基于单片机的天然气泄漏检测系统设计完整
摘要
随着经济和科学技术的快速发展，人们对生活质量的提高和生活环境的改善越来越重视。天然气作为一种清洁型能源进入家庭得到广泛使用，为人们的生活带来了方便，减少了城市的污染，提高了生活质量和效率，但是同时，天然气也是潜在的“危险品”，天然气在使用过程中，若管道和阀门密封不好，一旦泄漏出去极易爆炸，危及人们的生命财产安全。面对燃气泄漏而造成的种种事故威胁，我们需要一个解决办法。然而使用天燃气检测系统成为了一个重要的研究课题。
本毕业设计的题目是基于单片机的天然气泄漏检测系统设计。本设计主要是由一个MQ-4传感器采集气体浓度信号，系统建立浓度与电压关系，进行浓度电压转换，浓度显示，声光报警构成的报警装置。本系统由ADC0832处理数据，MCU采用STC89C52，完成气体浓度信号的采集显示内容的传输、显示等功能。本设计的可燃气体报警器由六个部分组成：传感器、数码管显示器、声光报警器、控制电路、A/D转换和电源模块。软件上采用C语言编程，结构简单运行稳定。
该检测系统能够检测天然气浓度，当检测天然气浓度低于设定报警阈值的时候，数码管显示器仅仅显示测得的可燃气体浓度；当检测天然气浓度超出设定报警阈值时给出声光报警，并伴有语音提醒。
关键词：MQ-4传感器；ADCO832；STC89C52；数码管；声光报警
Abstract
With the rapid development of economy and the science technology , people pay more and more attention to the quality of life and the improvement of living environment. Natural gas are widely used in our daily life and brings convenience for people's lives as a cleaner fuel, reduce the city's pollution and improve the life quality and efficiency.
but at the same time, natural gas is also potential dangerous, If not sealed pipes and valve s, they leaked,easily caused by fire ,endangering people's lives and property. Facing the gas leak all kinds of accidents caused by threats, we need a solution. And it is obviously very important to study on the inspection methods and sensors of all kinds of gases.
This graduation design is a gas leak detection alarm system based on single chip microcomputer. This design mainly by an MQ - 4 gas concentration sensor acquisition signals, Concentration and voltage relations system,To convert the concentration of voltage, concentration of voltage conversion, concentration, according to the sound and light alarm alarm device.This system by ADC0832 processing data, use STC89C52 MCU, complete the gas concentration signal collection and display content transmission, display, and other functions.The design of the combustible gas alarm is composed of six parts: sensor,digital tube, sound and light alarm, control circuit, A/D conversion and power module.The software system is based on the C language programming, whose structure is simple and running stable.
This detection alarm system can detect the density of gas , When detecting gas concentration is lower than the set alarm threshold, digital tube display show only measured concentration of combustible gas; When detecting gas concentration exceeds the alarm threshold acousto-optic alarm.
Keywords：MQ-4；ADC0832；STC89C52；Digital tube；Sound and light alarm
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
绪论 (1)
1基于单片机的天然气泄漏检测系统概述 (2)
1.1天然气泄漏检测报警器的概述 (2)
1.2家用天然气泄漏检测报警器现状 (2)
1.3家庭燃气泄漏报警的发展趋势 (2)
1.4天然气泄漏检测报警设计意义 (3)
2天然气泄露检测报警系统的方案设计 (4)
2.1天然气泄漏检测报警系统简介 (4)
2.2气体传感器的选型 (4)
2.3 天然气泄露报警系统的整体设计方案 (5)
2.3.1天然气泄漏报警器工作原理 (5)
2.3.2天然气泄漏报警器的结构 (5)
2.3.3报警器各模块的功能 (6)
3天然气泄露报警的硬件部分设计 (7)
3.1主控电路设计 (7)
3.1.1STC89C52单片机简介 (7)
3.1.2 STC89C52单片机的基本结构 (7)
3.1.3 STC89C52RC单片机的引脚 (8)
3.2电源电路设计 (10)
3.3可燃气体信号采集部分 (11)
3.4 MQ-4气体传感器 (11)
3.5 A/D转换部分 (13)
3.5.1 A/D转换电路 (13)
3.6 气体结果测量计算 (15)
3.7 声光报警部分 (15)
3.8 计数器译码显示电路 (16)
3.8.1 LED 的综述 (16)
3.8.2 LED 的结构 (16)
3.8.3 LED数码管的显示方法 (17)
3.9 复位电路 (18)
3.10 最小系统及按键 (18)
4燃气泄漏检测报警系统的软件部分 (20)
4.1程序设计流程与编程 (20)
4.2系统调试 (21)
结论 (22)
参考文献 (23)
附录A 基于单片机的天然气泄漏检测系统原理图 (24)
附录B 基于单片机的天然气泄漏检测系统结果图 (25)
附录C C程序 (26)
致谢 (34)
绪论
随着人民生活水平的提高及环保意识的增强，世界需求干净能源的呼声高涨，各国政府也透过立法程序来传达这种趋势，天然气曾被视为最干净的能源之一，再加上1990年中东的波斯湾危机，加深美国及主要石油国家研发替代能源的决心，因此，在还未发现真正的替代能源前，天然气需求量自然消耗会增加。
天然气是一种高效、清洁、经济、稳定的生活能源。近年来，随着我国燃气的变革及西气东输工程的进行，天然气通过管道走进了千家万户，极大地方便我们的生产生活，同时也带来了不少的安全隐患。
从工农业生产的各个领域到人们家庭生活的各个方面，人们直接或间接接触各种有毒有害气体的机会大大增加，由此而引起的中毒，火灾和爆炸事故屡见不鲜，严重威胁到人们的生命和财产安全，成为一种新的社会公害。因此对环境气体进行检测和分析技术的研究日益受到人们的重视。传统的分析气体组分和浓度的方法是以色谱法为代表的各种化学计量方法，尽管其测量精度很高，但操作手续繁杂，实验周期长，无法对有毒、有害气体进行实时、连续、瞬时检测，而气体传感器则满足这种要求，并且在人们日常生活中对减少气体爆炸、火灾等事故已经发挥着越来越大的作用。
