(jiān)控系統(tǒng)雖技術先進但價格昂貴，須設專用機房和專人管理，使用范圍局限于條件較好，物業(yè)管理水準較高的住宅區(qū)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(xiàn)，不能更換，有的產(chǎn)品利用燃氣管道專用電磁閥控制氣源，其安裝需拆動原管路，須報請燃氣公司派專人處理，十分麻煩，因此也難為廣大用戶所用。據(jù)此現(xiàn)狀，我們研制了一種基于單片機技術的燃氣泄漏報警與應急處理器。該系統(tǒng)不僅能及時準確地檢測出燃氣的泄漏，進行聲光報警，還能實現(xiàn)自動應急處理（排風和關閉閥門切斷氣源）；傳感器損壞能自查報警，用戶可及時發(fā)現(xiàn)并能自行更換；閥門開閉裝置設計獨特，安裝無需拆動原管路，使用十分方便，因此特別適合于無條件建立或加入集群監(jiān)控系統(tǒng)的廣大燃氣用戶使用。

１　硬件結構與工作原理

1．1 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)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，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、判斷，確認為事故泄漏后，發(fā)出紅光報警，同時啟動應急處理程序，關閉閥門，切斷氣源，并開啟排風扇排除室內(nèi)被污染的空氣；若檢測到氣敏元件損壞，系統(tǒng)關閉閥門并點亮黃色報警燈，提示用戶更換氣敏傳感器。

1．2 單片機電路

單片機電路是系統(tǒng)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的兩個中斷觸發(fā)信號，下降沿觸發(fā)方式。P1.0、P1.1分別接開關SD1和SD2，用于手動控制排氣扇和燃氣閥門，報警與應急處理驅動信號分別從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，其表面會發(fā)生化學吸附，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VT1等元件組成的開關電路即可獲得“氣——電”信號，完成燃氣泄漏的檢測，調節(jié)RP 1可設置不同燃氣的報警限，C2為延時電容，用于減小傳感器初始穩(wěn)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(xiàn)，致使用戶在毫不知情的情況下繼續(xù)使用已失效的燃氣報警器。為能及時發(fā)現(xiàn)傳感器的損壞，本系統(tǒng)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，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，點亮黃燈報警，能使用戶及時發(fā)現(xiàn)。同時，氣敏傳感器不直接焊入電路，而是通過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蜂鳴器由單片機輸出低電平，經(jīng)三極管驅動報警，發(fā)光二極管則由單片機直接驅動，當確認為事故泄漏時，紅色LED點亮，當氣敏元件損壞時，黃色LED工作。