基于单片机气体浓度检测系统的设计

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1、基于单片机气体浓度检测系统的设计1引言1.1项目的研究背景随着人民生活水平的提高和对环境问题及健康问题的日益重视，室内空气品质状况受到越来越多的关注。由于现代生活节奏的加快，人们在起居室、办公室等室内环境的滞留时间越来越长。如果把工作、居住和休闲的时间都加在一起，在西方工业发达国家人们在室内停留的时间己达全天的93%左右，而我国也超过了全天的85%室内空气品质状况直接影响人们的身体健康。恶劣的室内空气是不良建筑物综合症的主要原因。美国环境保护局(EPA)与世界卫生组织(WHO)进行的联合调查表明，有大约20%的美国建筑存在严重的室内空气污染，40%

2、有一定程度的室内空气污染，另40%存在轻微或没有室内空气污染[1]。根据美国环境健康总署的调查，室内主内空气污染常常是室外空气污染浓度的2-3倍，在冬季缺乏通风，使用燃料取暖炉等情况下甚至高达100倍。一般家庭室内可检测到的污染物多达300种，而有68%的人体疾病与室内空气污染有关。美国职业安全及健康局的报告认为，在美国，企业因室内空气恶劣而造成的工时损失平均约每人每日14-15分钟[2]。1.1.1气体危害现状仅以人类自身来说，其日常生活和生产活动都与周围的大气环境密切相关，大气的变化对人类有极大的影响。空气中还有有毒气体，会给人类带来灾难。可燃

3、气体的泄露会引起爆炸和火灾使人类的生命和财产遭受损失。随着工业规模逐渐扩大，产品的种类不断增多，气体原料和生产过程中的产生的气体种类和数量不断增多，尤其是石油﹑化工﹑煤炭和汽车等工业发展，致使大气污染日益严重。酸雨﹑温室效应和臭氧层破坏成为严重的环境问题。环境污染已逐渐影响到人类的生存。因此，对人类生存和生产环境中的各种气体，气味进行准确的检测和分析是必要的。近几年的研究注意到，居室的室内污染问题也越来越为突出，严重威胁人体健康。长期生活和工作在有污染的室内环境中，易出现不适感，症状多为头痛﹑流鼻涕﹑眩晕﹑行动迟缓和记忆力衰退等，世界卫生组织将此种

4、现象称为“致病建筑物综合症”。有资料显示新装修的家庭居室中常见的有害物质大约300多种，其中易对人体造成伤害，甚至致癌的有20多种，主要包括苯﹑甲苯﹑二甲苯﹑乙苯等挥发性有机气。易燃易爆气体也是不容忽视的有害气体[3]。如果此方面未得到有效控1制与管理的话，为其后果所付出的代价是极为巨大的。由以上可以看到易燃﹑易爆﹑有毒气体等问题已经严重危害人民的生命和财产安全以及全社会的发展和安全。解决这些问题的关键是迅速准确的检测到这些相关有毒﹑有害气体，这便是气敏传感器发展的客观依据。1.1.2气体检测现状气体种类繁多，有些有毒有害，有些易燃易爆。人类生存和

5、活动的环境无一可以撇开气体对象。现代化生活的飞速发展，导致了城市气体越来越复杂，对人类的影响也越来越大。液化石油气的开发利用大大造福于家庭生活，同时也带来了更多的爆炸或火灾隐患。为了确保大气环境的“质量”和家庭用气的安全，就离不开准确有效的气味检测与报警手段:许多作业过程(如炼钢、发酵、冶金、矿井以及汽车)都需要对相关气体进行严格监控或快速调节，否则将招致重大事故与损失[4]。正因为气体与人类的生存和活动如此密切相关，人类很早就开始了对气体的检测及控制方法的研究。目前，酒类、烟草、茶叶等食品的质量主要是靠人的感官来进行判断，感官评定主要依赖人的生理

6、和心理条件，其本身是一门精巧的技术。这类工作通常需要训练有素、经验丰富的专家进行。人工鉴别带有很大的主观因素。从某种意义上讲，由于受经验、情绪等主观因素的影响，感官评定方法的评判结果随鉴别人员的不同而存在相当大的个体差异，即使同一人员也随其身体状态、情绪变化等的不同而产生不同结果[5]。由此可见，人的感觉器官的缺点包括主观性，重复性差(即，结果随测试时间，健康情况，先前分析的气味，疲劳程度，等等因素波动)，耗时长和花费人力巨大。另外，人的感觉器官不能用于检测有毒气味、连续工作和远程操作。另外，工程师和化学家利用一般比较廉价和简便的化学或生化传感器，

7、或利用昂贵复杂的分析化学仪器，如气相色谱仪(GC)和质谱仪(MS)，对有毒和无毒气味进行分析。这两种方法的共同缺点是其试验结果并不是直接与一个气味的鉴别相关联。例如，单个化学传感器不能直接用来鉴别具体的咖啡香味。分析化学家们用气相色谱仪和质谱仪(GC/MS)检测的结果也是如此。而且，GC和GC/MS系统结构复杂，操作繁琐，造价昂贵，测试周期长，需要人进行大量的干预以进行分析，不能进行连续检测[6]，等等。21.2项目的研究意义和应用背景从上面可以看出有许多种气体检测技术可帮助今天的工业来保护人类和生产，当然，每一种技术都有优点和缺点。从实际生活中可

8、以了解没有单一最好的方法，而只有根据具体的实际情况由多种技术组合成的最好的气体检测系统。当气体传感器技术发展的如火如荼之时