煤气泄漏自动检测报警控制系统.doc

煤气泄露自动检测系统
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,液化气、煤气进入家庭的使用为人们带来了方便,也改善了城市的环境,但同时也给人们带来了潜在的危险,其中一氧化碳是最重要的危险源。一氧化碳是一种无色无味同时这些气体燃料在使用中，若管道和阀门密封不好，它们泄露出去，轻者引起中毒，重者导致火灾，危及人们的生命财产。由于这些因素，对于气体的检测与控制就变得很重要了，研究各种气体的检测方法与气体传感器也随之成为一个重要课题。
本论文重要实现管道煤气泄露的测量与报警，系统重要以半导体气体传感器为研究对象，以单片机为核心构成一个具有数据采集、对象控制、结果显示、数据通信等功能的完整系统。通过虚拟仪器Lab VIEW进行控制之后，再通过计算机I/O接口输出;输出信号驱动相应的驱动电路，分别控制报警灯、蜂鸣器及切断电路，实现对煤气泄露事故的实时监测及控制;程序实时监测系统状态。
关键词：气体传感器，单片机，继电器

目　录

摘 要 I
目　录 II
前　言 1
第1章 绪论 3
1.1论文研究来源、目的和意义 3
1.1.1 论文研究来源 3
1.1.2 论文研究目的和意义 3
1.2可燃性气体报警器的国内外现状 5
1.3本论文重要任务 6
第2章煤气泄露自动测试总体设计 7
2.1设计规定 7
2.1.1煤气泄露测试的功能 7
2.1.2煤气泄露测试的各个功能模块 8
2.2设计原理 8
2.2.1气体传感器介绍 8
2.2.2气体传感器的选定 10
2.3数据解决 11
2.3.1传感器非线性信号解决 11
第3章煤气泄露自动测试硬件设计 12
3.1单片机AT89C51的概述 17
3.1.1 AT89C51简介 17
3.1.2重要性能参数 18
3.1.3管脚说明 19
3.2 报警与控制 22
3.2.1声报警单元 22
3.3排气扇控制系统 23
3.3.1继电器选择 23
第4章 部分软件程序 25
4.1主程序 25
结　论 32
参考文献 33
附　录 I 35
附录II 36

前　言
随着科学技术的进步和社会经济的发展，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长，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规定，并且在人们平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，如石油化工公司、石油运送管线、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规定:
1.准确可靠地判断泄漏的发生，并可以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限度，能对较小量的泄漏做出判断。
3.检测原理简朴，易于操作和维护。
第1章 绪论

1.1论文研究来源、目的和意义

1.1.1 论文研究来源
随着科技的发展，越来越多的可燃性气体作为能源应用于工业生产和人们的平常生活中。但是可燃性气体在给我们带来极大便利的同时，也存在巨大隐患。可燃性气体发生泄漏达成爆炸极限后，一旦有火源作用，便会引起燃烧、爆炸等事故，导致严重的经济损失，甚至会危及生命安全。为了减少这类事故的发生，就必须对这些可燃性气体进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中可燃性气体的浓度，及早发现事故隐患，采用有效措施，避免事故发生，才干保证工业安全和家庭生活安全。因此，研究可燃性气体的检测方法与研制可燃性气体报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。

