基于單片機技術的燃氣泄漏報警及應急處理系統分析

【摘要】城市燃氣的的推廣和使用使得燃氣安全問題成為人們日關注的焦點話題，本文在對于單片機技術的燃氣泄漏報警及應急處理系統分析的基礎上，探討如何更好的防范燃氣使用過程的泄漏問題。

【關鍵詞】燃氣安全；單片機技術；應急處理

我國當前階段的燃氣供應方式為集中供應，不僅方便燃氣公司進行統一的管理，還能有效的降低燃氣供應成本。但是隨著人們對燃氣安全問題的關注，市場上充斥著各種在電子器件技術發展下催生的燃氣報警系統，其在結構設計和報警系統上普遍存在著單一性，已經不能滿足當前市場的需求，隨著芯片技術的發展和應用，逐漸實現了對報警系統的智能化控制。

一、燃氣泄漏報警及應急處理系統的主要功能

基于單片機技術的燃氣泄漏報警及應急處理系統的主要按功能是實現對煤氣泄漏的實時監測和報警處理，并對現場的煤氣泄漏濃度進行跟蹤顯示，同時兼具超限聲光報警功能。另一方面，該系統可以根據報警狀況自動關閉燃氣管理電磁閥同時開啟相應的排氣裝置，在燃氣泄漏故障排除后可實現煤氣管道電磁閥的自動開啟。

二、燃氣監控系統的工作原理及結構分析

1.工作原理

燃氣泄漏狀況監控系統的主要工作原理是利用氣敏傳感器將存在的煤氣濃度裝換為模擬電壓信號，并通過低通濾波實現對干擾信號的過濾，將模擬信號進行放大處理后傳送至轉換器，同時變換成數字信號送達CPU。在CPU接受到信號數據后，通過對數據的整理分析，如果空氣中的煤氣濃度達到限定的濃度值，CPU將進行數字量的輸出，在經由變送器后實現對燃氣管道的關閉，并利用數字信號驅動光電報警，從而提醒監控人員對其進行處理。在燃氣泄漏故障排除后，可以通過對控制面板按鍵的控制，恢復燃氣供應。

2.系統結構

該系統采用了主從工作模式，以多機方式與前端機保持通信，其中單片機系統作為從機與主機進行通信聯系，其系統結構組成如下圖所示：

其中第一級監控系統為中央控制操作站，采用Windows98系統作為操作平臺，并采用了Rockwell公司的Resview32組態軟件包建立起了燃氣監測和管理系統，從而實現了對現場煤氣濃度的數據顯示、數據分析、位置確定以及數據打印等操作。第二級系統為單片機控制系統，由于對精確性和實時性有著較高的要求，所以采用的單片機作為現場控制器，從而對煤氣濃度信號進行運算和采集控制，并向中央控制操作站傳輸相應的濃度數據。

三、單片機系統的運行原理以及功能部件

1.前向通道

單片機系統的前向通道由傳感器、低通濾波器和電壓隔離器組成，電壓隔離器的主要功能是把數字地與模擬地相互隔開，從而避免共模干擾問題。在該單片機系統中，采用了精度和分辨率較高的CS-2000型氣體傳感器，其具有零功耗、使用周期長且不受濕度影響的優點，具有較好的穩定性能和使用性能。

2.執行回路

執行回路分為燃氣電磁閥開啟和閉合以及排氣兩部分，其中燃氣電磁閥由變送器和電磁閥組成，在對燃氣電磁閥工作環境考慮的基礎上，采用了二位二通節能型直動式燃氣電磁閥，在兼具了低電壓和小能耗優點的基礎上，依靠在線圈處配置永久性磁鋼的原理，實現電磁閥在脈沖信號下的自動開啟和關閉，具有相當大的可調性。排氣部分選用的是普通排風機以及SN75452驅動器和電磁繼電器，并運用光電隔離器將現場信號和單片機系統實現完全隔離，在一定程度上提升了系統的抗干擾性能。

3.聲光報警

聲光報警部分主要是由音樂芯片、振蕩器、驅動器以及指示燈組成，其工作電壓、靜態電流以及路放電流分別為5V、0.5mA、15mA，該聲光報警部分集語音處理和存儲功能為一體，能實現手動或者單片機控制的雙重優點，并且能實現對掉電信息的保護。在報警指示燈的選擇上，選用了發光二極管LED，實現了音響報警和指示燈報警的雙重警報提醒，在報警狀態時，指示燈顯示為紅色，正常工作狀態下則顯示為綠色。

4.系統運行監控

該單片機系統采用了MAX813作為系統程序運行的監控器，在有效保證系統正常運行的同時，在固定的間隔時間段內，運行控制器會發出相應的復位信號，一旦出現程序跑飛或者死循環狀態，通過復位信號能夠快速的使該系統恢復正常運行。

5.電源設計

該單片機系統采用了4NIC-X2.5電源確保系統的不間斷供電，同時采取了使用UPS電源的方式，增加了相應的電源異常保護措施。即在正常工作狀態下，該單片機系統由交流電網進行供電，與此同時電池組始終處于浮充狀態，一旦發生交流電源中斷的情況，則由電池組進行供電。

6.操作鍵盤及顯示部分

該系統的鍵盤顯示接口采用的是8297芯片，鍵盤由報警值設定鍵位、確認鍵位、閥門開啟鍵位、左移鍵位、時鐘設定鍵位以及數字鍵盤0-9組成，用戶能夠通過該鍵盤完成基本的人機接口操作。

7.程序設計

該系統程序主要是由主程序和兩個外部中斷服務程序組成，主程序的主要功能是實現在系統初始化狀態下的兩個外部中斷服務程序的下降觸發，主程序在設計上采用了死循環結構，并能夠對中斷狀態做出隨時的響應。比如在傳感器損壞時，其中一個外部中斷服務程序會發出中斷請求信號，并由其服務程序進行相應的燈光警報和電磁閥門關閉功能。當出現燃氣泄漏事故時，另一外部中斷服務程序會發出相應的聲音報警控制信號，并發出紅光警報，同時關閉氣源、打開相應的排氣扇。

四、系統電路調試

該系統的電路調試工作主要分為模塊連通性調試、通信信息能調試、硬件檢測調試、軟硬件綜合性能測試以及系統誤差分析五個部分：

首先，對于系統模塊的連通性調試來說，應嚴格按照逐級檢查的方式進行，對每個連接部分進行測試和檢查，確保系統模塊連接的有效性和正確性。同時在進行模塊連通性調試的過程中，應嚴格控制各個端口的連接。

其次，對于系統硬件的監測和調試工作應重點關注串口通信模塊的測試、CO監測測試以及放大電路和轉換電路的調試。

第三，在進行主控硬件的通信性能調試時，應主要對RS-232電路進行相應的測試工作，確保系統的正常通信功能得以實現。

第四，在進行系統軟硬件綜合性能測試時，應對溫度傳感器、濕度傳感器、CO傳感器以及鍵盤輸入和液晶顯示等關鍵環節進行檢測，最終在硬件平臺的基礎上實現對各部分功能的綜合性測試。

最后，應根據放大電路的誤差特征分析，對調試時失調電壓在輸入過程中所產生的誤差進行調節補償，其放大倍數的電壓也應在對放大電路的調試過程中進行補償。

五、結語

該系統通過對單片機技術的應用，成功實現多樣化和智能化的燃氣泄漏報警和應急處理分析，在最大程度上做到了電路的簡化和成本的降低，大大提升了系統運行的穩定性，并通過電磁閥門開閉裝置的人性化設計，使系統更具方便性、靈敏性和可操作性，具有著較為廣闊的市場應用前景。

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