河南城建学院本科毕业设计（论文） 煤气泄漏自动检测总体设计
场。如果系统接有上位机工作的话,可通过通信接口对单片机组成的下位机系统进行参数设置,并可定时地从数据缓冲区中读取以前测量的数据值,进行二次处理加工或存入数据库永久保存。 具体技术指标如下：
应用范围：工业生产和人民生活中的CO检测； 检测对象：CO及他们的混合气体； 检测范围：CO:0～1000ppm； 检测精度：CO优于20ppm； 报警浓度：100ppm～300ppm 响应时间：≤30ms； 电池电压：+12V；
工作温度范围：-20～+70℃； 工作湿度范围：10～95%RH。
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第3章煤气泄漏自动检测硬件设计
3.1传感器
3.1.1气体传感器介绍
1. 气体传感器是气体与气味检测的关键元件。根据其气敏特性，气体传感器可以分为六大类：
(1) 半导体气体传感器。 (2) 固体电解质气体传感器。 (3) 接触感染式气体传感器。 (4) 电化学式气体传感器。 (5) 光学式气体传感器。 (6) 高分子气体传感器。 2. 气体传感器应满足的基本条件
一个气体传感器可以是单功能的，也可以是多功能的；可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能传感器组成的阵列。但是，任何一个完整的气体传感器都必须具备以下条件：
(1) 能选择性地检测某种单一气体，而对共存的其它气体不响应或
低响应。
(2) 对被测气体具有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的气
体浓度。
(3) 对检测信号响应速度快，重复性好。 (4) 长期工作稳定性好。 (5) 使用寿命长。
(6) 制造成本低，使用与维护方便。
3.1.2气体传感器的选定
气体传感器是本系统检测的起点也是系统的核心和重点，选择合适的传感器成为决定系统成功的关键。
CO气体传感器属于气敏传感器，通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。传感器作为煤气泄露测试装置报警器的信号采集部分，是仪表的核心组成部分之一。由此可见，传感器的选型是非常重要的。
由于监控系统最关键的部分在于室内一氧化碳气体浓度的检测,本系
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统考虑到室内空气中一氧化碳含量的大致范围,结合国家环境空气质量标(GB3095—1996)规定的一氧化碳分级标准,我们选用了Motorola生产的一种专门用于家庭用途的MGS1100型一氧化碳气体传感器, MGS1100一氧化碳传感器是一种应用全微电子工艺制成的半导体气体传感器，作为CO敏感元件，对CO响应的选择性好，并具有灵敏度高，稳定性好等特点在信号采集的同时加以温度补偿。它是在微型硅桥结构中嵌入的加热器上制作一层SnO2薄膜,这种结构不仅使得SnO2薄膜对CO气体在很宽的温度范围内具有敏感性,而且硅膜减少热传导的热损失,从而大大降低了功耗。
Vh22Vss31VCC31RL44
CO传感器基本测量电路图3.1传感器管脚与基本测量电路图
其中2、4端为加热器的电源接线端,1、3为传感器输出端,其工作原理是把传感器置于CO气体环中,SnO2薄膜层的电阻会随着CO浓度的变化而变化,CO浓度越大,SnO2薄膜层阻值越小。图3-1（b）为取得传感器输出信号的基本电路图,Vh为加热电压,传感器电阻RS与负载电阻RL串联接到工作电压VCC两端, 由此可得关系:VRL=RL·VCC/（RL+RS）
传感器阻值RS随着CO浓度的增大而减小时,输出负载电压VRL逐渐变大,所以通过测量负载电压即可反应出被测对象的CO浓度。MGS1100型一氧化碳气体传感器的特点：测量浓度范围为0-1000PPM，测量精度为3%，分辨率为1PPM，工作温度-20～70°，零点漂移为PPM<10。
3.1.3传感器非线性信号处理
人们使用传感器时总希望传感器的输出量和它所测量的输入量呈线性关系,但由于传感器内部因素和测量误差等原因,传感器的输入—输出特性在整个测量范围内往往不是严格的直线关系。在本系统中测量得到的是经传感器和采集电路变换的电压信号,为了真实地反映被测量的CO浓度值,
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需要将根据系统特性在测量范围内将环境浓度与采集电压之间的关系作一个误差尽可能小的标定,依据此标定关系,将测量得到的电压信号真实地转化成被测环境的CO浓度值。本系统采用的是分段插值法来对系统测量值和目标值进行标定的。
3.2传感器输出特性曲线图
3.3传感器加温度补偿所需的加热电压曲线
3.1.4温度补偿电路
如图3-1所示为温度补偿电路，由于元件的本身特性决定了其阻值会随着周围环境温度的变化产生明显的漂移,致使测量电路的输出产生零点漂移,漂移过大会造成测量的不灵敏或过灵敏,使整机的可靠性下降。为此,我们增加了温度补偿电路,其中RT为热敏电阻,RS为传感器电阻。
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