基于AT89C51的燃氣泄漏報警與應急處理器

0 引言

隨著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有發生，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展很不平衡，由PC機值守的大型集群監控系統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，傳感器損壞不易發現，不能更換，有的產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。據此現狀，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，用戶可及時發現并能自行更換；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控系統的廣大燃氣用戶使用。

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，檢測電路產生“氣——電”信號送單片機，單片機控制蜂鳴器發出預報警信號，經延時、判斷，確認為事故泄漏后，發出紅光報警，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被污染的空氣；若檢測到氣敏元件損壞，系統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。基本外設有晶振電路（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的兩個中斷觸發信號，下降沿觸發方式。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態的影響。

氣敏傳感器在使用中，其熱絲可能燒斷，但難以發現，致使用戶在毫不知情的情況下繼續使用已失效的燃氣報警器。為能及時發現傳感器的損壞，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，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，能使用戶及時發現。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，經三極管驅動報警，發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。