1.1.2 论文研究目的和意义
可燃性气体通常指城市煤气、石油液化气、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然气以及煤矿瓦斯等[1]。这些气体重要具有烷类、烃类、烯类、醇类、苯类以及一氧化碳和氢气等成分，易燃、易爆、贮存和使用这些气体的过程中，如违反操作规程和设备密封不好，都有也许发生可燃气体泄漏现象，进而酿成火灾或爆炸事故，给国家和人民的生命财产导致损失。可燃性气体检测报警装置是可以检测环境中的可燃性气体浓度并具有报警功能的仪器。该报警装置是石油化学工业、有可燃性气体泄漏也许的生产工厂及家庭防火防爆必备的仪器。可燃性气体报警器属于《中华人民共和国强制检定的工作计量器具目录》中第46项，它归类于物理化学计量器具。《建筑设计防火规范》(GBJ16-87)第10.3.2条明确规定:“散发可燃气体、可燃蒸汽的甲类厂房和场合，应设立可燃性气体浓度检测报警装置”。2023年12月，国家执行新的可燃性气体探测器标准(GB15322-2023)《可燃气体探测器》，2023年10月国家颁布《可燃气体检测报警器规程JJG693-2023》，研究新型、性能稳定、准确监测可燃性气体，并合乎国家相关规定的报警器具有极其重要得意义。
目前我国已有许多城市铺设了煤气管道，使用人口约达二亿人，煤气发生基地及中转站也达几千家。假如这些家用燃气和煤气基地及中转站的报警率按10%计算，可燃性气体检测报警器的需求量就达2023万台以上。随着全社会对防火防爆及人身安全的重视限度的提高，这个数字会继续增长。
近十年来，农村的沼气使用也得到了极大的发展。到2023年终，全国沼气池数量已达近1300万座，这就为检测沼气（重要成分是甲烷）浓度的仪器提供了市场。可见，可燃性气体报警器具有十分广阔的市场前景。

1.2可燃性气体报警器的国内外现状
国外从20世纪30年代开始研究及开发气体传感器，且发展迅速，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性规定提高；另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。据有关记录，美国1996年~2023年气体传感器年均增长率为27%~30%。随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得气体检测仪器的体积也逐渐变小，提高了气体检测仪器的便携性，更加利于生产、运送及市场推广。
1963年5月，日本开发完毕第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年12月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。
我国在70年代初期开始研制可燃性气体报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增长。但重要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。近年来，在气体选择性和产品稳定性上也有很大进步。
燃气报警器可分为民用可燃气体报警器、工业用可燃性气体报警器、有毒有害气体报警器三大系列产品。
(1)民用可燃气体报警器民用可燃气体报警器为居民家庭用的燃气报警器,一般安装在厨房，遇燃气泄漏时，报警器可发出声光报警，或同时伴有数字显示，同时联动外部设备。有的报警器可自动启动排风扇，把燃气排出室外；有的报警器在报警时可自动关闭燃气阀门，以防燃气继续泄漏。
(2)工业用可燃性气体报警器及有毒有害气体报警器工业用可燃性气体报警器及有毒有害气体报警器只是检测探头有差异，而在原理和应用中都很相近。工业用燃气报警器及有毒气体报警器根据检测环境的不同，也可分为检漏仪、控制器和探测器。
检漏仪的体积较小，可随身携带或手持，重要应用于燃气管理的查漏与巡检。若有燃气泄漏，检漏仪便会发出声光报警，同时数字显示气体浓度，以便及时采用安全措施，防止爆炸等恶性事故的发生。
控制器与探测器结合使用，可在防爆现场长期监测气体的浓度。探测器安装在防爆现场，控器壁挂在值班室等有人值守的地方，两者采用屏蔽电缆线连接。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后，通过屏蔽电缆线将信号传到控制器，控制器发出声光报警，同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源，以保证安全。此种仪器广泛应用于液化气站、汽车加气站、锅炉房等工业场合。

1.3本论文重要任务
本篇论文是煤气泄漏自动检测的研制，重要针对CO气体，重要实现家庭煤气检测的检测与报警。数据采集模块运用单片机实现气体浓度实时采集、电路状态信号采集及解决；输出信号驱动相应的驱动电路，分别控制蜂鸣器及继电器电路，实现对煤气泄露事故的实时监测及控制。

