方案三电路气敏元件采集浓度信号处理数据控制电路数据显示 对不同的气体浓度进行声光报警。 方案论证与比较方案结构小巧采用电位器可以对报警灵敏度进行调节但是 属于纯模拟电路报警在调节过程中相对比较困难。方案二采用多级非门驱动报警 可对气体浓度进行定量分析浓度越大点亮的发光二极管越多。从定性到定量方案二 较方案从设计上有所提高但由于只是通过发光来报警不能很好的引起使用者 的重视。方案三采用以为核心的控制电路对采集的数字信号进行处理和判断运 用定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到显示器显示出来。并通过软件控 制设定定的报警阀值当浓度达到此阀值时有选择的进行声光报警。但是此电路在设 计时即有硬件的设计又有软件的设计较二方案更为复杂。 第页 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 单元模块设计 电源模块 电源是各种电子设备必不可缺的组成部分其性能优劣直接关系到电子设备的技术 指标及能否安全可靠地工作。线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源其稳压性能好 输出纹波电压很小但它必须使用笨重的工频变压器与电网进行隔离并且调整管的功 率损耗较大致使电源的体积和重量大效率低。 电源输入 连接器 电源输入 图电源电路 第页 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 通信部分 接口 图通信电路 该电路为机与实现串口通讯的典型电路芯片为电平和 电平的转换芯片外围电路只需按芯片资料说明上接上个电容即可。 显示及驱动 第页 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 段锁存器 位锁存器 图采集与最小系统 中表示位数字量输出引脚表示位模拟量输入引脚 为转换启动信号输入端。为地址锁存允许信号输入端。以上两种信号 用于启动转换表示转换结束信号输出引脚开始转换时为低电平当转换结 束时为高电平。表示输出允许控制端用以打开三态数据输出锁存器。时钟信 号输入端般为这里有四分频电路产生 四分频电路 图四分频电路 总体功能设计 本设计的可燃气体警报器主要由六个部分组成传感器显示器声光报警器 控制电路转换和电源模块传感器部分采用的气体传感器能感知环境中种气体 第页 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 并将与气体种类和浓度有关的信息转换成电信号。这种电信号是连续变化的模拟信号需 要经过转换将其转化离散的数字信号。控制电路以为核心能够对采集的数字 信号进行处理和判断运用定的算法计算出待检测气体成分及浓度并送到显示器 显示出来。当检测气体浓度超出设定报警阀值时给出声光报警。本系统可以对检测的数 据和设定的阀值参数进行存储并自备电源。 系统调试 测试仪器 序号类型型号序号类型型号 示波器 万用表 测试方法 电源测试 用转变压器通过电容的滤波用数字万用表直流电压档测得三端 集成稳压器的脚输出端为数据表明正常。 传感器工作测试 接通电源后感受传感器是否发热微微有热度表明工作正常用可燃气体逐渐靠 近气体传感器输出电压在变化说明传感器工作增长。 采集与最小系统电路的调试 为确保电路焊接无误后接通电源用数字万用表直流电压档测量以 下管脚的电压。 脚脚 脚脚 第页 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 脚脚 通过以上数据可以判断出正常工作。 正常接通电源后用数字示波器检测下管脚的信号波形 脚脚脚脚 都呈现不同频率的脉冲其中脚的频率为接近说明工作正 常。 系统功能指标参数 概述 该设计中采用半导体气体传感器感应外界可燃气体其以金属氧化物半导体 为基础材料当被测可燃气体在该内部半导体表面吸附后引起其电学特性例如电导 率发生变化。由于电导率的改变产生不同的阻抗时而产生不同的模拟电压信号。 然后采用位并行的转换器将时间和幅值都连续的电压模拟量经 过取样保持量化和编码等过程转换为时间幅值离散的数字量同时将转换结束 的数字量赋给主控芯片。 根据外界可燃气体与对应变换电压的函数关系处理数据并将得到 的对应浓度数据交给数码管及时显示。