有毒氣體檢測報警系統(tǒng)的研究

楊揚 陳亮

摘 要：本文介紹了一種基于AT89S51單片機的有毒氣體檢測報警系統(tǒng)，AT89S51單片機為主控制器，外加傳感器模塊、運算放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示電路、報警電路、電源電路等構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：檢測;數(shù)據(jù)傳輸;單片機

1 緒論

隨著社會生活水平的提高，在日常生活中人們對周圍環(huán)境的安全防范的要求越來越高。為了保障有毒氣體在生產(chǎn)、運輸和使用的過程中，不被泄露，危害人們的生命，有毒氣體檢測報警系統(tǒng)應運而生，有毒氣體檢測報警系統(tǒng)可以檢測甲醛、氨氣、苯和一氧化碳等氣體的濃度，當濃度超過設定值，系統(tǒng)會自動報警，提示用戶注意安全。

2 有毒氣體檢測報警系統(tǒng)的硬件研究

有毒氣體檢測報警系統(tǒng)的硬件部分包括AT89S51單片機為主控制器，外加傳感器模塊、運算放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示電路、報警電路、電源電路等構(gòu)成。

2.1 氣體傳感器模塊

有毒氣體檢測報警系統(tǒng)根據(jù)需要可檢測多種有毒、有害氣體，如甲醛、氨氣、苯、一氧化碳等。這些氣體對人體有害，但不易察覺，就需要專業(yè)的檢測報警系統(tǒng)檢測。

（1）甲醛傳感器。甲醛傳感器采用ME2-CH2O-Ф16型傳感器，這種傳感器是原電池型電化學傳感器，工作時在電極上發(fā)生的氧化還原反應，由反應釋放電荷形成電流，產(chǎn)生的電流大小與甲醛的濃度成正比，過程中遵守法拉第電磁定律，所以甲醛濃度的高低通過電流的大小反映。甲醛傳感器具有低功耗、高精度、高靈敏度和穩(wěn)定性的特點，因而廣泛應用于民用用途。

（2）氨氣傳感器。氨氣傳感器應用ME4-NH3型氨氣傳感器，其實定電位電解型NH4傳感器。ME4氨氣傳感器引腳分為三極，依次是工作電極、對電極、參比電極，參比電極和工作電極間加入恒電位差的外圍電路，目的是保持恒定的電壓。同時在電路中加入開關(guān)，以便加快ME4型氨氣傳感器的預熱速度。

（3）苯傳感器。苯傳感器采用ME3-C6H6傳感器，其也屬于電化學型傳感器，苯檢測傳感器具有較強的抗干擾能力、優(yōu)異的重復性和穩(wěn)定性、響應速度快、高精度和具有超大容量可充電鋰電池。ME3-C6H6傳感器的工作原理與氨氣傳感器相同，處理方式類似，不做過多的介紹。

（4）一氧化碳傳感器。一氧化碳傳感器采用MQ-7型傳感器，MQ-7型傳感器采用5V直流電來供電，具有雙路信號輸出，對一氧化碳具有很高的靈敏度和良好的選擇性，并且具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。

MQ-7型傳感器的輸出信號可以直接接在單片機接口。當MQ-7傳感器檢測到被測一氧化碳氣體時，電路中的比較器對電壓值跟傳感器檢測到一氧化碳氣體的濃度進行比較，當一氧化碳濃度超過電位器設定的閥值時，此時比較器輸出低電平LED燈亮，反之，當沒有檢測一氧化碳氣體時或沒有信號輸出的時候，傳感器輸出高電平等于電源電壓。在一般情況下，我們設定好傳感器的輸出電壓值。單片機根據(jù)設定的輸出電壓值，轉(zhuǎn)化為濃度值，使用者就可以看到。

2.2 運算放大電路

氣體傳感器如甲醛傳感器、氨氣傳感器、苯傳感器和一氧化碳傳感器的輸出的電壓值太低，導致無法直接讀取，所以電路中加入運算放大電路。通過運算放大電路，對電壓進行放大，然后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀取數(shù)值。系統(tǒng)中的運算放大電路采用LM358。

2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器

模數(shù)轉(zhuǎn)換器主要實現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用ADC0809。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器，其可以和單片機接口直接連接。ADC0809在.有毒氣體檢測報警系統(tǒng)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作，多個氣體傳感器輸出較低的電信號，并且電信號呈陣列式排布，經(jīng)過運算放大電路LM358對其進行放大作用，經(jīng)過處理后變?yōu)?-5V之間的直流信號，在送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器對信號轉(zhuǎn)換。

2.4 主控制模塊

本設計的主控制模塊采用AT89C51單片機，AT89C51單片機具有速度高，功耗低等優(yōu)點，在整個系統(tǒng)設計中起到主控制的作用，氣體傳感器收集到的數(shù)據(jù)，通過一系列的處理，最終傳輸給主控制模塊，主控制模塊根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)對比，做出相應的判斷。

2.5 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊采用LCD1602液晶屏，主要實現(xiàn)采集到信號的實時信息的顯示功能。顯示模塊的選擇主要考慮有毒氣體檢測報警系統(tǒng)本身的功能性設計要求和制作經(jīng)費的限制。液晶顯示模塊LCD1602液晶屏顯示兩行，分別顯示有毒氣體和有毒氣體的參數(shù)。

2.6 電源電路

電源電路采用7805穩(wěn)壓芯片，7805穩(wěn)壓芯片可以使電壓穩(wěn)定在5V左右。有毒氣體檢測報警系統(tǒng)由220V交流電經(jīng)過變壓器變壓，將220V電壓降為9V電壓，然后9V電壓經(jīng)過整流過程變?yōu)橹绷麟?，再?805穩(wěn)壓芯片把電壓穩(wěn)定在5V。

2.7 報警模塊

報警模塊主要起到安全警示的作用，當測得有毒氣體甲醛、氨氣、苯、一氧化碳的數(shù)值，傳感器把測得的數(shù)值信號傳輸給單片機，單片機與設定值進行比較，如果數(shù)值超出限制，則打開報警。報警模塊采用蜂鳴器和二級管構(gòu)成，報警的同時，二極管發(fā)光，安全警示用戶有毒氣體超標。

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作者簡介：楊揚（1981-），女，碩士研究生，教師，研究方向：電子通信類;陳亮，男，學生，研究方向：電子控制類。