第2章煤气泄露自动测试总体设计

2.1设计规定

2.1.1煤气泄露测试的功能
在本设计中，煤气泄露测试装置的重要功能就是快速准确的检测被测气体中有害气体的含量（重要是CO气体），通过烟雾传感器检测，当气体浓度达成一定门限值时发出声报警。
系统工作流程为:由装在室内的CO传感器获得被测量对象(室内CO浓度)原始信号,通过温度补偿和取样放大得到矫正后的可匹配信号，进入A/D转换,得到被测对象的数字量信号,再由单片机进行数据解决,得到最终的室内环境CO浓度值,将此数据通过数码管显示并保存,同时根据系统设定的限值参数判断环境浓度是否超标,假如超标立即向光隔离接口输出控制信号,通过继电器打开排气扇, 假如超过下限值，切断阀关闭，并开始进入危险期计时,假如发现环境中一氧化碳浓度长时间处在危险状态,则有也许排气扇未能打开,或者房间发生严重CO泄露事故,此时启动预警信号进行语音报警提醒,提醒室内人员打开门窗、关闭气源并迅速撤离事故现场。假如系统接有上位机工作的话,可通过通信接口对单片机组成的下位机系统进行参数设立,并可定期地从数据缓冲区中读取以前测量的数据值,进行二次解决加工或存入数据库永久保存。
具体技术指标如下：
应用范围：工业生产和人民生活中的CO检测；
检测对象：CO及他们的混合气体；
检测范围：CO:0～1000ppm；
检测精度：CO优于20ppm；
报警浓度：100ppm～300ppm
响应时间：≤30ms；
电池电压：+12V；
工作温度范围：-20～+70℃；
工作湿度范围：10～95%RH。
2.1.2煤气泄露测试的各个功能模块
在本设计中，煤气泄露测试装置的重要功能就是快速准确的检测被测气体中有害气体的含量（重要是CO气体），通过LED显示屏将CO气体浓度显示出来，当气体浓度达成一定门限值时发出声光报警，为了提高实用性系统还应当具有人机交互界面、与计算机通信端口。为了实现以上功能：系统应当具有气体传感器、数据采集、A/D转换电路、单片机、LED数码显示、声光报警单元、光电隔离技术和切断阀、RS-232通信模块。

2.2设计原理

2.2.1气体传感器介绍
1. 气体传感器是气体与气味检测的关键元件。根据其气敏特性，气体传感器可以分为六大类：
(1) 半导体气体传感器。
(2) 固体电解质气体传感器。
(3) 接触感染式气体传感器。
(4) 电化学式气体传感器。
(5) 光学式气体传感器。
(6) 高分子气体传感器。
2. 气体传感器应满足的基本条件
一个气体传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的气体传感器都必须具有以下条件：
(1) 能选择性地检测某种单一气体，而对共存的其它气体不响应或低响应。
(2) 对被测气体具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的气体浓度。
(3) 对检测信号响应速度快，反复性好。
(4) 长期工作稳定性好。
(5) 使用寿命长。
(6) 制导致本低，使用与维护方便。

2.2.2气体传感器的选定
气体传感器是本系统检测的起点也是系统的核心和重点，选择合适的传感器成为决定系统成功的关键。
CO气体传感器属于气敏传感器，通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完毕数据解决、浓度解决及报警控制等工作。传感器作为煤气泄露测试装置报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。由此可见，传感器的选型是非常重要的。
由于监控系统最关键的部分在于室内一氧化碳气体浓度的检测,本系统考虑到室内空气中一氧化碳含量的大体范围,结合国家环境空气质量标(GB3095—1996)规定的一氧化碳分级标准,我们选用了Motorola生产的一种专门用于家庭用途的MGS1100型一氧化碳气体传感器, MGS1100一氧化碳传感器是一种应用全微电子工艺制成的半导体气体传感器，作为CO敏感元件，对CO响应的选择性好，并具有灵敏度高，稳定性好等特点在信号采集的同时加以温度补偿。它是在微型硅桥结构中嵌入的加热器上制作一层SnO2薄膜,这种结构不仅使得SnO2薄膜对CO气体在很宽的温度范围内具有敏感性,并且硅膜减少热传导的热损失,从而大大减少了功耗。

图2-2传感器管脚与基本测量电路图

其中2、4端为加热器的电源接线端,1、3为传感器输出端,其工作原理是把传感器置于CO气体环中,SnO2薄膜层的电阻会随着CO浓度的变化而变化,CO浓度越大,SnO2薄膜层阻值越小。图2—2（b）为取得传感器输出信号的基本电路图,Vh为加热电压,传感器电阻RS与负载电阻RL串联接到工作电压VCC两端, 由此可得关系:VRL=RL·VCC/（RL+RS）
传感器阻值RS随着CO浓度的增大而减小时,输出负载电压VRL逐渐变大,所以通过测量负载电压即可反映出被测对象的CO浓度。MGS1100型一氧化碳气体传感器的特点：测量浓度范围为0-1000PPM，测量精度为3%，分辨率为1PPM，工作温度-20～70°，零点漂移为PPM<10。

