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基于MQ-8催化式氢气检测传感器的发电厂氢气泄露检测系统设计
摘要
氢气是一种没有太多污染且利用效率高的清洁能源，还可以作为化工材料使用，大量使用在一些工业化学领域，此外还在核电站发电厂、航空航天、核动力军用设备、汽车制造业等领域也应用广泛。然而氢气也是一种容易点燃的易燃气体，常温状态下的空气体积占比达到4%之后就会点燃或者爆炸，尤其是发电厂室内氢气的泄露会引发很大的危机，因此本文提出一种发电厂氢气泄露检测和报警系统。整个系统以52单片机作为核心主控制器，外设采用现阶段国内外使用最多的检测氢气的催化式传感器，这种传感器具有稳定性较强、功能损耗低、寿命长特点，可以满足发电厂恶劣环境下长期稳定工作，通过使用基于MQ-8的催化式氢气检测传感器实时检测发电厂室内的氢气泄露信息，并将采样到的数据实时传输到控制器中进行分析和处理，并将结果显示到可视化液晶屏幕上进行实时观察，若发电厂泄露的氢气指标超高预期设定的上限值，那么控制器就会驱动和控制外设的警报器进行报警提示相关工作人员及时处理泄露的易燃易爆气体，以减少潜在的危机。所设计的发电厂氢气泄露检测和报警系统具有稳定性高、可长期在发电厂恶劣环境下使用，对降低发电厂氢气泄露引起的危机和保护人们的经济财产安全意义重大。
关键词:氢气检测；52单片机；可视化液晶屏；报警器
目录
TOC\o1-3\h\u摘要 I
目录 III
1前言 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3论文的研究工作 2
2总体方案设计 4
2.1控制器的选择 4
2.2氢气检测传感器的选择 4
2.3显示器的选择 5
2.4硬件总体方案 5
3系统硬件电路设计 7
3.1单片机信号处理电路设计 7
3.1.1主控制器电路介绍 8
3.1.2控制器引脚说明 8
3.1.3复位电路 9
3.1.4晶振电路 10
3.2发电厂氢气检测传感器电路设计 10
3.2.1发电厂氢气检测传感器介绍 10
3.2.2发电厂氢气检测传感器工作原理 11
3.2.3发电厂氢气检测传感器电路设计 11
3.3氢气传感器输出电压采样电路设计 12
3.4液晶显示电路设计 13
3.5按键电路设计 14
3.6报警器电路设计 14
3.7外部通讯电路设计 15
3.7.1TTL转USB串口电路设计 15
3.7.2与PC端口的通讯方案设计 16
4系统软件设计 18
4.1系统主程序设计 18
4.2氢气电压转换子程序设计 19
4.31602液晶子程序设计 21
4.4按键控制子程序设计 24
5系统测试和分析 26
5.1系统仿真测试 26
5.1.1系统上电初始化测试 26
5.1.2氢气超标测试 27
5.1.3系统按键设置测试 27
5.1.4PC端口监测测试 28
5.2结果分析 29
6结论 30
参考文献 31
附录 34
1单片机程序 34
2-
1前言
1.1课题研究背景及意义
现阶段的氢气大量使用在一些工业和医疗领域。最近几年内，随着氢气的制作水平逐步提高，其用途也越来越广泛，因此大量制作了氢气用在各行各业中。氢气目前大量使用在一些核研究、核加速器、还可以在化工领域中当作相色谱的原材料研究使用，由于其气体的密度较小因此还可以当作空气球使用，此外发电厂也在使用这种新型的清洁能源。
氢气现在主要有两种方面的用途，一个是使用在化工材料上，另外一个是作为工业气体和燃料使用。而氢气在发电厂的发电机中的只用最为广泛，氢气系统主要用在汽轮发电机组提供一个干燥、安全可靠的保障，用于冷却发电机的定子铁芯及转子。通常情况下，氢气和空气置换的中间媒介。氢气冷却器的原理是从发电机内部吸附热量，然后通过封闭水带走，氢气干燥器是将氢气中的水分吸出，保证发电机内的氢气干燥，防止发电机内结露，保证发电机在允许的温度下正常运行。但是氢气方便人们各行各业生产研发的同时也造成一定的安全事故。氢气具有是一种容易点燃和发生爆炸的气体，和空气充分接触之后会发生爆炸，在标准的大气环境和温度下，其发生爆炸的气压体积为空气的4.1%～74.2%，这意味着如果氢气在空气中所占的体积的浓度比例在4.0%～75.6％之间是，如果遇到火源即会发生爆炸，但是当氢气的体积浓度小于4.0%或者大于75.6%时，即使遇到了火源，也并不会发生爆炸。
最近几年由于氢气的泄露发生的爆炸事故多种多样。