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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 沼氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)防報(bào)警裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本儀器利用MQ-4、MG-811化學(xué)傳感器，對(duì)氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。氣體與傳感器發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬電路采集、放大、濾波等處理得到穩(wěn)定的電壓信號(hào)，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)通過(guò)I/O接口與單片機(jī)相連，用C語(yǔ)言編寫程序控制單片機(jī)，使單片機(jī)將數(shù)字信號(hào)讀入并處理，最后在屏幕上輸出。
- 詳細(xì)介紹：
- 本儀器由氣體傳感器對(duì)沼氣池中的氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，傳感器將氣體濃度的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，輸出電信號(hào)通過(guò)模擬電路濾波、放大、處理后得到一定的電壓信號(hào)。再將電壓信號(hào)出入到TLC1543，通過(guò)與基準(zhǔn)電壓的比較，TLC1543對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，得到精度為1/1024的數(shù)字量。得到的數(shù)字量通過(guò)I/O口與單片機(jī)相連。本項(xiàng)目還考慮到溫度對(duì)傳感器輸出信號(hào)的影響，所以另外采用DS18B20對(duì)傳感器工作溫度進(jìn)行測(cè)量。單片機(jī)對(duì)數(shù)字量、環(huán)境溫度等因素通過(guò)一定的比較、計(jì)算、數(shù)字濾波等處理得到沼氣主要成分的比例，以及計(jì)算當(dāng)前濃度是否處于安全值。單片機(jī)把最后由單片機(jī)控制顯示器HJ12864M-1將得到的主要?dú)怏w濃度、溫度、是否安全等顯示出來(lái)。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路： 隨著現(xiàn)代社會(huì)日新月異的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越大，以往的一次性能源已經(jīng)不適合當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展需要了。于是在現(xiàn)代社會(huì)，沼氣新能源的開(kāi)發(fā)利用就成為了一大熱點(diǎn)。由于沼氣的主要成分為甲烷和二氧化碳，甲烷和二氧化碳濃度過(guò)高，可能造成爆炸、人員窒息等，嚴(yán)重威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。由于甲烷和二氧化碳屬于無(wú)色無(wú)味氣體，人無(wú)法通過(guò)眼睛、鼻子以及其他感覺(jué)器官感知存在以及其濃度是否安全。 為了使廣大的人民群眾在使用沼氣時(shí)能夠更安全，更方便，更放心，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了這個(gè)沼氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)防報(bào)警裝置。 2.作品創(chuàng)新點(diǎn)： 本項(xiàng)目使用了氣體傳感器MQ-4和MG-811分別對(duì)甲烷和二氧化碳進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，該傳感器都是將氣體濃度的變化，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)（非電量轉(zhuǎn)化為電量），再通過(guò)濾波放大處理，最后得到的模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，最后將數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)處理，并通過(guò)屏幕顯示出來(lái)。我們所使用的這兩款傳感器價(jià)格低廉，性能強(qiáng)大，其性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)大大超越了以往同類作品所使用的其他傳感器。目前在國(guó)內(nèi)的各種產(chǎn)品中還未見(jiàn)使用該款傳感器制成的沼氣測(cè)量?jī)x。 