2.3数据解决

2.3.1传感器非线性信号解决
人们使用传感器时总希望传感器的输出量和它所测量的输入量呈线性关系,但由于传感器内部因素和测量误差等因素,传感器的输入—输出特性在整个测量范围内往往不是严格的直线关系。在本系统中测量得到的是经传感器和采集电路变换的电压信号,为了真实地反映被测量的CO浓度值,需要将根据系统特性在测量范围内将环境浓度与采集电压之间的关系作一个误差尽也许小的标定,依据此标定关系,将测量得到的电压信号真实地转化成被测环境的CO浓度值。本系统采用的是分段插值法来对系统测量值和目的值进行标定的。
第3章煤气泄露自动测试硬件设计
煤气泄露自动测试原理图如下：

LM393重要特点如下：
●工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2～36V，双电源:±1～±18V；
●消耗电流小，Icc=0.8mA；
●输入失调电压小，VIO=±2mV；
●共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-1.5V；
●输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；
●输出可以用开路集电极连接“或”门；
LM393引脚图及内部框图
采用双列直插8 脚塑料封装（DIP8）和微形的双列8 脚塑料封装（SOP8）

          LM393内部结构图

LM393引脚功能排列表：
引出端序号
功能
符号
引出端序号
功能
符号
1
输出端1
OUT1
5
正向输入端2
1N+(2)
2
反向输入端1
1N-(1)
6
反向输入端2
1N-(2)
3
正向输入端1
1N+(1)
7
输出端2
OUT2
4
地
GND
8
电源
VCC

LM393重要参数表：

参数名称
符号
数值
单位
电源电压
VCC
±18 或36
V
差模输入电压
VID
±36
V
共模输入电压
VI
-0.3～VCC
V
功耗
Pd
570
mW
工作环境温度
Topr
0 to +70
℃
贮存温度
Tstg
-65 to 150
℃
电特性（除非特别说明，VCC=5.0V， Tamb=25℃）

参数名称
符号
测试条件
最小
典型
最大
单位
输入失调电压
VIO
VCM=0 to VCC-1.5 VO(P)=1.4V, Rs=0
-
±1.0
±5.0
mV
输入失调电流
IIO
-
-
±5
±50
nA
输入偏置电流
Ib
-
-
65
250
nA
共模输入电压
VIC
-
0
-
VCC-1.5
V
静态电流
ICCQ
RL=∞
-
0.6
1.0
mA
RL=∞,Vcc=30V
-
0.8
2.5
mA
电压增益
AV
VCC=15V, RL＞15kΩ
-
200
-
V/mV
灌电流
lsink
Vi(-)＞1V, Vi(+)=0V, Vo(p)＜1.5V
6
16
-
mA
输出漏电流
IOLE
Vi(-)=0V, Vi(+)=1V, VO=5V
-
0.1
-
nA

应用说明: 
      LM393是高增益,宽频带器件,象大多数比较器同样,假如输出端到输入端有寄生电容而产生耦合,则 很容易产生振荡.这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时,输出电压过渡的间隙.电源加旁路滤波并不能解决这个问题,标准PC板的设计对减小输入—输出寄生电容耦合是有助的.减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号,并且增长甚至很小的正反馈量(滞回1.0~10mV)能导致快速转换,使得不也许产生由于寄生电容引起的振荡.除非运用滞后,否则直接插入IC并在引脚上加上电阻将引起输入—输出在很短的转换周期内振荡,假如输入信号是脉冲波形,并且上升和下降时间相称快,则滞回将不需要.
 比较器的所有没有用的引脚必须接地.
 LM393偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围 2.0~30V无关.
 通常电源不需要加旁路电容。
 差分输入电压可以大于Vcc并不损坏器件.保护部分必须能阻止输入电压向负端超过-0.3V.
 LM393的输出部分是集电极开路,发射极接地的 NPN输出晶体管,可以用多集电极输出提供或OR ing
 功能.输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上,不受 Vcc端电压值的限制.此输出能作为一个简朴的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用),输出部分的陷电流被也许得到的驱动和器件的β值所限制.当达成极限电流(16mA)时,输出晶体管将退出并且输出电压将不久上升.输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm 的γSAT限制。当负载电流很小时,输出晶体管的低失调电压(约1.0mV)允许 输出箝位在零电平。

