基于单片机的气体检测系统设计与实现

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1、·44·工业仪表与自动化装置2010年第4期基于单片机的气体检测系统设计与实现俞俊资，杨建华，唐忠林，崔博(西北工业大学自动化学院，西安710072)摘要：介绍了基于单片机的气体检测系统设计方案，阐述了系统结构、硬件组成和软件设计，实现了对一氧化碳、硫化氢和甲醛3种毒害气体的实时检测，并通过实验校准验证。该系统具有体积小、成本低、工作可靠等特点，适用于现场环境安全检测。关键词：单片机；毒害气体；检测系统中图分类号：TP206文献标志码：A文章编号：1000—0682(2010)o4—0044—03Design

2、andimplementationofgasdetectingsystermbasedonmicrocontrollerYUJunyun，YANGJianhua，TANGZhonglin，CUIBo(CollegeofAutomation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xian710072，China)Abstract：Thispapermainlyintroducestheprinciple，thedesignofhardwareandsoftware，andthe

3、entireapplicationprocessofakindofgastestingsystembasedonmicrocontroller．PoisongascontainedCO，H2S，CH2Ocanbemeasuredbythissystem．Thesystemwascorrectedbyexperimentation．Thesys-ternissmall，cheapandreliable．Itismainlyappliedinsomeindustryscenepositionmonitoring．

4、Keywords：microcontroller；poisongas；testingsystem感器信号调理电路，A／D转换电路，单片机控制电0引言路，键盘输入，液晶显示电路及USB接口电路组成。随着我国经济发展，工业也得到了迅速的发展，首先，电化学传感器将检测到的气体浓度转换成相但在工业生产过程中排放的废水、废气、废渣以及城应大小的模拟信号，经A／D转换电路转换成数字信市垃圾对环境造成了污染。其中，由于空气污染所号，由键盘输入控制单片机将数据采集的采用值进造成的经济损失和人群的发病率是最高的，原因都行选择和

5、处理运算，并将气体浓度值进行显示、保是由于空气中毒害气体含量超过其最小允许浓度而存，并通过USB接口电路上传到上位机(PC)进行造成的。该文设计实现了对一氧化碳、硫化氢和甲实时监控。醛等3种毒害气体的检测系统，可实时显示现场气2系统硬件电路设计体浓度，起到安全示警的作用。作为一个典型的智能检测系统⋯，它应包括数1气体检测装置总体结构据的采集、变换、处理等环节，硬件设计主要包括该装置的总体结构如图1所示。CPU的选型，传感器的选择，A／D转换芯片的选择，电源电路、显示电路、报警断电控制电路以及红外遥控和上传通信

6、电路等的设计。2．1CPU的选择该文设计的气体浓度测量装置采用单片机构成图1气体检测装置总体结构的具有判断、运算和控制能力及存储、显示功能的智由图1可以看出，该气体检测系统由电化学传能仪表，它所处理的信息量和复杂程度不是太大，采用8位单片机足可满足设计要求，在此选择了AT—MEL公司的COMS工艺的低功耗单片机收稿日期：2010—01—25AT89S51[作者简介：俞俊赞(1984)，男，浙江新昌人，硕士研究生，研究方。向为检测技术与自动化装置。2．2电化学传感器选择及调理电路设计2010年第4期工业仪表与自

7、动化装置·45·电化学传感器与被测气体发生电化学反应度的瞬变。并产生与气体浓度成正比的电信号，再加上必要的传感器在存储时，必须将敏感极和参考极短接，信号调理，就可以完成气体实时连续检测。该系统只有在准备使用时才能将短接线去除。在使用中，主要实现对一氧化碳、硫化氢及甲醛的检测，故选择当仪器关闭时为了保持传感器处于“准备工作”状CO／CF一200、H，S／M一100、CH，O／C一10这3种电态，必须将参考极和敏感极短接在一起，否则传感器化学传感器。需要一个很长的启动时间。在电路中使用一个场效2．2．1电化学传感

8、器性能指标应管J—FET或一个联动开关，使得2个电极在电路CO／CF一200电化学传感器主要性能参数：测电源切断时保持短接。当被短接后，要注意避免将量范围0～200ppm；输出信号(500±100)nA／ppm；传感器暴露于活性气体或溶解的蒸汽中。分辨率0．1ppm。敏感极的输出电流通过精密电阻R转换成HS／M一100电化学传感器主要性能参数：测电压信号，再经过集成运算放大器IC及与它相连量范围0—