目前世界各大强国都把传感器技术列为国家发展的重点技术，国防现代化、工业生产过程自动化、家庭电器化都与传感器的发展休戚相关，今天的传感器技术已渗透到国民经济的各个领域，日益突出它的重要作用。集成化、多功能化、智能化、加工技术微精细化、指标高精度化和性能高稳定、高可靠化已经成为人们开发和研究传感器的重要方向。
泄漏检测报警系统被广泛的应用于各个领域，如石油化工企业、石油运输管线、城市自来水地下管线、锅炉炉管、发动机箱体、缸盖等各种领域。
泄漏检测技术在管道检测之中的应用得到了很好的发展。对于管道的泄漏检测要满足以下几个要求：
1.准确可靠地判断泄漏的发生，并能够在较短的时间内判断出泄漏点具体的位置。
2.准确可靠地判断泄漏程度，能对较小量的泄漏做出判断。
3.检测原理简单，易于操作和维护。
1基于单片机的天然气泄漏检测系统概述
1.1天然气泄漏检测报警器的概述
天然气泄漏检测报警器是燃气安全设备非常重要的一部分，它是由气敏传感器、单片机和报警器组成。它是安全使用城市燃气的最后一道保护设备。天然气泄漏检测报警器通过气敏传感器探测周围环境中的天然气浓度，在通过采样电路，将探测到的模拟信号转换成数字信号传递给控制器或控制电路。当检测气体浓度低于设定报警阈值的时候，数码管显示器仅仅显示测得的可燃气体浓度；当检测气体浓度超出设定报警阈值时给出声光报警。气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，这些传感器都是通过对周围环境中的可燃气体的吸附，在传感器表面产生化学反应或电化学反应，造成传感器的电物理特性的改变，经单片机处理后转换成检测气体的响应浓度。其中用的最多的是半导体气敏传感器。
1.2家用天然气泄漏检测报警器现状
现在每家每户只要安装天然气管道的都必须安装天然气报警器。对于目前市场上天然气报警存在以下问题：1、对天然气的检测不敏感或者检测到天然气泄漏并不能及时报警作出相应处理；2、对于天然气检测过于敏感，正常做饭烧水时难免会有少数天然气溢出，此时报警器就不停关阀报警严重影响生活效率；3、存在谎报误报的现象，当空气中存油烟时也会关阀报警所以很多家庭对探测报警器束之高阁当成摆设，买了并不安装；4、功能简单，当天然气发生泄漏时只会关阀报警，倘若家中无人阀门不紧，不能及时处理险情通知户主。所以市面上的天然气泄漏检测报警器亟待于改进，从而才能更好地保障我们的生命财产安全，提高我们的生活质量。1.3家庭燃气泄漏报警的发展趋势
二十多年前，我国的安防报警产品刚刚起步，无论产品技术含量、产品系列完整性、使用性，还是社会影响程度都是相当低的。国外的产品和品牌却占领我们的大部分市场。由于中国的建设正在面临飞速发展，我们应该抓住广阔的市场空间，庆幸的是中国企业抓住了这次机遇，顶住了挑战，先是一批国家的科研院所，后是一批国营企业、民营企业，业内也吸引和凝聚一大批国内的技术和管理精英，花了多年时间，通过几次产品更新换代，就使自己的产品紧紧跟上了国际水平，并且夺回了大部分国内市场，使得现在大多国外产品只有招架之势，这是典型的自力更生，走自己的路。当然目前而言，我们基本占据的是国内市场，对外还刚刚启动。但是，中国企业已经做好准备进军海外市场。
1.4天然气泄漏检测报警设计意义
天然气泄漏造成的事故给我们带来了不少的警示，而市场上的天然气检测报警器并不能为我们提供完善的安全保障，为此我们要设计功能更加完善，探测更加精确的天然气报警器是对付燃气无形杀手的重要手段之一。燃气专家指出，燃气泄漏或废气排放而大量产生的一氧化碳是燃气中毒事件的根源，如采用天燃气泄漏报警器就能得到及时的警示。有关部门经长期测试得出结论，天燃气报警器防止天然气泄漏事故发生的有效率达95%以上。
计算机的普及和信息技术的迅猛发展，人们己不满足于传统的居住环境，对家庭及住宅小区提出了更高的要求，智能化被引入家庭，并迅速在世界各地发展起来。人们对居住环境要求的日见增高，体现在希望住宅不仅更便利、舒适而且更安全。
单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，燃气泄漏则是人们日常生活中常常需要测量和控制的一个问题。单片机有利于为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施。为了防止中毒事件再次发生，提出利用单片机系统进行有效的预防对策。所以怎样防止燃气中毒与爆炸已成为人们的迫切需要。
2天然气泄露检测报警系统的方案设计
2.1天然气泄漏检测报警系统简介
天然气泄漏检测报警系统不仅能够检测环境中的天然气浓度，同时具有报警功能。仪器的最基本组成部分应包括：气体信号采集电路、模数转换电路、单片机控制电路。
气体信号采集电路一般由气敏传感器和模拟放大电路组成，将气体信号转化为模拟的电信号。模数转换电路将从燃气检测电路送出的模拟信号转换成单片机可识别的数字信号后送入单片机。单片机对该数字信号进行处理，并对处理后的数据进行分析，看是否大于或等于某个预设值(报警限)，当检测气体浓度低于设定报警阈值的时候，数码管显示器仅仅显示测得的可燃气体浓度；当检测气体浓度超出设定报警阈值时给出声光报警。同时报警装置会通过语音模块向户主发送语音提醒以便让户主及时做出判断处理。为使报警装置更加完善，可以在声音报警基础上，加入闪光报警，变化的光信号可以引起用户注意，弥补嘈杂环境中声音报警的局限。以上是根据检测报警器应具备的功能，提出的整体设计思路。
气敏传感器及单片机是燃气泄漏报警器的两大核心，根据报警器功能的需要，选择合适、精确、经济的气敏传感器及单片机芯片是至关重要的。传感器的选型将在后面介绍。单片机作为硬件电路的核心，它的概况将在第三章详述。
2.2气体传感器的选型
气体传感器属于气敏传感器。气敏传感器是用来检测气体类别、浓度和成分的传感器。它将气体种类及其浓度等有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱便可获得与待测气体在环境中存在情况有关的信息。所以气体传感器是仪表的核心组成部分之一。由此可见，气体传感器的选型是非常重要的。
该设计的天然气泄漏报警器主要应用在厨房中，根据报警器检测气体种类的要求，一般选用接触燃烧式气敏传感器或半导体气敏传感器。接触燃烧式气敏传感器的探头会出现阻缓及中毒的问题。阻缓是当在气体与空气含硫物质混合的情况下，则有可能在无焰燃烧的同时，有些固态物质附着在催化元件表面，阻塞载体的微孔，从而引起响应缓慢反应滞缓，灵敏度降低。虽然将阻缓的传感器再放回新鲜空气环境中有得到某种程度的恢复的可能，但是如果长期暴露在这样的环境中，其灵敏度会不断下降，导致该传感器最终丧失检测烟雾的能力。中毒是如果环境空气中含有硅烷之类的物质时，则传感器将使催化元件产生不可逆转的中毒，以致灵敏度很快就丧失。当怀疑检测环境中存在这些物质时，需要经常对探头进行标定。经常对传
感器进行标定，是保证其准确性的必要的途径。一般连续使用两个月后应对传感器进行量程校准，这种经常性对传感器的维护需要专业人员和相应设备，特此排除接触式气体传感器，剩下只能选用半导体气敏传感器。半导体气敏传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的气体传感器以及用单晶半导体器件制作的气体传感器，它具有灵敏度高，响应快、体积小、结构简单，使用方便、价格便宜等优点，因而得到广泛应用。半导体气敏传感器的性能主要看其灵敏度、选择性(抗干扰性)和稳定性(使用寿命)。
经过对比上述两种气敏传感器的应用特性，发现半导体气敏传感器的优点更加突出：灵敏度高、响应快、抗干扰性好、使用方便、价格便宜，且不会发生探头阻缓及中毒现象，维护成本较低等。因此，本设计采用半导体气敏传感器作为报警器气体信息采集部分的核心。而在众多半导体气敏传感器中，本设计选用MQ-4型气敏传感器，这种型号的传感器对天然气有很高的灵敏度对乙醇的灵敏度很低，具有快速反应快速恢复、使用寿命长、稳定可靠等优点。
2.3天然气泄露报警系统的整体设计方案
2.3.1天然气泄漏报警器工作原理
本论文中的天然气泄漏报警器以STC89C52单片机为控制核心，通过MQ-4型电阻式半导体传感器采集空气中天然气浓度。气体传感器MQ-4输出的是模拟量，其作用是把探测到空气中的天然气的浓度转换成对应的电压信号，电压信号送入模数转换芯片ADC0832转换成数字信号，转换成的数字信号送入STC89C52单片机，单片机对数据进行线性化处理，将数字化电压信号转化成为对应的浓度值显示到数码管上，同时判断气体浓度值是否超出报警限，当检测气体浓度低于设定报警阈值的时候，数码管显示器仅仅显示测得的可燃气体浓度；当检测气体浓度超出设定报警阈值时给出声光报警。
