陳俊 唐濤

摘要：本文是一種基于AT89S52單片機(jī)智能煤氣安全閥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要針對(duì)生活中使用液化天然氣時(shí)所存在的安全隱患進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出一種智能煤氣安全系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)液化天然氣泄漏時(shí)自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)和打開(kāi)排風(fēng)扇以及蜂鳴器提示報(bào)警等功能。

關(guān)鍵詞：安全閥，泄漏，煤氣

中圖分類號(hào)：G648文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1672-1578（2014）24-0397-01

1.引言

隨著城市液化天然氣的普及，液化天然氣的使用人口越來(lái)越多，液化天然氣的用途也愈加廣泛，煤氣安全問(wèn)題已經(jīng)成為社會(huì)的熱點(diǎn)新聞。發(fā)生煤氣事故的主要原因表現(xiàn)在天然氣泄漏、天然氣不完全燃燒等，其中在煤氣事故中天然氣泄漏占的比例最大約50%，主要是由于用戶使用不規(guī)范、管道泄漏、閥門(mén)質(zhì)量不好等引起的。為了使得用戶能夠安心的使用天然氣，本設(shè)計(jì)針對(duì)使用天然氣中存在的安全隱患進(jìn)行一系列研究，利用kile4和Proteus進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并制造實(shí)物檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性。

2.系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

2.1安全閥。煤氣安全閥有彈簧式和桿式兩大類。另外還有沖量式安全閥、先導(dǎo)式安全閥、安全切換閥、安全解壓閥、靜重式安全閥等。彈簧式安全閥主要依靠彈簧的作用力而工作，彈簧式安全閥中又有封閉和不封閉的，一般易燃、易爆或有毒的介質(zhì)應(yīng)選用封閉式。本系統(tǒng)的安全閥是家用燃?xì)夤艿揽焖僮詣?dòng)切斷安全閥，可與燃?xì)庑孤﹫?bào)警系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切斷氣源。該閥門(mén)選用優(yōu)質(zhì)黃銅制成，通道位置是直通式其結(jié)構(gòu)為封閉式結(jié)構(gòu)，氣流單向流動(dòng)，公稱通徑為5mm，尺寸大小為83mm×30mm×30mm（長(zhǎng)×寬×厚），獨(dú)特的小體積設(shè)計(jì)，使其小巧美觀。安全閥結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示：

2.2切斷閥。煤氣切斷閥也選用禾嘉金安牌切斷閥，該切斷閥適用于天然氣、城市煤氣等氣體，工作壓力為0-100KPa，直流脈沖驅(qū)動(dòng)方式關(guān)閉閥門(mén)，手動(dòng)復(fù)位。驅(qū)動(dòng)電壓為9V-12V，驅(qū)動(dòng)電流為≤1.5A。連接方式為對(duì)插或膠墊密封，尺寸為110mm×90mm×47mm（長(zhǎng)×寬×厚）。切斷閥外觀圖如下圖2所示：

3.系統(tǒng)控制部分實(shí)現(xiàn)

因液化天然氣是一種混合燃料，主要成分為烷烴，本設(shè)計(jì)使用ATMEGA16單片機(jī)為核心控制，以甲烷傳感器檢測(cè)室內(nèi)空氣所含甲烷濃度，當(dāng)室內(nèi)空氣中所含甲烷濃度超標(biāo)，控制器立刻發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)切斷閥和安全閥關(guān)閉，并以聲光報(bào)警的方式提示天然氣泄漏，打開(kāi)排風(fēng)扇以及撥打119報(bào)警?？紤]到若停電時(shí)系統(tǒng)不能正常工作，本設(shè)計(jì)配備蓄電池，保證安全閥在任何時(shí)候都能正常工作。安全閥系統(tǒng)原理圖如下圖3所示：

3.1單片機(jī)處理器。ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。

3.2甲烷傳感器。MQ-4傳感器對(duì)甲烷的靈敏度非常高，對(duì)丙烷、丁烷也有著較好的靈敏度。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃性的氣體，特別是天然氣，是一款非常適合多種應(yīng)用的傳感器。MQ-4傳感器使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當(dāng)空氣中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率會(huì)隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增大而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。甲烷檢測(cè)原理圖如下圖4所示：

4.結(jié)論

智能煤氣安全閥系統(tǒng)進(jìn)行了軟件仿真和實(shí)物制作，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期效果，可實(shí)現(xiàn)天然氣泄漏時(shí)自動(dòng)報(bào)警，并立刻關(guān)閉閥門(mén)，保證用氣安全。本系統(tǒng)實(shí)用且效果明顯，成本低廉，操作簡(jiǎn)單，能滿足一般家庭的需要，為家庭的用氣安全提供了一定保障。

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