3.1单片机AT89C51的概述

3.1.1 AT89C51简介
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微解决器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

3.1.2重要性能参数
·与MCS-51 兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
·寿命：1000写/擦循环
·数据保存时间：2023
·全静态工作：0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128×8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定期器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
功能特性概述：
AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM,32个I/O口线，两个16位定期器，一个5向量两级中断机构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0HZ的静辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式，空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定期/计数器，串行通信中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并严禁其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

3.1.3管脚说明
VCC：供电电压,接+5V电源正端。
VSS：接地, 接+5V电源地端。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸取8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0可以用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接受。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接受，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它运用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口同时为闪烁编程和编程校验接受一些控制信号。
P3口除了做一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能

表3-1 P3口第二功能
引脚
备选功能
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
RXD（串行输入口）
TXD（串行输出口）
/INT0（外部中断0）
/INT1（外部中断1）
T0（记时器0外部输入）
T1（记时器1外部输入）
/WR（外部数据存储器写选通）
/RD（外部数据存储器读选通）

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可
用作对外部输出的脉冲或用于定期目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想严禁ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。此外，该引脚被略微拉高。假如微解决器在外部执行状态ALE严禁，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

图3.1.3 AT89C51管脚图

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
时钟振荡器：
AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端，这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷振荡器一起构成自激振荡器。
用户还可以采用外部时钟，在这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何规定，但必须保证脉冲的高低电平规定的宽度。

3.2 报警与控制

3.2.1声报警单元
作为煤气泄露测试装置，声报警部分不可缺少，当检测到CO气体在空气中的所占的比例超标时，通过声方式发出警报，防止由于CO气体含量过高而发生的意外事故。
本设计中的声报警和控制部分涉及蜂鸣器、继电器。

图3.2.1声报警控制电路
3.3排气扇控制系统
3.3.1继电器选择
继电器是电气控制中常用的控制器件。一般由通电线圈和触点构成。当线圈通电时，由于磁场的作用，使开关触点闭合（或打开）。当线圈不通电时，则开关触点断开（或闭合）。一般线圈可以用直流低电压控制；而触点输出部分可以直接与220V连接；有时继电器也可以与低电器配合使用。继电器有电磁继电器，干簧管继电器，固态继电器（半导体继电器）等
1. 电磁继电器
2. 热敏干簧继电器
3. 固态继电器（SSR）
本次设计采用电磁继电器下面对三种继电器作一下具体介绍：
电磁继电器一般由 电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。电磁继电器还可以实现远距离控制和自动化控制。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回本来的位置，使动触点与本来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达成了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处在断开状态的静触点，称为“常开触点”；处在接通状态的静触点称为“常闭触点”。
热敏干簧继电器是一种运用热敏磁性材料检测和控制温度的新型热敏开关。它由感温磁环、恒磁环、干簧管、导热安装片、塑料衬底及其他一些附件组成。热敏干簧继电器不用线圈励磁，而由恒磁环产生的磁力驱动开关动作。恒磁环能否向干簧管提供磁力是由感温磁环的温控特性决定的。
固态继电器是一种两个接线端为输入端，另两个接线端为输出端的四端器件，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。
固态继电器按负载电源类型可分为交流型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按隔离型式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型，以光电隔离型为最多。
固态继电器是继电器产品的分支，使用半导体器件代替传统的线圈制作而成，不需要依靠机械零部件的运动来控制开关的打开与闭合，有效的提高了可靠性和使用寿命。由于不再使用线圈，所以也不不会碰到电磁干扰和接触“火花”等问题，在安全性方面也有了很大的提高。固态继电器功率较小，更加合用于高档产品中，符合国家节能环保的规定。
顾及性能价格可靠性选择了电磁继电器。

