不是很高。 固体电解质气体传感器是气体通过传感器的时候产生离子，从而形成电 动势，使其电压发生的原理。产品在制作工艺上成本高，在检测范围上也有局限 性。 选定可燃性气体传感器 半导体可燃性气体传感器包括用氧化物半导体陶瓷材料作为敏感体制作的可 燃性气体传感器以及用单晶半导体器件制作的可燃性气体传感器。按敏感机理分 类，可分为电阻型和非电阻型。半导体气敏元件也有型和型之分。型在监测 时阻值随可燃性气体浓度的增大而减小,型阻值随可燃性气体浓度的增大而增大。 半导体气敏传感器的分类如图所示。所利用的特性工作温度表面电阻控制器 。 图半导体气敏传感器的分类 本设计中采用的型可燃性气体传感器属于半导体气敏材料，半导 体类型是表面离子式型。当环境温度处于左右时，材料吸附空气环 境中的氧气，然后转化成氧负离子，促使电阻值增大。如果环境中存在可燃性气 体泄漏，可燃性气体就会进入传感器与氧负离子结合，进而引起电阻值的变化。 本设计就是利用这种原理进行可燃性气体的检测。 传感器简介 传感器概述 型传感器的结构图如图所示。传感器共有六个引脚，其中两个是用 来加热的引脚，另外的四个引脚是用来信号输出的，可燃性气体传感器的精 度是。 图型传感器的结构图 传感器详细说明 可燃性气体传感器的敏感层是用稳定的制成的。因此，它具有优秀 的长期稳定性，在正常使用条件下，其使用寿命可达年。 图给出了元件对不同气体的灵敏度特性。温度为摄氏度，湿度 为，氧气浓度为为液化石油气中气敏元件 电阻，为不同气体不同浓度下气敏元件电阻。 图灵敏度特性曲线 工作原理 传感器的表面电阻是通过与其串联的负载电阻上的有效电压信号 输出而获得的。二者之间的关系为 图为负载测试曲线图，是利用测试回路测得在传感器由洁净空气转移至 氧化碳或甲烷气氛中时，上的信号输出变化情况，输出信号的测定是在个 完整的加热周期或在两个完整的加热周期内测得。 图负载测试曲线图 可燃性气体浓度检测报警装置的硬件设计 可燃性气体检测报警器的设计 在可燃性气体浓度检测报警装置的设计中，单片机是装置的核心部件。单片 机不仅要接收可燃性气体采集的经过转换的数字信号，而且还要对这些型号 进行处理，作出相应的判断，采取必要的措施。单片机在本装置中起到了 很关键的作用，特备是在采集气体浓度的信号处理上面，要求有很快的 运行速度，才能对空气环境中的可燃性气体浓度进行采集，从而采取相应的措施。 本次设计在考虑性价比的同时，也考虑了运行速度以及稳定性等，依据老师的推 荐以及自己擅长的知识点，所以本设计选用的单片机为系列单片机作为 本装置的核心控制器。 首先，可燃性气体在空气环境中的浓度信号通过气体传感器将可燃性气 体浓度信号转换成电压信号，经过进行转换，输出个适合单片机 接收的模拟信号，然后，送入中，通过单片机线性化数据处理后，将电 压信号转化成对应的十六进制浓度值。最后，将浓度值送入数码管显示。当 检测到的可燃性气体浓度超出上限报警设定值时，报警器发出声音报警。 报警器系统结构框图如图所示，系统以单片机为核心，配合外围电路共 同完成信号采集浓度显示状态显示声音及闪烁报警功能。报警器采用巡检 的工作方式，进行两级报警值设定，并发出不同的光声信号。系统应采用高性 能的单片机，要求工作稳定测量精度高通用性强功耗低，保证报警器的精 确性及可靠性，而且最好体积小，成本低，有利于减少报警器的体积，降低报警 器的成本。 图可燃性气体监测报警器结构框图 可燃性气体浓度检测报警装置的电路设计 单片机 单片机是种低功耗高性能的位微控制器，内置可在线编 程闪存。该器件采用公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业 标准的指令集兼容。片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器 在系统内通过心控制器。 首先，可燃性气体在空气环境中的浓度信号通过气体传感器将可燃性气 体浓度信号转换成电压信号，经过进行转换，输出个适合单片机 接收的模拟信号，然后，送入中，通过单片机线性化数据处理后，将电 压信号转化成对应的十六进制浓度值。最后，将浓度值送入数码管显示。当 检测到的可燃性气体浓度超出上限报警设定值时，报警器发出声音报警。 报警器系统结构框图如图所示，系统以单片机为核心，配合外围电路共 同完成信号采集浓度显示状态显示声音及闪烁报警功能。报警器采用巡检 的工作方式，进行两级报警值设定，并发出不同的光声信号。系统应采用高性 能的单片机，要求工作稳定测量精度高通用性强功耗低，保证报警器的精 确性及可靠性，而且最好体积小，成本低，有利于减少报警器的体积，降低报警 器的成本。 图可燃性气体监测报警器结构框图 可燃性气体浓度检测报警装置的电路设计 单片机 单片机是种低功耗高性能的位微控制器，内置可在线编 程闪存。该器件采用公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业 标准的指令集兼容。片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器 在系统内通过串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。