1. 研究目的与意义

随着国家经济的提高，人们生活水平也得到了提高，告别了秸秆的时代。液化气、天然气、煤气等清洁能源已经走进了我们的生活，但是随着煤气的广泛应用，由于煤气泄漏所引发的爆炸、中毒和火灾事故也时有发生，这给城市和居民带来了不安全和不稳定因素。为了让煤气更好的为社会、为人民服务，各生产厂家和居民选择一种适合室内的煤气报警装置。

煤气泄露报警器是非常重要的燃气安全设备，它是安全使用城市燃气的最后一道保护。报警器通过气体传感器探测周围环境中可燃性气体，通过采样电路，将探测信号用模拟量或数字量传递给控制器或控制电路，当可燃性气体浓度超过控制器设定的值时，控制器就会发出报警信号。经过单片机处理、逻辑分析，输出各种控制信号。煤气泄漏报警器广泛应用在城市安防、小区、工厂、公司、学校、仓库、石油化工等众多领域。

2. 课题关键问题和重难点

本设计由单片机控制系统、传感器、放大器、a/d转换电路、显示电路、报警电路组成。以单片机为核心，传感器将采集到的模拟信号发送给放大器，经过放大后的有效信号再传送给a/d转换器，a/d转换器负责把采集到的模拟量转换为数字量再传入单片机，进行逻辑分析，数字量经过处理后送到显示电路，当一氧化碳浓度达到报警设定值时，触发报警电路。

基于单片机的煤气泄漏报警器设计中有如下几个问题及难点：

1、为了满足任务书的设计要求，传感器要满足精度要求且性价比高。

3. 国内外研究现状（文献综述）

陈杰的《传感器与检测技术》全面的讲述了传感器的基本原理及特性。传感器是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，包括电感式传感器、磁电式传感器、变面积式传感器等，电感式传感器是利用线圈自感或护互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、应变等多种物理量。通过磁电作用转换成电信号的传感器称为磁电式传感器 。在变面积式自传感器中当衔铁移动使磁路中空气缝隙面积增大时，铁芯上线圈的电感量增大。热敏电阻是一种半导体材料制成的敏感元件，其特点是电阻随温度变化而显著变化，能直接将温度的变化转换成能量的变化。热电偶测温原理基于物理的电场效应，热电偶是两种不同导体或半导体接成的回路，两接触点处于不同的温度下，产生热继电器。两端点温差越大，产生的热电动势越大，可根据这一原理并由转换电路测得温度的变化。 检测技术作为信息科学的一个重要分支，在人类进入信息时代的今天，人们的一切社会活动都是以信息获取和信息转换为中心，传感器作为信息获取与信息转换的重要手段，是实现信息化的基础技术之一。

李昌禧的《智能仪表原理与设计》系统地阐述了基于嵌入式系统的智能仪表的基本原理和设计方法。讲述了智能仪表的概念、结构和特点，详细介绍了智能仪表的设计基础、人-机接口技术、数据采集技术、数据处理技术和仪表可靠性设计技术；同时还介绍了多单片机系统与总线标准、智能技术和智能仪表仿真与调试技术等最新技术及其发展方向。在各章节中都给出了大量实用的硬件电路和部分程序，还对实例进行了详细分析，使读者对智能仪表的组成原理、结构特点和设计思路有全面的、具体的认识。智能仪表是应用新的采集技术、处理技术、硬件平台和人工智能技术，使仪表的性能、功能、可靠性、可维护性都得到提高的一类仪表，一般传感器或检测电路输出的直流电压信号较小，需要经过放大后再传给a/d转换器。智能仪表充分利用微机的运算能力，通过测量算法进行非线性校正，而不需要任何硬件补偿装置，与硬件补偿方法比较，不但能够提高精度，而且降低了成本，提高可靠性。

周捷的《有毒可燃气体报警器原理及设计》设计了一种对环境中co浓度进行实时数据采集和处理，并能在浓度超标时报警的电路，该电路通过单片机实现其控制功能。整个报警器电路由四大部分组成：采集模块、放大模块、模数转换模块、单片机。报警器的主要工作流程为：用气体传感器和温度传感器将所需要的模拟信号采集放大后传送给a/d转换器、再经过模数转换后将数字信号传送给单片机，然后通过单片机内部的数据处理，判断是否需要启动蜂鸣器进行报警，正是因为单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活和使用方便等优点，该报警器能广泛应用于居民家庭和事业单位，从而大大降低了co所引起的中毒、火灾、爆炸等事故的发生率，保障了人们的生命财产安全。一氧化碳报警器是具有实时监测和报警的独立装置，采用模数相结合的方式。采用单片机控制使得气体传感器数字化、智能化且功能比起采用电子或数字电路更强大。现代电子技术和计算机为信息转换和处理提供了十分完善的手段，使检测与控制技术发展到一个崭新的阶段。

4. 研究方案

如图1所示，本设计由单片机控制系统、传感器、放大器、A/D转换电路、显示电路、报警电路组成。采用MSP430单片机为核心，通过一个十二位的传感器采集模拟信号再经过仪表放大器进行放大并抑制干扰信号，然后经过一个十二位的A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，通过显示电路显示出来，并由存储器记录下来便于实时监测报警。

传感器

放大器

A/D转换器

控制器

报警电路

显示电路

图1 系统原理框图

1、传感器的选择

方案一：选择带有十二位A/D转换的传感器，能够满足设计任务书的测量精度和测量范围的要求，测量精度高，且有一定的的通用性和价格合理。

方案二：选择带有十六位A/D转换的传感器，测量精度远超出了设计任务书的要求，且成本较高，会造成了不必要的浪费。

综合考虑选择方案一。

2、放大器的选择

方案一：仪表放大器具有高输入阻抗，良好的共模抑制比，低输出阻抗，低线性误差，能放大共模电压下的信号，增益可由内部预置或外部电阻预置，专为差分增益、共模抑制功能而设计使用。

方案二：运算放大器具有低输出阻抗，增益由外部电阻预置。

综合考虑选择方案一。

3、显示器的选择

方案一：运用液晶显示器主要能够显示大量的文字、数字、图形和单位。

方案二：运用数码管显示器可以显示数字，但是无法显示单位。

综合考虑选择方案一。

5. 工作计划

第一周 进一步熟悉毕业设计的内容、任务，了解技术关键，提出完成任务的设想和途径；

第二周 熟悉单片机原理及其扩展技术方面知识、控制器、传感器及检测技术、a/d转换原理等理论知识；

第三周 完成开题报告和相关英文文献的翻译；