2.3.2天然气泄漏报警器的结构
随着信息技术的发展，家用电器趋向于智能化、网络化、信息化。为了满足家庭对可燃性易爆气体安全性要求，同时为了符合时代发展的潮流，在传统的天然气泄漏检测报警器的基础上对其的硬件结构上特进行如下设计：
天然气泄露检测报警系统结构框图如图2.1所示，该系统以STC89C52单片机为核心，天然气检测报警系统要完成天然气信号采集处理、显示和控制报警3大功能。可分为电源模块、天然气信号采集模块、A/D转换模块、声光报警模块、数码管显示模块和单片机控制模块。STC89C52单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的升级版，和51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。气体检测模块依靠MQ-4传感器和ADC0832转换芯片、显示模块依靠数码管完成显示功能。
图2.1天然气泄露检测报警系统结构框图图
2.3.3报警器各模块的功能
（1）电源模块：提供电源、保护电路、电压变换、稳压；
（2）天然气信号采集模块：实时采集气体浓度；
（3）A/D转换模块：把采集的模拟信号转变成数字信号传送给单片机；
（4）声光报警模块：当检测到气体泄漏值超过报警限时，发生报警；
（5）显示模块：显示气体浓度和报警限；
（6）键盘模块：通过按动上下键调节报警限；
（7）语音模块：向户主提供语音提醒；
3天然气泄露报警的硬件部分设计
3.1主控电路设计
3.1.1STC89C52单片机简介
本设计采用STC89C52单片机作为系统的处理器, STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
它有几个主要组成部分：中央处理器、存储器、并行I/O口、定时器/计数器。STC89C52构成的单片机系统是具有简单的结构、低廉的价格、高效的微控系统，具有较高的性价比。STC89C52的主要性能：首先它是8051单片机的升级版，具有6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择的特点，其指令代码完全兼容传统的8051。在IO口方面，通用I/O口（32个），复位后：P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不必加上拉电阻，当作为I/O口用时，要加上拉电阻。具有EEPROM功能和看门狗功能，3个16位定时器/计数器（即定时器T0、T1、T2），4路外部中断，下降沿中断或低电平触发电路。
3.1.2 STC89C52单片机的基本结构
STC89C52单片机的基本结构如图3.1所示。
图3.1基本结构图
由图可见，STC89C52单片机主要由以下部分组成：
（1）CPU系统：8位CPU和闪烁存储器；时钟电路；总线控制逻辑。
（2）存储器系统：8KB的程序存储器（ROM/EPROM/Flash）；512字节数据存储器（RAM）。
（3）I/O口和其他动能单元：4个并行I/O口；3个16位定时/计数器；2个全双工串行通信口；中断系统（5个中断源）
3.1.3 STC89C52RC单片机的引脚
图3.2 STC89C52管脚示意图
1.引脚的分类
（1）主电源及时钟引脚：VCC、GND等。
（2）P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）。P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求接10K 的上拉电阻。
（3）P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：P1口是一个内部自带上拉的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可以直接驱动4个TTL的输入。给端口写“1”时，利用内部上拉电阻可以把端口拉高。当把P1口用作输入口来使用时，因为有内部上拉
电阻，那些被外部拉低的端口就会输出电流。
表3.1 P1.0和P1.1引脚复用功能
（4）P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：P2口是一个内部带上拉的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器也可以驱动4个TTL的输入。当给端口写入1时，利用内部的上拉电阻可以把端口拉到高，此时P2口可以被用作输入口。P2作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，那些被外部器件拉低的引脚就会输出电流。P2口也可以访问外部存储芯片，访问16位的存储器时，P2送出的是高8位的地址。在访问8位地址的外部芯片存储器时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器的SFR 区中的，P2口寄存器的内容），在访问的整个期间都不改变。
(5）P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：P3是一个内部带上拉的8位双向I/O 端口。P3口的输出缓冲器可直接驱动4个TTL输入。给端口写1时，利用内部的上拉电阻把端口拉高，这时P3口就可以作为输入口。当P3用做输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部器件拉低的引脚就会输入一个电流。
在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号，P1接收低8位地址。
RST（9引脚）：复位输入。当连续输入两个机器周期以上的高电平时才能有效，用来完成单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以取消此功能。DISRTO位的默认状态是复位高电平有效。
ALE（30引脚）：地址锁存控制信号的作用在访问外部的存储器时，锁存低8位地址的脉冲。在Flash编程时，在此引脚（PROG）也用做编程输入脉冲在一般情况下，ALE会以晶振频率的1/6的频率出脉冲，可以用来作为外部器件的定时器或时钟来使用（本设计就用到单片机的ALE管脚通过四分频后为ADC0809提供时钟）。
PSEN（29引脚）：外部程序存储器的选通管脚。当STC89C52执行外部程序存储器的程序代码时，PSEN需要在每个机器周期内需要被激活两次，而访问外部的数据存储器时，错误!未找到引用源。PSEN就不需要被激活。
EA/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器的控制管脚。为了使从外部程序存储器的0000H到FFFFH读取指令，EA必须接地。注意加密方式1时，EA将内部锁定位RESET。若是执行内部的程序指令，EA需要接VCC。
XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和时钟发生电路的输入管脚。
XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输出端。
振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别是反向放大器的输入输出端。该反向放大器可以被配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡都可以被采用。若采用的是外部时钟源驱动器件，XTAL2则不能接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频的触发器，所以说对外部时钟信号的脉宽没有任何要求，但必须要保证脉冲的高低电平所要求的宽度。
P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如表3.2所示：
表3.2 P3口管脚
3.2电源电路设计
如图3.3，由USB接口提供电源，VCC接5V电压，GND接地构成电源模块。
图3.3 电源模块
3.3可燃气体信号采集部分
如图3.4，天然气信号采集部分是由气敏传感器MQ-4、AD转换器组成。
图3.4 信号采集部分
3.4MQ-4气体传感器
MQ-4气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。