3.作品技術(shù)關(guān)鍵 本項(xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵在于，如何把MQ-4和MG811傳感器所感知到的氣體濃度的變化，真實(shí)可靠的傳遞給單片機(jī)，在通過(guò)單片機(jī)的處理顯示出來(lái)。 4.主要技術(shù)指標(biāo) 本項(xiàng)目的主要技術(shù)指標(biāo)在于傳感器在氣體濃度和電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換的精度和單片機(jī)在處理數(shù)據(jù)時(shí)算法的優(yōu)越性。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前所制作的各類沼氣測(cè)量?jī)x，大多采用紅外傳感器，由于紅外傳感器造價(jià)太高，使得現(xiàn)在的沼氣測(cè)量?jī)x大多價(jià)格昂貴。而我們這款沼氣測(cè)量?jī)x，創(chuàng)新的使用了MQ-4傳感器，目前市面上還沒(méi)有使用此款傳感器制成的沼氣測(cè)量?jī)x。 該款傳感器造價(jià)低廉，性能出色，只需5V的電壓加熱，就能夠隨著甲烷濃度的改變，使表面敏感電阻發(fā)生10KΩ-60KΩ的變化，在通過(guò)外圍電路輸出特定的電壓值。響應(yīng)時(shí)間短，只需1s左右，與其他響應(yīng)時(shí)間在30s左右的傳感器相比，實(shí)時(shí)性更加卓越。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽 重慶文理學(xué)院特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)償轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 我們所制作的該款沼氣濃度測(cè)量器使用方便簡(jiǎn)單，只需要接通電源，將傳感器放在想要測(cè)試的地方，就可以通過(guò)液晶屏顯示出數(shù)據(jù)。該作品所使用的傳感器價(jià)格低廉,且性能良好，能夠測(cè)量出微小的變化量.該作品適合應(yīng)用于保證農(nóng)村沼氣池建設(shè)與使用的安全.由于制作該作品所需要的各種元器件,價(jià)格低廉又易于采購(gòu)，且生產(chǎn)工藝不復(fù)雜,所以該產(chǎn)品能夠進(jìn)行大規(guī)模批量化生產(chǎn)，能夠使我國(guó)農(nóng)村所建設(shè)的大量沼氣池都能夠使用上該產(chǎn)品。鑒于該產(chǎn)品的種種特性，我們相信該產(chǎn)品在農(nóng)村沼氣池的保護(hù)這一塊擁有良好的市場(chǎng)前景。在經(jīng)過(guò)后期的改進(jìn)與包裝后投入市場(chǎng)后，經(jīng)濟(jì)效益定當(dāng)不錯(cuò)。
同類課題研究水平概述
- 甲烷（CH4）是天然氣、沼氣和多種液體燃料的主要成份，在工業(yè)領(lǐng)域和日常生活中廣泛應(yīng)用，是典型的易燃易爆氣體，在大氣中爆炸的下限為5.3%。國(guó)家規(guī)定的CH4傳感器的斷電濃度更是低到0.5%-1.5%。及時(shí)檢測(cè)CH4的產(chǎn)生源、泄露源及濃度，對(duì)工礦安全運(yùn)行、人參安全及環(huán)境保護(hù)有著十分重要的作用。2002年至2005年8月，全國(guó)煤礦發(fā)生特大事故29起，死亡1743人，其中，瓦斯爆炸事故24起，死亡1579人，占事故數(shù)和死亡人數(shù)的83%和91%，事故的頻發(fā)引起了國(guó)務(wù)院以及國(guó)家相關(guān)各部委的關(guān)注。因此，研究低成本，高靈敏度和良好選擇性的甲烷傳感器及相應(yīng)的敏感材料具有重大的意義和廣闊前景。 目前，對(duì)CH4的檢測(cè)方法主要有載體催化法、半導(dǎo)體氣敏傳感器法、吸收型光釬傳感器法、電化學(xué)法以及紅外光譜法。載體催化元件是礦井中檢測(cè)CH4的主要元件，但存在一些缺陷。因此，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)主要集中在半導(dǎo)體氣敏傳感器上。與其他檢測(cè)手段相比，以二氧化錫為主要基材的半導(dǎo)體氣敏傳感器具有靈敏度高、探測(cè)范圍廣、與氣體反應(yīng)快、制備成本低等優(yōu)點(diǎn)，是今后礦井中用于檢測(cè)CH4氣體的主要產(chǎn)品之一。福州大學(xué)氣敏傳感器研究所黃兆星等人在20世紀(jì)90年代初研制的SnO2半導(dǎo)體氣敏傳感器的穩(wěn)定性很高，在高濃度氣體沖擊下仍能進(jìn)行二級(jí)甚至三級(jí)報(bào)警。當(dāng)然，無(wú)論是載體催化元件還是半導(dǎo)體氣敏傳感器元件，研究的關(guān)鍵均是對(duì)直接和氣體接觸的敏感材料進(jìn)行開(kāi)發(fā)和改進(jìn)。