第4章 部分软件程序
4.1主程序
#include <REG51.H>//库文献
#define uchar unsigned char//宏定义无符号字符型
#define uint unsigned int //宏定义无符号整型

/**************************************************************
I/O定义
**************************************************************/
sbit fmq=P1^5;//定义单片机P1口的第1位 （即P1.0）为指示端
sbit DOUT=P1^1;//定义单片机P2口的第1位 （即P2.0）为传感器的输入端
sbit jdq=P1^4;
sbit led=P1^6;
sbit k1=P0^0;
sbit k2=P0^1;
sbit k3=P0^2;
sbit k4=P0^3;

/***************************************************************
延时函数
***************************************************************/

void delay()//延时程序
{
uchar m,n,s;
for(m=20;m>0;m--)
for(n=20;n>0;n--)
for(s=248;s>0;s--);
}

/********************************************************************
延时函数
*********************************************************************/

void delay_us(uint t)//延时程序
{
uchar j,i;
for(i=t;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);

}

/********************************************************************
按键扫描
*********************************************************************/

void anjian()
{
if(k1==0) //手动关掉蜂鸣器
{
delay_us(10);
if(k1==0)
{
while(!k1);
fmq=1;
}
}
if(k2==0) //手动闭合继电器
{
delay_us(10);
if(k2==0)
{
while(!k2);
jdq=0;
}
}
if(k3==0) //手动关掉继电器
{
delay_us(10);
if(k3==0)
{
jdq=1;
}
}
}

/********************************************************************
主函数
*********************************************************************/

void main()
{
while(1) //无限循环
{
fmq=1;
jdq=1;
led=0;
delay();
led=1;
delay();
anjian();
if(DOUT==0) //当浓度高于设定值时 ，执行条件函数
{
delay(); //延时抗干扰
if(DOUT==0) //拟定 浓度高于设定值时 ，执行条件函数
{
while(1)
{
fmq=0; //蜂鸣报警
jdq=0; //继电器闭合
}
}
}
}
}
结　论
本文综合运用了单片机技术、通信技术、传感器技术、信号分析与解决技术，使煤气泄露自动测试系统数字化、智能化、微型化。分析本文设计，可得如下的结论:
(l)在硬件系统设计中，以集成A/D转换等多种功能的89C51单片机为核心，使得结构简朴，实现了煤气检测的数字化，为实现智能化奠定了良好的基础，进一步提高了煤气检测可靠性。
(2)针对传感器零点漂移问题，提出了采用温度补偿校正的方法，同时应用高精度低温漂的运算放大器,从而克制了零点漂移，较好地解决了模拟式报警器零点漂移问题。
(3)为了解决传感器的非线性问题，采用线性内插值计算方法对传感器进行非线性校正，运营速度快，校正精度高，提高了报警准确性。
煤气泄露测试是一项十分重要且非常故意义的工作，尽管本文取得了一些成果，但在检测精度、检测系统的可靠性等方面，仍存在一些局限性需要进一步研究。
(1)关于系统的检测精度问题，在系统应进一步改善。
(2)关于零点漂移的克制问题,生产现场需要研究一种无需人工干预的零点漂移克制办法，应进一步研究。
(3)关于报警器报警闭值拟定问题，需要研究一种新的闭值拟定方法，以提高检测的可靠性。
参考文献
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[4]陈伟.MCS一51系列单片机实用子程序集锦.清华大学出版社.1993.
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[8]赵负图.数据采集与控制系统.北京科学技术出社.1987.
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[10]肖忠祥主编.数据采集原理.西北工业大学出版社.2023
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[15]张凯等. Lab VIEW虚拟仪器工程设计与开发.国防工业出版社.2023.
[16]吴佑寿. Lab VIEW7实用教程.电子工业出版社.2023.

附　录 I

系统大图

附录II