MQ-4气体传感器对液化气、甲烷、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。
表3.3 MQ-4材料组成
部件材料
1 气体敏感层二氧化锡
2 电极金（Au）
3 测量电极引线铂（Pt）
4 加热器镍铬合金（Ni-Cr）
5 陶瓷管三氧化二铝
6 防爆网100目双层不锈钢（SUB316）
7 卡环镀镍铜材（Ni-Cu）
8 基座胶木或尼龙
图3.5 MQ-4基本电路
MQ-4基本电路中有如公式3.5：
20（3.1）Ω
R
=K
L
浓度与电压的关系函数如公式3.2：
浓度=(0.7-(10-10*ADdata)/1.4*14.43*ADdata)10^4 （ppm）（3.2）3.5 A/D转换部分
3.5.1 A/D转换电路
MQ-4传感器采集到的电压信号接单片机P1.1。
图3.6 A/D转换部分
3.5.2 A/D 转换芯片ADC0832
ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。
ADC0832 具有以下特点：
8位分辨率；
逐次逼近式A/D转换器；
双通道A/D转换；
输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；
5V电源供电时输入电压在0～5V之间；
工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；
一般功耗仅为15mW；
8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；
商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为?40°C to +85°C。如图 3.7，ADC0832 芯片顶视图：
图3.7 ADC0832顶视图
芯片接口说明：
CS_片选使能，低电平芯片使能。
CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
GND 芯片参考0 电位（地）。
DI 数据信号输入，选择通道控制。
DO 数据信号输出，转换数据输出。
CLK 芯片时钟输入。
Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用）。
3.6气体结果测量计算
图3.8 MQ-4气敏的灵敏度特性
其中X轴表示外界可燃气体的浓度，Y轴表示变化内阻与固定电阻的值（Rs/Ro）。
Rs：元件在不同气体，不同浓度下的电阻值。
Ro:元件在洁净空气中的电阻值。(Ro=14.43 K )
3.7声光报警部分
采集到的数字信号经过单片机计算后，如果天然气浓度达到报警器设置的临界点时，单片机将控制蜂鸣器报警，同时LED亮。LED的正极与PNP三极管的集电极c相连，负极接2K电阻后接地。蜂鸣器采用PNP三极管来驱动，三极管发射极e接电源正极（+5V），基极接1K电阻后接单片机P3.4端，集电极接蜂鸣器，通过蜂鸣器后接地。
图3.9 声光报警电路
3.8计数器译码显示电路
3.8.1 LED 的综述
在单片机的应用系统中，为了便于人们观察和监视单片机的运行情况，常常需要用显示器显示运行的中间结果、状态等信息，因此显示器也是不可缺少的外部设备之一。LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，显示屏由几万到几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。目前应用最广的是红色、绿色、黄色。而蓝色和纯绿色LED的开发已经达到了实用阶段。LED显示屏可以显示变化的数字、文字、图形图像；不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。
在短短的十来年中，LED点阵显示屏就以亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定的优点迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。LED的发展前景极为广阔，目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性、可靠性、全色化方向发展。
LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域，主要包括：证券交易、金融信息显示。（2）机场航班动态信息显示。（3）港口、车站旅客引导信息显示。（4）体育场馆信息显示。（5）道路交通信息显示。（6）调度指挥中心信息显示。（7）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。（8）广告媒体新产品等。
3.8.2 LED 的结构
LED数码管显示器是由发光的二极管显示字段组成的。在单片机应用系统中使
管道泄漏检测方法简单比较
管道泄漏检测方法简单比较 管道泄漏检测技术的研究从上世纪九十年代开始，历经二十年，已经有放射物检测法、质量平衡法、电缆检测法、微波探测、磁场感应传感器探测法、红外探测法等多种直观、简单的方法被淘汰，现在行业中有三种方法被广为介绍：光纤检漏法、负压波法、次声波法。 1、光纤检漏法： 根据Joule-Thomson效应原理，当管道发生泄漏时，泄漏源附近的温度会相应降低，监视该局部温度变化，可以对泄漏进行监测和定位。根据这个原理，光纤法应该是非常有效并且定位准确的，但存在以下几个问题： ①当泄漏量较小时，泄漏源附近温度变化较小，对光纤传感器的检测灵敏度要求相当高，因此成本也相应偏高。 ②当使用与管道平行埋设的光纤时，由于当初埋设光纤的目的不是做管道泄漏检测，因此，光纤的埋设离管道有一定的距离，并不是贴着管道埋设（实际工程中，我们多次遇到光纤离管道有十几米距离的情况），如此一来，因管道发生泄漏而引起的温度降低，光纤就检测不到。 ③即使原有光纤与管道离得很近，当发生图一情况时，由于光纤和泄漏点处于管道的两端，仍然无法报警，按照国外的报道，光纤检测系统里面的光纤需要三根均匀分布在管道周围（如图二所示），才能确保管道的泄漏报警。 图一：检测光纤与泄漏点处于管道两端
图二：光纤应埋设三根，均匀分布在管道周围 2、负压波法 当管道发生泄漏时，泄漏处由于管道内介质外泄造成管道压力突然下降，在流体中产生一个瞬态负压波，负压波沿管道向上、下游传播。由于管道的波导作用，负压波可传播数十公里，根据负压波到达上、下游测量点的时间差以及负压波在管道中的传播速度，可以计算泄漏位置。由于负压波法有效距离长、安装简捷、成本较低，目前在国内得到广泛的的应用。 负压波法有其自身的缺陷，表现在以下几个方面： ①对泄漏量要求很大：负压波法能迅速检测出泄漏量很大的泄漏，对泄漏量较小的泄漏没有效果。目前，业界对能够报警的泄漏量值说法不一，根据胜利油田一个招标项目里给出的指标：灵敏度：系统应在20秒之内探测出大于流量10%的泄漏，2分钟内探测出大于管道设计流量2%的泄漏；我们依稀可以推测出2％是一个很高的指标（详见胜利油田2013年3月招标文件《07管线漏失监控系统》）； ②在天然气管道上不起作用：在天然气管道上，如果发生泄漏，泄漏处的压缩气体迅速扩张，不产生可以检测得到的负压波，因此，负压波法对天然气管道无能为力； ③在海底管道上不起作用：海底的管道受海浪冲刷，在海底如同面条般不停的摆动，管道内的介质压力相应的不停变化，负压波系统会不停的发出报警信号；福建泉港联合石化的一条总长15公里的海底管道，原本设计安装一套负压波系统，后因不停报警而撤换成次声波系统。 ④定位不准确：负压波信号是直流信号（波形如图3所示），信号从开始到结束的时
车载激光甲烷泄漏检测系统用于燃气管网巡检参考文本
车载激光甲烷泄漏检测系统用于燃气管网巡检参考 文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
车载激光甲烷泄漏检测系统用于燃气管 网巡检参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 1 概述 燃气管网巡检，是对运行中的燃气输配管道及设施进 行泄漏检查，以便及时发现燃气泄漏，排除燃气隐患。随 着近几年天然气的快速发展，燃气管网逐年增多，各燃气 公司都投入相当的人力、车辆及检漏设备来保障安全。 城市燃气输配管道一般敷设在道路边的绿化带中或道 路一侧，因部分区域环境复杂，目前大都采用观察法结合 泵吸式燃气检漏仪进行检测。对于管道上的阀门等设施， 通常采用泵吸式燃气检漏仪或涂皂液进行检测，巡检工作 量很大，同时由于天气(如刮风、下雨、下雪)等原因，检测 的结果和效率会大打折扣。
