矿用一氧化碳传感器的设计

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1、矿用一氧化碳传感器的设计根据矿井一氧化碳浓度检测的实际情况，文章介绍Y—种以单片机AT89S52为核心的传感器的设计，实现一氧化碳浓度的数字化、智能化检测。传感头采用电化学式感应原件，硬件电路由显示电路、频率输出电路、声光报警电路、A/D转换电路、前置放大电路、红外接收电路组成。为了便于调试、连接和扩展，软件采用模块化程序设计技术，彼此间具有相对的独立性。己的信息，关键词敏感原件：传感器；单片机TP315Adoi:10.3969/j.issn.1003-6970.2011.03.026ADesignofCarbonOxideSensorinMineDengYu-jiaol,WeiChao2(

2、SchoolofInformationandElectricalEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008，China)[Abstract]IntroducedainstrumentusingAT89S52MCUasthecore,accoringtothefactoftestthedensityofCOinthemine,whichcanrealizedigitizedandintclligcntizcdofconcentrationforCO.Thesensingusedelectrochemicalsens

3、ingelement,andthehardwarecircuitiscomposedofdisplaycircuit,frequencyoutputcircuit,sound-lightalarmcircuit,A/Dconvertingcircuit,pre-amplificationcircuit,andinfraredreceivercircuit.Tofacilitatedebugging,connectingandexpanding,thesoftwaresystemadoptedmodularprogrammingtechnologywhichisrelativelyindepe

4、ndent.[Keywords]sensitiveelement:sensor;singlechipo引言近年来，中国煤炭行业的安全生产形势不容乐观，尤其是重、特大伤亡事故屡见报端。co（—氧化碳）气体是矿井内常见的有害气体，是导致人员中毒死亡而引起重大伤亡事故的重要因素[1]。同时，co浓度的高低也是矿井下是否发生自燃火灾的重要标志。因此，在矿井下监控系统中装设co传感器十分必要。1敏感原件的结构及工作原理敏感原件结构图如图1所示。一氧化碳感应元件主要由电极、电解质溶液和壳体等部分组成。敏感原件的工作电极、反电极均由铂黑催化膜、防水透气膜、铂丝制成的多空气体扩散电极；电解质溶液为硫酸溶液，

5、使用多空吸附液衬，使电解液与工作电极始终保持良好的接触，并可从环形储液腔吸入消耗的电解液［2］。文章所用敏感原件采用的是恒电位电解式工作原理。敏感原件有工作电极、反电极和参比电极三个电极。其工作原理是：维持工作电极一定的恒定电位，当含有co的被测气体扩散进入传感器时，被测气体中的CO在感应电极上发生电化学氧化反应［3］:CO+H2O->CO2+2H++2e-反电极上发生相应的电化学还原反应.•l/2O2+2H++2c-->H2O总反应为：C0+l/202=02在工作吋，工作电极响应目标气体，发生氧化还原反应，产生与气体浓度成比例的相应大小的电流，电流由辅助电极流出，从感应电极流入。反应过程中

6、参比电极不参加反应。图1敏感原件结构图Fig.1thestructurechartofsensitiveelement2系统硬件设计CO传感器系统的组成如图2所示。该系统以AT89S52单片机为核心，其硬件电路巾显示电路、频率输出电路、声光报警电路、A/D转换电路、放大电路、红外接收电路等组成。图2硬件组成框图Fig.2hardwarecompositiondiagram传感头的微弱信号经过前置放大、滤波、后送至A/D采集电路。单片机对A/D转换后的数字信号进行加工处理。同时通过数码管显示当前一氧化碳浓度值，单片机发送200-1000HZ的频率信号给控制分站。当一氧化碳浓度超标时，蜂鸣器响，

7、闪烁，并发出频率报警信号。从而实现对环境一氧化碳浓度监测的目的。2.1信号放大电路由于一氧化碳检测元件输出的电流信号较小，此时需要对该信号进行前置放大。图3为信号放大电路，作为前置放大。图3信号放大电路Fig.3signalamplifier2.2红外接收电路一般接收电路的接收头采用红外线一体化接收器HS0038,输出信号直接送入单片机的P1.0引脚，由单片机解码并实施相应的操作［4］。HS0038输出信号电