当检测气体浓度低于设定报警阀值的时候 显示器仅仅显示测得的可燃气体浓度当检测气体浓度超出设定报警阀值时同时还 给出声光报警。 参数指标 检测气体液化气天然气煤气等可燃气体 探测范围 报警浓度 响应时间 工作电压 功耗 使用温度 储存温度 相对湿度 模块工作原理 气体传感器工作原理 气体传感器是种将种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。即将气体的成 份浓度等信息转换成可以被人员仪器仪表计算机等利用的信息的装置。 气体传感器的种类很多大体可分为半导体气体传感器电化学气体传感器催化 燃烧式气体传感器热导式气体传感器红外线气体传感器等。 该设计中采用的是半导体气体传感器以金属氧化物半导体为基础材料。当被 测气体在该半导体表面吸附后引起其电学特性例如电导率发生变化。目前流行的定 性模型是原子价控制模型表面电荷层模型晶粒间界势垒模型。图是其结构 和外形气敏元件的结构和外形如图所示结构或由微型陶瓷管 敏感层测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内加 第页 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚其中个 用于信号取出个用于提供加热电流。 图的结构和外形 工作原理 是带有位转换器路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 组件。 由图由个路模拟开关个地址锁存与译码器个转 换器和个三态输出锁存器组成。多路开关可选通个模拟通道允许路模拟量分时 输入共用转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存转换完的数字量当 端为高电平时才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 图的内部逻辑结构 气体结果测量计算 第页 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 图气敏元件的灵敏度特性 其中轴表示外界可燃气体的浓度轴表示变化内阻与固定电阻的值 元件在洁净空气中的电阻值 图的连接电路图  浓度与电压的关系函数 浓度 结论 通过综合测试本设计的系统基本能达到设计的预期要求能够顺利感应到由于调 节电位器改变电阻的变化当电压超过定值的时候给出声光报警。不过由于存在 传感器的缺失还存在些缺陷。 数码管显示数据不够稳定延时时间没有达到最佳当报警时数码管显示的数 据会随之闪烁。 显示的数据线性性显示不强。 基于可燃气体报警器设计在硬件的选择上留有空间在增加相关硬件同时软 件部分只需改动很少的部分就可实现其它功能使系统功能更加完善。转换器是 通道的可以扩展其他传感器如温度和湿度进行监测的传感器。并且系统可以扩展无 线发射模块将检测的信息及时地发到安全控制中心在配合其它矿井内的安全监控设 备更好的确保井下作业的安全。 传感器的缺少使得说明书中的关于传感器部分的简介只能停留在理论上 不能实际去实践应该有传感器实现的功能现在只能由电位器来进行简单的模拟设计 的实际效果也就欠佳了。 题目可燃气体检测与报警系统设计 摘要 摘要本设计主要是由个传感器采集气体浓度信号系统建立浓度 与电压关系进行浓度电压转换电压浓度转换浓度显示声光报警构成的 报警装置。本系统由处理数据采用完成气体 浓度信号的采集显示内容的传输显示等功能。本设计的可燃气体警报器由六 个部分组成传感器显示器声光报警器控制电路转换和电源 模块。对采集的数字信号进行处理和判断运用定的算法计算出待检测气体 成分及浓度并送到显示器显示出来。当检测气体浓度低于设定报警阀值的 时候显示器仅仅显示测得的可燃气体浓度当检测气体浓度超出设定报 警阀值时给出声光报警。 关键词传感器显示器声光报警 目录 前言 方案论证与比较 方案 方案二 方案三 方案论证与比较 第页 西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告 单元模块设计 电源模块 通信部分 显示及驱动 采集与最小系统 总体功能设计 软件设计 程序流程图 程序设计 数据传输设计 系统调试 测试仪器 测试方法 电源测试 传感器工作测试 采集与最小系统