20xx年11月22日青岛黄岛输油管道爆炸事件和 20xx年8月1日台湾高雄丙烯管道爆炸事件，均涉及到管道安检问题，给燃气企业敲响警钟，也说明燃气管网巡检至关重要。笔者所在公司几年前曾购置2套车载顶置激光甲烷泄漏检测系统(以下简称激光检测车)，用于管网巡检，很大程度上提高了燃气管网检测的工作效率和准确性。 2 系统组成 激光检测车的检测系统由3个部分组成：激光单元、电子单元和显示单元，由小轿车作为载体。激光单元主要由二极管激光器、光学仪器等部件组成；电子单元主要由分析仪器、激光单元调节装置、电瓶等组成；显示单元为小型笔记本电脑。经过专业改装，激光单元和电子单元置于车后备箱内。激光单元可由升降机起落，检测时升起置于车顶，并可用调节装置在一定范围内上、下、左、右调整角度，不用的时候降落置于后备箱内。显示单元置于副
机电控制系统课程设计
JIANG SU UNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 3140301171 指导教师：毛卫平 2017年 6月
目录 一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19) 五：参考文献 (20)
一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。
基于单片机的过零检测控制系统的设计
基于单片机的过零检测控制系统的设计 如下图所示为按上述思想设计的电压正向过零检测电路。220V的交流电首先经过电阻分压,然后进行光电耦合,假设输入的是A相电压,则在A相电压由负半周向正半周转换时,图中三极管导通并工作在饱和状态,会产生一个下降沿脉冲送入ADμC812的INT0引脚使系统进入中断程序。微机系统进入中断程序后,发出采样命令并从采样保持器读取无功电流值Iqm,这个无功电流即为A相的无功电流,经过1/4个周期电压达到最大值,此时对电压进行采样,得到UM,由UM=1.414U可以得到电压有效值U。 过零检测及单片机调压 首先用PWM(脉宽调制）方法用于可控硅控制是有条件的，即调制频率不能大于市电频率（50Hz），也就是周期
不能小于20mS，否则就不能达到调制作用，调制频率超过市电频率时，可控硅即处于连续导通状态而不能达到调压目的。只有调制频率低于市电频率才能起到调压目的，即限制市电的周波通过可控硅的数量而起到调压的目的。因此用该种方法调制的电压周波数一定是小于50HZ，超过了人眼视觉暂留效应，此就是用于调光产生闪烁的原因。该调压方法用在调功或对脉动电压不敏感的用途上尚可。如果采用可控硅调压用在调光上，须采用移相的调制方法，可使光连续可调。采用移相方法就需过零检测作为移相基点。过零检测其实并不难，如果要求调压比不是很高采用简单的方法即可奏效；用一只三极管即可。用单片机进行移相调压控制可以做得很精。/********************************************************************************/ ＃i nclude
机电控制系统课程设计
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 指导教师：毛卫平 2017年 6月 目录 一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19)
五：参考文献 (20) 一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。 1.2气动回路图
基于负压波和流量平衡的管道泄漏监测系统研究
基于负压波和流量平衡的管道泄漏监测系统研究 李新建 邓雄 （西南石油大学 石油工程学院 四川 成都 ６１０５００） 【摘 要】输油管道大量应用于现代社会中，但是由于自然因素和人为因素 管道泄漏事故时有发生，造成严重后果，因此建立管道泄漏监测系统意义重大。本文介绍了管道泄漏监测的原理，设计了负压波－流量平衡法监测系统，可以同时监测压力和流量，对于由泄漏所引起的负压波和流量变化进行综合判断，解决了单独使用负压波检测技术时误报率高、无法实时监测管道和缓慢渗漏的问题，采用了一些新技术，提高了输油管线发生泄漏时报警和定位的精确性。在油田的实验结果表明，该系统稳定可靠。 【关键词】 泄漏监测系统，负压波，流量平衡，小波变换 作者简介 李新建（１９８６－） 河南新蔡人，主要从事输油管道的泄漏检测和降 低油品蒸发损耗等油气储运方面的学习与研究。 １ 泄漏监测与定位的研究意义 自１８７９年世界上首条输油管道建成以来，经过一百多年的发展，管道运输已经发展成为公路、铁路、空运、海运之外的第五大运输体系。管道运输具有成本低、供给稳定、节能、安全等优点，广泛应用于流体的输送。但是，随着管龄的增长，由于腐蚀、磨损等自然因素，管道泄漏事故时有发生，据统计１９８６年以前修建的输油管线平均穿孔率为０．６６次／（公里．年），另 一方面，近年来不法分子在输油 管道上打孔盗油行为也日益频繁。 输油管道泄漏不仅影响了管道的正常运行，而且还威胁到人们的生命财产安全，流失油品会造成巨大的经济损失，还会造成环境污染。如何能够实时地监测管道泄漏事故，并尽快定位泄漏点，对降低油品损失和环境污染、预防重大事故的发生，具有重要的现实意义。 ２ 泄漏检测和定位的原理 ２．１ 负压波法泄漏检测技术和定位原理［１］ 管道发生泄漏时，泄漏点因流体介质损失而引起的局部液体密度减小，导致瞬间压力降低，作为压力波源通过流体介质向泄漏 故障诊断
燃气管道受损泄漏的检测方法与选择
燃气管道受损、泄漏的检测方法与选择与其它能源运输方式相比，管道运输更有效、更安全、对环境的影 响更小。但也正是由于管道埋于地下，对燃气管道而言，管道受损 和泄漏，特别是腐蚀和因此所造成管道泄漏，往往是难以察觉的； 一旦导致大面积泄漏，轻则造成经济损失，重则引发人员伤亡事故。因此，为了确保燃气输气管道的安全性，必须根据实际情况采用各 种有效的管道受损和检漏技术，以避免或减少事故的发生。 1管道受损检测方法 由于外力等原因对管道可能造成的伤害，或施工不当造成的管道缺陷，一般受损位置比较明确，可以就地开挖进行检测。而管道腐蚀 的位置、程度和面积，其影响因素非常多。因此，燃气管道受损状 况的检测主要就是管道腐蚀状况的检测。管道腐蚀检测技术包括管 道外腐蚀检测和管道内腐蚀检测两大类。 1.1 管道外腐蚀检测技术 在燃气管道上，埋地钢制管道的外腐蚀保护一般由绝缘层和阴极保 护组成的防护系统来承担，通过对阴极保护系统的检测，可以判断
防腐层的损坏程度，从而得出管道受腐蚀的情况。基于这一原理而 研究出的方法，其检测参数一般是管/地电位的测量和管内电流的测量。管/地电位的检测技术包括短间歇电位检查法、组合电位测试法、直流电压梯度法等；管内电流检测技术包括电流梯度分布法、分段 管内电流比较法等。虽然这些方法能够实现不开挖、不影响正常工 作的情况下对埋地管道进行检测，但这些方法都是属于间接检测管 道腐蚀的方法，有的方法对测量人员的要求十分严格，例如用直流 电压梯度法检测时，为准确判定管道涂层缺陷的位置，要求测量人 员垂直于管道方向测量，因此，测量前必须知道管道的确切位置、 走向等，对于长距离埋地管道进行检测，这一要求很难达到。此外，有的管外检测技术不适合于检测穿越公路、铁路和江河海底的管 道。 1.2管道内腐蚀检测技术 管道发生腐蚀后，通常表现为管壁变薄，出现局部的凹坑和麻点。 管道内腐蚀检测技术主要是针对管壁的变化来进行测量和分析的。 在没有开挖的情况下进行的管道内腐蚀检测。一般有漏磁通法、超 声波法、涡流检测法、激光检测法和电视测量法等。其中目前国内 外使用较广泛的是漏磁通法和超声波法，它们可以提供管道沿线的 焊缝、支管接口、阀门、管壁厚度变化、防腐层剥离、裂缝等信 息。
电气综合控制系统课程设计
成都理工大学工程技术学院电气综合控制系统课程设计 院系：自动化工程系 专业：建筑电气与智能化 班级：2013建电1班 学号： 姓名： 同组成员： 指导老师：
完成时间：2015年12月25日
目录 概述 (1) 一、PLC的分类及特点 (1) 二、PLC的结构与工作原理 (1) 三、S7-200 PLC的硬件组成及指令系统 (2) 四、常用低压电器介绍 (3) 第一部分 (6) 课题一电动机带延时正反转控制实操模拟 (6) 课题二天塔之光控制模拟 (10) 课题三机械手控制模拟 (15) 第二部分 (20) 课题一电动机点动控制 (20) 课题二电动机自锁控制 (22) 课题三两台电动机顺序起、停控制 (24) 课题四三台电动机顺序起动控制 (26) 总结 (28)
