.
第
2章煤气泄露自动测试总体设计
2.1设计要求
2.1.1煤气泄露测试的功能
在本设计中，煤气泄露测试装置的主要功能就是快速准确的检测被测气体中有害气体的含量（主要是CO气体），经过烟雾传感器检测，当气体浓度达到一定门限值时发出声报警。
系统工作流程为:由装在室内的CO传感器获得被测量对象(室内CO浓度)原始信号,经过温度补偿和取样放大得到矫正后的可匹配信号，进入A/D转换,得到被测对象的数字量信号,再由单片机进行数据处理,得到最终的室内环境CO浓度值,将此数据通过数码管显示并保存,同时根据系统设定的限值参数判断环境浓度是否超标,如果超标立即向光隔离接口输出控制信号,通过继电器打开排气扇, 如果超出下限值，切断阀关闭，并开始进入危险期计时,如果发现环境中一氧化碳浓度长时间处于危险状态,则有可能排气扇未能打开,或者房间发生严重CO泄露事故,此时启动预警信号进行语音报警提示,提示室内人员打开门窗、关闭气源并迅速撤离事故现场。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
页脚
.
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。 2.1.2煤气泄露测试的各个功能模块
在本设计中，煤气泄露测试装置的主要功能就是快速准确的检测被测气体中有害气体的含量（主要是CO气体），通过LED显示屏将CO气体浓度显示出来，当气体浓度达到一定门限值时发出声光报警，为了提高实用性系统还应该具备人机交互界面、与计算机通信端口。为了实现以上功能：系统应该具备气体传感器、数据采集、A/D转换电路、单片机、LED数码显示、声光报警单元、光电隔离技术和切断阀、RS-232通信模块。
2.2设计原理
页脚
.
2.2.1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。
页脚
.
(6) 制造成本低，使用与维护方便。
2.2.2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。
页脚
.
Vh22Vss3131VCCRL44
CO传感器基本测量电路图2-2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2—2（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。
2.3数据处理
2.3.1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
页脚