《开题报告样例》word版.doc

中国海洋大学青岛学院 毕业设计开题报告题 目便携式甲烷报警仪的设计系（中心） 信息工程系 年 级 2006级 专 业 电子信息工程 姓 名 于 天 学 号 200602305151 指导教师 王 敏 教务处制表2009年 12 月 12 日一、选题依据课题来源、选题依据和背景情况；课题研究目的、学术价值或实际应用价值随着人们生活水平的提高，越来越多的人对生活空间安全和舒适性有了更高的要求。现在家用的天然气主要成分为甲烷，一旦泄露会使大脑缺氧且导致中毒，遇明火产生爆炸，给人的生命财产安全带来重大威胁。便携式甲烷报警仪可随时监测甲烷的泄漏情况，当空气中甲烷气体达到一定浓度时，报警仪立即进行声、光报警，有效的防止了事故的发生，满足人们对家用天然气安全的需求。中国是一个产煤大国，是一个严重依赖煤炭能源的国家，同时也是矿难大国。近年来多次矿难使众多家庭支离破碎，矿井中甲烷气体浓度的控制是关键问题。便携式甲烷报警仪可随时监测空气中甲烷气体的浓度，达到限定浓度时立即报警，保证了在矿井采矿工人的生命安全。单片机的发展经历了探索、完善、MCU化、百花齐放四个阶段后，已成为工业控制领域中普遍采用的智能化控制工具，内部有着和电脑功能类似的模块，主要用来作控制部分的核心部件。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统，所以我选用单片机作为便携式甲烷报警仪的控制系统。利用单片机实现以下功能：1. 时钟显示：显示年、月、日、时、分；2. 采样记录：按下“采样键”记录此时环境的甲烷浓度和时间；3. 纪录最高浓度：可显示和自动存储甲烷浓度最高值和最高值得时间；4. 显示剩余电量；5. 超限报警；6. 报警点可调。本论文主要运用单片机AT89s51实现，实践表明本报警仪对居家安全以及采矿安全具有很大的实用价值。二、文献综述国内外研究现状、发展动态；查阅的主要文献研究现状甲烷浓度监测报警系统从仪器结构和方法上分为便携式和固定式，便携式仪器可在井下任意位置采样检测，固定式仪器用于煤矿井下固定地点气体监测。目前的用于检测可燃性气体的报警仪器有很多，如光干涉式、热导式、热催化式等。我国根据热催化式甲烷报警仪原理制成的便携式甲烷检测报警仪大体分为两类:一类是由电桥输出的电信号直接驱动电表指示甲烷浓度,AQJ-9 型甲烷检测报警仪就是这一类产品。另一类是电桥输出的电信号经电子线路放大后,再驱动电表指示或数字显示电路显示甲烷浓度。放大后的信号还可与声、光显示电路连接给出甲烷的超限显示和声、光报警信号。把A/ D 转换、数字寄存、译码驱动等集成于一身,使仪器的体积和重量进一步减小,精度和稳定性进一步提高。国外甲烷浓度检测系统是 20 世纪 60 年代开始发展起来的，至今已经有四代产品。从技术特性来看，主要是从信息传输发生的进步来划分监控系统发展阶段的第一代煤矿监控系统采用空分制来传输信息。煤矿监控技术的第二代产品的主要技术特征是信道频分制技术的应用。频分制的应用，体现了以晶体管电路为主的信息传输技术的发展，而集成电路的出现推动了时分制系统的发展，从而产生以时分制为基础的第三代煤矿监控系统，其中发展较快的是英国。到了 80 年代，形成了以分布式微处理机为基础的第四代煤矿监控系统。我国监测监控技术应用较晚，80 年代初，从国外引进了一批安全监测系统，装备了部分煤矿，在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出 KJZ、KJ4、KJS等煤矿有害气体监测系统。其中 KJ95 代表了国内煤矿监测监控系统的先进水平。KJ95煤矿综合监控系统主干网络采用光纤传输数据，适合用于煤矿实现井下环境和井上/下生产工况监测，井下通信及工业电视监视等全矿井综合监测监控，为矿井监测监控提供了高速的信息传输通道。查阅主要文献： 1. 李晓帆，可进行数据传输的便携式矿井甲烷检测仪的研究，论文，中北大学2. 赵延明 高军，煤矿安全监控系统的现状与发展，煤矿机电，2007年第3期3. 王建国，我国煤矿安全科技现状及发展方向，中国科协2005年学术年会第20分会场论文集，山西经济出版社 ，山西太原4. 刘明光 陈新军，我国煤矿甲烷安全监控系统综述，煤矿安全，2007年第3期5. 于霄鹏，高效家用燃气报警器检测装置，科研与实践（技术篇）6. 谢望，气体传感器技术的现状和发展趋势，天津工业大学7. 