通过把通用的 位与可在线下载的集成在个芯片上，便成为个高效的微型 计算机。它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。 时钟电路 单片机 复位电路 温度采集电路 气体浓度采集 电路 紧急报警电路 显示电路 图 的介绍 具有以下特点 采用位分辨率，也就是说是个字节 双通道转换，便于输入与输出 输入输出电平与相兼容，所以兼容性很好 当采用电源供电时，输出电压在之间 工作频率为，转换时间为。 与单片机接口电路 图与单片机接口电路 单片机对的控制 与单片机的接口为条数据线，分别为,但由于, 在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可将, 并联在根数据线上使用。 当未工作时，端为高电平，芯片禁用。的电平任意。 要进行转换时必须先将使能端置为低电平。用于输入通道功能选择数据 信号。用于输入信号。 测温电路 图电路 的脚接地，脚数据端接单片机的，脚接，为了确保 工作可靠，脚要接的上拉电阻。发生爆炸不仅和气体浓度有关，温度也有影 响，当气体浓度达到定值后，只有达到爆炸温度限，可燃性气体才会发生爆炸。 报警电路 图声光报警电路 本系统中采用蜂鸣器报警，由于单片机输出电流较小，所以用三极管驱 动蜂鸣器发出声音。与此同时，发光二极管发出光线，加强报警效果。 四位数码管显示电路 图数码管显示电路 位数码管为共阳管，由于单片机输出电流比较小，故用个型的三极管 来驱动数码管。单片机输出低电平时三极管导通，使数码管的各公共端 和脚为高电平，此时数码管的数据端输入低电平后数码管被点亮，欧 电阻到为三极管的限流电阻。 可燃性气体传感器转换电路 图可燃性气体传感器经过转换后接单片机口 数码管 数码管的引脚说明 这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有的阳极连 接到共同接点，而每个的阴极分别为及小数点 共阴极则是把所有的阴极连接到共同接点，而每个的阳极分别为 及小数点，如下图所示。 图共阳数码管内部结构 此次设计中采用的是共阳四位数码管，内部的个数码管共用这根数 据线，为人们的使用提供了方便，因为里面有个数码管，所以它有个公共端， 加上，共有个引脚，下面便是个共阳的四位数码管的内部结构图共阴 的与之相反。引脚排列依然是从左下角的那个脚脚开始，以逆时针方向依 次为脚，下图中的数字与之对应。 图位共阳数码管内部结构 管教顺序从数码管正面看，以第脚为起点，管脚的顺序是逆时针方向排列。 公共脚 数码管编码说明 位数码管编码说明，如表所示 表控制命令表 显示十六进制 可燃性气体报警器的软件设计 主程序设计及流程图 主程序流程图如图所示。首先要给传感器预热三分钟，因为型半导 体电阻式可燃性气体传感器在不通电存放段时间后，再次通电时，传感器不能 立即正常采集可燃性气体信息，需要段时间预热。程序初始化结束后，系统进 入监控状态。 单片机对传感器监测的可燃性气体浓度信号进行转换平均值法 滤波线性化处理后，将浓度值与报警限设定值相比较，判断是否报警。同时送 入段式液晶显示可燃性气体浓度值。 图主程序流程图 主程序初始化流程图 主程序初始化流程图如图所示。给传感器预热后，程序开始执行初始化 子程序，这部分实现的功能包括各种口输入输出状态的设定寄存器初始化 中断使能等。首先设定定时初值，利用写入，作为取值间隔。然 后设置定时器，选择方式。方式状态下定时器的工作寄存器是全 位参与操作。接下来定时器中断允许位置，打开定时器，关闭蜂鸣器，开 启绿灯，设置报警限初值。 开始 程序初始化 传感器预热三分钟 并故障检测 转换 线性化处理 平均值法滤波 浓度显示 进入报警处理程序是否超过报警 限 结束 图主程序初始化流程图 中位值平均滤波法数字滤波设计 在装置对环境中的可燃性气体进行检测的时候，不可能保证完全没有干扰的 现象，偶然的波峰波谷值还是存在的，与正常值相比较差距还是比较大的，所以 要对干扰值进行处理。 在本设计中采用的是中位值平均滤波法数字滤波，避免了般的平均值法将 干扰带入到了结果中去，减少了浓度采集的误差。 中位值平均滤波法的原理是采集环境中可燃性气体浓度的个数据，然后找 出最大值和最小值删除不用，计算剩下的个采集数据的平均值。这种方法大 大的减小了偶然的误差，提高使可燃性气体浓度检测仪的准确性。 开始 结束 设定定时初值 关闭蜂鸣器 设置定时器，选择方式 打开定时器，中断允许 设定初值是否保存报警初 值 在准确的实验验证中中，的值应该取的相对大点，本设计为了加快测量计 算速度和效率，在可燃性气体浓度检测仪的设计中取值为。调用转换器 连续进行次采样，然后找出最大值和最小值舍弃，最后计算余下个值的平均 值，将获得的平均值送到单片机的寄存器中。下图所示为中位值平均滤波法 的程序流程图。 图中位值平均滤波法程序流程图 开始 设置采样次数 送入寄存器 将个采样值排序 和除以求平均值 求第二个到第九个值的 和 调用转换 已采样次 安徽农业大学 毕业论文设计