概 述 一、PLC 的分类及特点 可编程控制器简称PLC （Programmable Logic Controller ），在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee ）颁布的PLC 标准草案中对PLC 做了如下定义：PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 PLC 的分类：按产地分，可分为日系、欧美、韩台、大陆等；按点数分，可分为大型机、中型机及小型机等；按结构分，可分为整体式和模块式；按功能分，可分为低档、中档、高档三类。 PLC 的特点：1.可靠性高，抗干扰能力强2.配套齐全，功能完善，适用性强3.易学易用，深受工程技术人员欢迎3.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造4.体积小，重量轻，能耗低 二、PLC 的结构与工作原理 PLC 的结构：PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。其组成框图如图1所示。 图1 整体式PLC 的组成框图 PLC 的工作原理：PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC 运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。 接触器电磁阀指示灯电源 电源 限位开关选择开关按钮
基于单片机的压力检测系统设计
常熟理工学院 电气与自动化工程学院 《传感器原理与检测技术》课程设计 题目：基于AT89C51单片机的 压力检测系统的设计 姓名：李莹 学号： 160509240 班级：测控 092 指导教师：戴梅 起止日期： 2012年7月2日－9日
电气与自动化工程学院 课程设计评分表 课程名称：传感器原理与检测技术 设计题目：压力检测系统的设计 班级：测控092学号：160509240 姓名：李莹 指导老师：戴梅 年月日
课程设计答辩记录 自动化系测控专业 092 班级答辩人：李莹课程设计题目压力检测系统的设计
目录第一章概述 1.相关背景和应用简介 2.总体设计方案 2.1总体设计框图 2.2各模块的功能介绍 第二章硬件电路的设计 1.传感器的选型 2.单片机最小系统设计 3.模数转换电路设计 4.传感器接口电路设计 5.显示电路设计 6.电源电路设计 7.原理图 第三章软件部分的设计 1.总体流程图 2.子程序流程图及相关程序 第四章仿真及结果 第五章小结 参考文献
第一章概述 1.传感器的相关背景及应用简介 近年来，随着微型计算机的发展，传感器在人们的工作和日常生活中应用越来越普遍。压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义。在工业生产中，为了高效、安全生产，必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数。由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用，因此有必要准确测量压力。通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。 此次设计是基于单片机的压力检测系统，选择的单片机是基于AT89C51单片机的测量与显示，将压力经过压力传感器转变为电信号，经过放大器放大，然后进入A/D 转换器将模拟量转换为数字量显示，我们所采样的A/D转换器为ADC0808。 2.总体设计方案 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。电路采用ADC0809模数转换电路，ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，片内有带锁存功能的8路模拟电子开关，先用ADC0809的转换器对各路电压值进行采样，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。本次设计是以单片机组成的压力测量，系统中必须有前向通道作为电信号的输入通道，用来采集输入信息。压力的测量，需要传感器，利用传感器将压力转换成电信号后，再经放大并经A/D转换为数字量后才能由计算机进行有效处理。然后用LED进行显示。本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。
管道泄漏系统技术规格书(设计院版)2.0
XX管道泄漏监测系统技术规格书 2015年11月
1、项目简介 XX管线防控防漏措施项目的管道泄漏监测系统（LDS）采用“整体压力流量综合分析”监测及定位系统。“整体压力流量综合分析”泄漏检测系统一般由多点压力传感器、流量传感器、数据同步，现场数据采集处理器（RTU），监控主机及处理服务器组成。该系统将达到在首站控制室完成对全线进行监控和分析的自动化。 设计原则 —严格遵守国家的法律法规，执行国家及行业最新版本或国际上先进的、最新版本的标准、规范。 —系统将自动、连续地监视分析管道的运行。 —注意可操作性，满足HSE的要求。 —采用的设备、材料及系统应是技术先进、性能价格比好，能够满足所处环境和工艺条件、在工业实际应用中被证明是成熟的产品。 —系统必须具有高可靠性，稳定性和灵活性，以保证生产安全可靠地运行。系统能监视整个系统的工作状态，以便于对系统的维护和维修。 —系统采用的硬件、软件和网络应具有当时国内先进技术水平，并且经过实践考验证明其是安全、有效、实用的产品。 —系统的体系结构必须具有良好的可扩展性，健壮性和抗风险性，以保障安全生产。系统承包商应对LDS的整套方案进行详细描述。 2、LDS系统功能和技术要求 2.1 LDS系统注意技术要求 LDS系统的硬件和软件应具有高度的可靠性和可用性。承包商应对所选择的注意硬件设备和系统的计算机网络提出平均无故障工作时间（MTBF）和平均维修时间（MTTR）。所设计的系统必须具有最小的停运时间。 LDS系统的可靠性应根据各部分硬件和软件的可靠性、网络结构、冗余配制方式等因素综合考虑，但总的指标应大于99.9%。承包商投标时应提供可靠性和可用性指标的分析及估算。
南理工控制系统综合课程设计-随机切换系统
随机切换系统的仿真
目录 摘要 (3) 1 引言 (4) 1.1 切换系统概述 (4) 1.1.1 切换系统工程背景 (4) 1.1.2 切换系统研究现状 (4) 1.1.3 切换系统的特点 (4) 1.2 问题描述与准备 (5) 2 一般随机线性切换系统 (5) 2.1 切换系统模型 (5) 2.1.1 模型形式 (5) 2.1.2 反馈控制律 (6) 2.2 仿真实例 (7) 3 对随机切换系统性能的研究 (8) 3.1 线性切换系统的能控性和能观性 (8) 3.2 线性切换系统的稳定性 (9) 4 随机切换系统的有趣现象探索 (10) 4.1 切换函数的选取 (10) 4.1.1 切换函数依赖状态变量 (10) 4.1.2 切换函数为随机数 (11) 4.2 系统结构的选取 (12) 4.3 时延函数的选取 (12) 4.4 多个子系统切换探究 (13) 4.2.1 改变初值 (14) 4.2.2 改变切换函数 (15) 5 总结和展望 (16) 参考文献 (17)
摘要 本文研究了随机切换控制系统的分析和仿真问题。首先介绍切换系统的发展背景、特点、研究内容、研究现状以及本文要讨论的问题；第二部分介绍随机切换系统的一般模型，用实例分析了切换系统的运动特性；第三部分简析了切换系统性能，并结合实例说明切换函数的存在对于稳定性的影响；第四部分通过改变系统参数、不同切换函数等情况，利用MATLAB/Simulink软件对系统进行仿真，给出了仿真程序、系统状态曲线，试图从各个系统状态曲线的不同现象的特点和系统性能中发现一些有趣的现象并进行分析；第五部分对全文作了总结并对随机切换系统进行展望。 关键词：随机切换系统simulink仿真状态响应曲线分析有趣现象探索
基于单片机的电量检测系统设计方案
