基于单片机的烟雾报警系统 - 图文(13)

当烟雾浓度超过报警设定值时，报警器发出一种近似警笛的鸣叫声，对应通道的红灯闪亮，以提示操作人员采取安全对策或自动控制相关安全装置，从而保障生产安全，避免火灾和爆炸事故的发生。为防止误报，在程序设计上，对烟雾浓度进行快速重复检测和延时报警，以区别出是管道中烟雾的泄漏，还是由于暂短打开阀门产生的可燃烟雾的微量散失，防止误报。报警子程序流程图如图4.7所示。

图4.4报警子程序流程图

4.2.6 控制按键设计子程序及流程图

本报警器设计附加一个按键，功能分别为：确定(消音)。按键处理子程序流程图如图4.8所示。

图4.5键盘处理子程序

5. 实验检定及误差分析

5.1 烟雾检测报警器检定 5.1.1 爆炸下限(LEL)概念介绍

本论文设计的烟雾检测报警器选用“%LEL”作为烟雾的测量单位及衡量标准，下面介绍关于LEL的相关概念。

“LEL”是指爆炸下限。可燃烟雾在空气中遇明火种爆炸的最低浓度，称为

爆炸下限(LowerExplosionLimited)，简称LEL。可燃烟雾在空气中遇明火种爆炸的最高浓度，称为爆炸上限(UpperExplosionLimited),简称UEL。

烟雾的浓度过低或过高时是没有危险的，只有与空气混合形成混合气或更确切地说遇到氧气形成一定比例的混合气才会发生燃烧或爆炸。燃烧是伴有发光发热的激烈氧化反应，它必须具备三个要素：可燃物（燃气）；助燃物（氧气）；点火源（温度）。可燃气的燃烧可以分为两类，一类是扩散燃烧，即挥发的或从设备中喷出、泄漏的可燃气，遇到点火源混合燃烧。另一类燃烧，是可燃气与空气混合着火燃烧，这种燃烧反应激烈而速度快，一般会产生巨大的压力和声响，又称之为爆炸。燃烧与爆炸没有严格的区分。

有关权威部门和专家已经对目前发现的可燃气作了燃烧爆炸分析，制定出了烟雾的爆炸极限，它分为爆炸上限和爆炸下限。低于爆炸下限，混合气中的可燃气的含量不足，不能引起燃烧或爆炸，高于上限混合气中的氧气的含量不足，也不能引起燃烧或爆炸。另外，可燃气的燃烧与爆炸还与烟雾的压力、温度、点火能量等因素有关。爆炸极限一般用体积百分比浓度表示。

爆炸极限是爆炸下限、爆炸上限的总称，可燃烟雾在空气中的浓度只有在爆炸下限、爆炸上限之间才会发生爆炸。低于爆炸下限或高于爆炸上限都不会发生爆炸。因此，在进行爆炸测量时，报警浓度一般设定在爆炸下限的25%LEL以下。一般可燃烟雾检测仪的测量范围为0~100%LEL。甲烷在空气浓度为9%-11%时遇明火爆炸,高于11%或低于9%都不爆炸。假定甲烷的爆炸下限为5%体积比，那也就是说，把这个5%体积比，一百等分，让5%体积比对应100%LEL，也就是说，当检测仪数值到达10%LEL报警点时，相当于此时甲烷的含量为0.5%体积比。当检测仪数值到达20%LEL报警点时，相当于此时甲烷的含量为1%体积比。 本设计中设定甲烷的爆炸下限为10%体积比，对应的报警限设在20%LEL，也就是甲烷含量为2%体积比时报警器报警。

5.1.2 实验数据分析

因为家用煤气中主要成分为甲烷，所以本实验在烟雾标定时，选用甲烷烟雾。实际甲烷烟雾与进入到单片机输入端的电压值对应数据如表5.1所示。

表5.1实际甲烷烟雾与送入单片机的电压值对应数据

浓度（%） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 电压（V） 3.70 3.65

3.60 3.48 3.30 2.98 2.61 2.22 1.80 1.02 0

从该曲线可以看出，电压值与烟雾浓度之间是非线性关系，为了实时显示气体浓度，需要对其进行线性化处理，使显示的烟雾浓度与实际误差在±5%范围内。烟雾浓度与测量电压值线性化示意图如图4.5所示。对曲线作线性化处理时，根据曲线的走势，将烟雾浓度分成7段。 直线方程

f(x)=f(xi)+(x-xi)f(xi)-f(xi)/（xi–xi） i=1,2,3L,7(5-1)

其中，f(x)为实际烟雾检测LEL浓度，x为实际烟雾检测浓度对应的电压值，xi是区间的下限浓度对应电压值，xi是区间的上限浓度对应电压值，f(xi)为区间下限点烟雾LEL浓度值，f(xi)为区间上限点烟雾LEL浓度值，根据公式5-1计算出7个直线方程式，如下：