王化祥 张淑英，传感器原理及应用，天津大学出版社，天津8. 孙良彦 尹丽 孔祥霞 刘正秀，气体传感器研究的新动态9. 张福学，传感器应用及其电路精选，电子工业出版社，北京10. 黄晓波，漫谈有害气体检测报警仪在现实生活中的应用实例11. 李祖斌 姜建伟 文峰，可燃易爆有害气体自动检定装置的研制，中国测试技术12. 张玉仲，可燃气体检测报警器原理及应用，物流技术，2000.213. 马宏伟 周元华 徐志鹏，基于ATMEGA8甲烷报警仪的设计，论文，西安科技大学14. 髙京卫 李军 韩毅，基于ADC812单片机的可燃性气体检测报警仪的设计，现代电子技术15. 宋毅华，SnO2甲烷气体传感器的优化设计与试制，论文，吉林大学16. 伍乐生，基于PIC16F877的高性能可燃气体报警器，应用技术三、研究内容1 学术构想与思路；主要研究内容及拟解决的关键问题（或技术）学术构想与思路：本论文根据甲烷的特性及单片机AT89s51的特点设计一款专门用来检测局部空间内甲烷气体的含量，及甲烷气体含量超标时自动进行声、光报警的仪器，欲为家庭及采矿工人安全提供帮助。主要研究内容：1）甲烷敏感元件利用甲烷传感器检测空气中甲烷的浓度。拟用催化燃烧式传感器检测可燃气体，这主要是因为热催化式甲烷检测报警仪具有成本低、结构简单、受背景气体和温度的影响小、输出的电信号大、电信号处理和显示方便、易实现自动检测等优点。2）信号放大器及A/D转换电路将信号经过放大和A/D转换电路变成数字信号进入单片机。3）AT89s51单片机微处理器拟采用AT89S51，它是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。而且AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求，比较灵活。4）显示、记录、报警模块显示选用LED显示屏，声光报警系统。5）电源2拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析检测电路（甲烷传感器）A/D转换电路电源单片机控制声光报警时钟功能LED显示记录模块报警点调节模块按键控制上图为本设计的的大体的设计框图，本设计以单片机AT89s51为控制核心，首先进行甲烷浓度的获取，获取到甲烷浓度以后，将这些模拟量的信号利用A/D转换电路转换成数字信号，通过单片机对其进行处理分析，实现各个分件功能。第一步 设计检测电路当含可燃性的混合气体扩散到检测元件上，在气敏元件表面有一层催化剂，催化剂迅速与可燃性气体进行无焰燃烧，并产生热量，温度使感应电阻组织发生变化，打破传感器中的平衡，产生微小电压差信号，此信号是和可燃气体浓度是成正比的，从而达到检测气体浓度的目的。第二步 设计A/D电路将传感器获得的模拟信号转化成数字信号。第三步 连接LED模块选择合适的LED器件，实现时间显示及采样记录显示功能。第四步 设计声光报警模块采用二极管及蜂鸣器，使得甲烷弄懂超过限制时发出蜂鸣声及闪烁红光引起相关人员注意。第五步 选择电源可以选择充电锂电池、小电瓶或者配备常规的干电池编写程序第六步 编写程序编写相关程序使时钟显示、采样记录、纪录最高浓度、显示剩余电量、超限报警、报警点可调功能得以实现。从理论上分析此方案是可行的。四、论文（设计）进度安排起止时间主要内容预期目标2010.1.10-2010.3.152010.3.16-2010.4.152010.4.16-2010.5.152010.5.16-2010.5.28课题准备阶段：主要是进行有关本课题的相关资料的查询和收集，并详细阅读和学习；与此同时，针对拟解决的问题进行开发平台和应用系统的可行性分析，完成应用系统的初步设计和总体规划课题研究与系统开发阶段：本阶段将进行单片机电路图的设计，并对A/D转化电路，电源电路等进行总体规划，形成较为完整有效的整体解决方案，为毕业论文的撰写作好充分准备。论文撰写阶段：对本课题的工作进行总结、提炼，归集资料、确定大纲、完成草稿，并最终形成系统的完整的学位论文。论文完善阶段对论文进行有针对性的调整修改，进一步完善课题的体系结构，丰富课题的内容，并最终完稿，为毕业答辩做好充分的准备。 系统分析和算法理解软件设计和软件测试文档论文初稿论文定稿五、审核意见指导教师意见 指导教师签字: 年 月 日审核小组意见审核小组成员签字： 年 月 日注：1、表格不够可加附页。2、审核小组意见由开题领导小组填写。