基于单片机的电量检测系统设计方案 1绪论 自第一个微处理器问世以来，以微处理器为核心构成的计算机以各种各样的形式，无孔不入的渗入到人们的生产、生活、科研等各个领域，为人类带来了渗透到各个领域的“智能”。微处理器是整个智能仪器仪表的核心，检测电路时微处理器的外围设备，微机通过接口发出各种控制信息给检测电路，以规定功能、启动测量、改变工作方式等。微机通过查询或检测电路向微机提出的中断请求，使微机及时了解检测电路的工作状态。当检测电路完成一次测量后，微机读取测量数据，进行了解检测电路的工作状态。当检测电路完成一次测量后，微机读取测量数据，进行必要的加工、计算、变换等处理，最后以各种方式输出，如送显示器、打印机打印，或送给系统的主控制器等等。 近二十年来，以计算机科学，信息学，生命科学为代表的各门新兴学科的迅猛发展，极大限度的刺激了全球经济的发展，在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，电能是人们日常生活和工业生产中的重要能源之一，在现代社会中起着越来越重要的作用，而电压、电流是其中最关键的两个因素，是否准确的测量电压、电流对我们的生活和生产有着至关重要的影响，特别是电工和电力系统等领域经常要对交流电量进行采样测试以了解工作电压或整个电网的工作情况。
2 WB系列交流电量传感器 2.1 概述 WB系列交流电量传感器采用电磁隔离技术和专用厚膜集成电路。对电网或电路中的交流电流或交流电压进行实时测量，将其变换成跟踪电压暑促（Vg）、直流电压输出（Vz）、直流电压输出（Iz）、频率输出（Fk）。传感器的输出可以与各型AD转换器配接构成数据采集系统，也可以与传统模式、数字式指示仪表配接，显示被测量之值。体积小、重量轻、精度高、耗能低，输入电路、输出电路完全隔离，输出信号可以共地，输出形式多样，满足各种使用要求，在0～120%标称输入围，输出信号入输出信号之间保持正比例关系，通聘宽带，可以测量5kHz以的正弦交流电流或交流电压。结构形式多样，提供直插式、DIN卡装式安装方式，方便各种场合使用等特点。 2.2 WB交流电量传感器的工作原理 本系列传感器采用模块化电路结构，如图2-1主要由电流测头1（或电压侧头2）、采样电路3、定标放大器4、装用厚膜集成转化器5、6、7组成。 E Vg Vz Iz Fk +E 图2-1 电路结构 被测电流信号Ix﹝或被测电压信号Ux﹞经电流测头1﹝或电压测头2﹞隔离变换，在二次回路形成高精度毫安级跟踪电流，经采样电路3转换为跟踪电压信号，在经定标放大器4进行放大、定标，形成跟踪电压输出Vg；跟踪电压信号经AC/DC转换器5后，形成直流电压输出Vz。Vz输出经V/I转换器6后形成直流输出Iz,Vz输出经V/F变换器7后形成频率输出Fk。只有输出跟踪电压Vg的产品才使用正负电源
机电综合课程设计
江苏省农村试验区自学考试毕业论文 机电综合课程设计 机电综合课程设计 摘要：本设计是完成一两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计； 完成交流电机启停的电气控制系统设计。其硬件部分共包括键盘操作、单片 机控制、输入电路、控制电路、显示电路等五个主要组成部分。设计的总体 思路是准确安全的对工作台和电机进行控制。 位置信号和按键信息通过传输线传送给单片机和键盘接口芯片，数据经过处理，将按键信息串行方式传送给单片机，单片机通过相应的程序， 向控制回路发送控制信号，进而控制工作台的动作，实现对硬件设备的控制。 关键词：键盘操作，单片机控制，数码管显示。 一．前言 机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的
产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。 本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床辅助功能动作进行程序控制的一种自动化机械加工设备。采用微机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生产率，保证加工质量。此外，由于微型计算机具有价格低、体积小、性能可靠和使用灵活等特点，微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便于一般工人掌握操作和维修。因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的发展方向之一。本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。其驱动速度和指令脉冲能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节。它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。 本设计完成了如下要求： （1）单片机控制系统电路原理图的设计 （2）控制系统电路印制版的绘制 （3）利用单片机编程实现两坐标系统的手动、自动和回位等运动 （4）实现两坐标工作台极限移动的保护及显示、报警 （5）设计交流电机的点动、正反转控制和星-三角形启动的电气控制原理图 （6）电气控制电路有相应的保护电路（过载、过压、欠压等） （7）熟悉机电系统常用元器件（PLC、交流电机、直流电机、步进电机） 此次“机电一体化课程设计”主要简单设计出数控机床系统，其实离实际真正工业用数控机床还有很大的距离。设计两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统和交流电机启停的电器控制系统，单元模块包括：单片机控制电路，键盘接口电路，键盘电路，显示电路，输入电路，控制电路，PC接口电路等。由于时间仓促和自己知识水平有限，在设计中难免会有些许瑕疵，恳请老师指正。
室内天然气泄漏报警装置
摘要 随着科技的发展，现在家庭做饭烧水已经逐渐告别煤逐渐使用清洁的天然气。天然气的普及给公共生活带来了方便,减少了城市的污染,提高了生活质量和效率,但是同时,天然气也是潜在的“危险品”,一旦发生大面积泄漏,处置不及时就可能引发大爆炸,给居民的生命财产安全带来巨大的威胁。面对燃气泄漏而造成的种种事故威胁，我们需要一个解决办法。使用天然气报警器是对付燃气无形杀手的重要手段之一。 本论文以半导体气敏传感器和单片机技术为核心设计的气体报警器可实现声光报警功能，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化的气体报警器，具有一定的实用价值。其中MQ-2气体传感器对天然气的灵敏度高，这种传感器可检测多种含甲烷的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。经AT89C51单片机处理，并对处理后的数据进行分析，是否大于或等于某个预设值(也就是报警限)，如果大于则会自动启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态。 本文主要讨论用气敏传感器个单片机等技术实现室内天然气煤气泄漏报警，为我们的生活提供更大的安全保证也为我们的生活提供方便。 关键词：天然气报警，气敏传感器，单片机
目录 1 绪论 (3) 1.1 课题背景及目的 (3) 1.2国内外研究情况及其发展 (3) 1.3 设计内容级研究方法 (4) 2 系统方案及模块设计 (5) 2.1 设计思路 (5) 2.2 设计框图 (5) 2.3 系统模块设计 (5) 2.3.1 气体浓度检测模块 (5) 2.3.2主控制模块 (6) 3 硬件电路设计 (10) 3.1 气体检测模块的设计 (10) 3.2 单片机模块的设计 (11) 3.3声光报警模块的设计 (12) 4 程序设计 (14) 4.1 主函数程序设计： (14) 5结论 (16) 6附录 (17) 参考文献 (20)
自动控制综合课程设计报告
题目：根据线性系统的频域分析法和串联校正方法的原理，编写MATLAB程序，要求针对被校正系统的特点以及校正目 标，实现串联校正装置结构的选择以及相应参数的计 算 1）在频域内进行系统设计，是一种间接设计方法，因为设计结果满足的是一些频域指标，而不是时域指标。然而，在频域内进行设计是一种简便的方法，在伯德图上虽不能严格地定量给出系统的动态性能。但却能方便地根据频域指标校正装置的参数。 2)频域设计的这种简便性，是由于开环系统的频率特性与闭环系统的时间响应有关。开环频域特性的低频段表征了闭环系统的稳态性能；中频段表征了闭环系统的动态性能；高频段表征了闭环系统的复杂性和噪声抑制性能。 3）因此，用频域法设计控制系统的实质，就是在系统中加入频率特性形状合适的校正装置，使开环系统频率特性形状变为所期望的形状：低频段增益充分大，以保证稳态误差要求；中频段对数幅频特性斜率一般为-20db/dec，并占据充分的频带，以保证具备适当的相角裕度；高频段增益尽快减小，以消弱噪声影响。 4）串联校正就是将校正装置G(s)与待校正系统在主调节回路里串联连接。控制环节的设计的实质就是，当系统的静态、动态性能指标偏离要求时，在系统的适当位置加入适宜的特殊机构，通过调节它们的参数，从而使系统的整体特性发生改变，最终达到符合要求的性能指标。
1 算法实现流程图
2 伯德图超前校正的设计 2.1 伯德图超前校正设计的方法 1）超前校正环节的两个转折频率应分别设在系统截止频率的两侧。因为超 前校正环节相频特性曲线具有正相移，幅频特性曲线具有正斜率，所以校正后系统伯德图的低频段不变，而其截止频率和相角裕度比原系统的大，这说明校正后系统的快速性和稳定性得到提高。 2）然而，这两者是一对矛盾，不可能同时达到最大，总是顾此失彼。一般， 我们在选用超前校正时，以提高截止频率为主要目的。 3）利用系统频率响应性能可以试凑地解决超前滞后类校正器的设计问题， 但这样很耗时，有时还不能得出期望的结果。本次本人用基于校正后系统剪切频率和相位裕度设定的算法来设计超前校正。 2.2 超前校正设计的步骤 1）根据稳态误差要求，确定开环增益k 。 2）利用已确定的开环增益，计算待校正系统的相角裕度。 调用伯德函数可以轻松求出。 3） 根据幅值关系计算出α。 由超前校正系统的伯德图可知，在最大相角处，幅值增益为10lg α由此 可算出α。 4）计算零、极点z 、p 的值 由 c m ωω=== 得p ω=、/z p α= 5）得出校正网络传递函数、并作校正后系统的伯德图，得相角裕度。 2.3 超前校正设计的程序 [mag,phase,w]=bode(sys0); m1=spline(w,mag,wc);
基于单片机的气体检测系统设计..
高等教育自学考试本科毕业论文基于单片机的气体检测系统设计考生姓名：准考证号： 专业层次：院（系）： 指导教师：职称： 重庆科技学院 二O一三年九月十五日
摘要 本论文研究设计了一种用于公共场所及室内具有检测及超限报警功能的室内空气质量检测系统。其设计方案基于89C51单片机，选择瑞士蒙巴波公司的CH20/S-10甲醛传感器和MQ-5气体传感器。系统将传感器输出的4~20mA的标准信号通过以AD0832为核心的A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LCD显示甲醛浓度值。文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。系统对于采样地点超出规定的甲醛容许浓度和天然气规定浓度时采用三极管驱动的单音频报警电路提醒监测人员。同时，操作人员对于具体报警点的上限值可以通过单片机编程进行设置。 另外，该系统对浓度信号进行了信号补偿等处理，减少了测量误差，因此，具有较高的测量精度，而且结构简单，性能优良。本系统的量程为0-10ppm，精度为0.039ppm 。 关键词: 甲醛检测，天然气检测，AT89C52单片机
ABSTRACT This thesis design of a paper for public places and indoor testing and over-limit alarm functions with indoor air quality testing system. Its design is based on 89C51 single chip, with the choice of MQ-5 gas sensors and CH20/S-10 formaldehyde sensor from Switzerland mengbabo company. Sensor system will output 4 ~ 20mA standard signal through the core ADC0832 for A / D conversion circuit after conditioning, by the single-chip microcomputer for data processing, at last display the formaldehyde concentration on the LCD . The article detailed the data acquisition subsystem, data processing and data display and alarm system circuit design method and process. When the sampling sites when the formaldehyde and Natural gas concentration exceeded，To the single-transistor drive circuit audio alarm will sound the alarm，Testing staff to remind. At the same time，The concentration of formaldehyde, Can be set through the single-chip programming. In addition, the system signals a concentration compensation signal processing, a reduction of measurement error, therefore, have a high measurement accuracy, and simple structure, excellent performance. The range of the system for 0-10ppm, accuracy 0.039ppm. Keywords: Formaldehyde detection,Natural gas detection, AT89C52 single-chip
测控系统综合课程设计教学大纲
《测控系统综合课程设计》教学大纲 课程编码： 060251008 学时/学分：2周/4学分 一、大纲使用说明 本大纲根据测控技术与仪器专业2017版教学计划制定 （一）适用专业：测控技术与仪器专业 （二）课程设计性质：必修课 （三）主要先修课程和后续课程： 1、先修课程：matlab、计算机过程控制技术、网络化测控系统、微机原理及应用、过程控制系统与仪表。 2、后续课程：毕业设计 （四）适用教学计划版本：2017版教学计划 二、课程设计目的及基本要求 1．进一步培养学生网络化设计的思想，加深对网络化测控系统要素和控制结构的理解。 2．针对网络化测控系统的重点和难点内容进行训练，培养学生独立完成有一定工作量的程序设计任务和系统设计任务。 3．培养学生掌握组态王等编程语言的编程技巧及上机调试程序的方法。 4．培养学生掌握控制系统中的PID算法。 5、培养学生团队合作意识和较强的人际交往能力。 课程设计一人一题，4人为一组的方式进行，分工与任务要求明确，设计题目结合现有的实验设备，着重锻炼学生的应用能力和动手能力，通过系统装置联机调试，最后完成课程设计报告。 三、课程设计内容及安排 1、课程设计内容 本次课程设计利用组态和VB软件进行温度控制系统软件设计，可采用调压控制或占空比控制两种方式，结合P、PI、PD、PID控制算法，共为学生提供多个题目选择，4名同学为1组结合现有的实验设备,自拟课设题目（需经老师核准），根据自己设计题目要求，分析系统的特点和系统特性，在实验室依据设计方案进行系统硬件电路连接，通过不同的软件编程及控制方式，可实现无线平台、监控计算机和实验对象的联机运行及控制，达到预期对温度的控制目的。每组大题目可参考如下。 题目1：基于VB的调压PI温度控制系统 设计内容：基于无线通信实验平台、电加热炉等硬件，电炉被控对象的加热采用调压控制模式，利用VB编程语言及控制算法实现此系统的方案、界面、数据采集和温度控制等的设计。 题目2：基于VB的占空比PD温度控制系统设计 设计内容：基于无线通信实验平台、电加热炉等硬件，电炉被控对象的加热采用占空比控制模式，利用VB编程语言及控制算法实现此系统的方案、界面、数据采集和温度控制等的设计。 题目3：基于组态王的调压PID温度控制系统设计 设计内容：基于无线通信实验平台、电加热炉等硬件，电炉被控对象的加热采用调压控制模式，利用组态王编程语言及控制算法实现此系统的方案、界面、数据采集和温度控制等的设计。 同组4个子题目可参看如下： （1）控制系统仿真 针对平台电热炉的被控对象，根据同组同学采用飞升曲线法建立的对象模型（一阶惯性加滞