民用基于智慧平臺(tái)的智能高精度可燃?xì)怏w探測(cè)器的研發(fā)與實(shí)現(xiàn)

伍孝雄 陽(yáng)志亮

摘?要：民用智能高精度可燃?xì)怏w探測(cè)器可以在工程生產(chǎn)以及家庭生活等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用，當(dāng)可燃?xì)怏w的含量或濃度超過(guò)探測(cè)器所設(shè)定的范圍時(shí)，其會(huì)通過(guò)軟件編輯的程序運(yùn)行對(duì)使用者發(fā)出警告，提醒使用人員可燃?xì)怏w超標(biāo)，從而減少可燃?xì)怏w超量導(dǎo)致的爆炸等危險(xiǎn)問題。本文將就如何在智慧平臺(tái)上對(duì)智能高精度可燃?xì)怏w探測(cè)器進(jìn)行研發(fā)與實(shí)現(xiàn)提一些意見和建議。

關(guān)鍵詞：民用;智慧平臺(tái);智能高精度可燃?xì)怏w探測(cè)器

一、緒論

居民生活水平的提高對(duì)智能高精度可燃?xì)怏w探測(cè)器提出了更高的要求?？扇?xì)怏w探測(cè)器不再是簡(jiǎn)單地探測(cè)氣體含量，而是綜合了軟件編程技術(shù)、虛擬技術(shù)以及傳感器技術(shù)等多種現(xiàn)代化技術(shù)綜合制成的探測(cè)器，可以在復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行可燃?xì)怏w的精確檢測(cè)，并將探測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)設(shè)備中，同時(shí)氣體含量超標(biāo)報(bào)警的時(shí)間也會(huì)縮短，降低了人員及財(cái)產(chǎn)安全損失。接下來(lái)將就智能高精度可燃?xì)怏w探測(cè)器的研發(fā)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行探究，并介紹幾種方式或方法，為民用探測(cè)器的研發(fā)盡綿薄之力。

二、如何對(duì)智能高精度可燃?xì)怏w探測(cè)器進(jìn)行研發(fā)與實(shí)現(xiàn)

（一）選用合適的虛擬儀器與主體元件

要想對(duì)智能高精度氣體探測(cè)器進(jìn)行研發(fā)與實(shí)現(xiàn)，第一步需要做的是選用合適的虛擬儀器與主體元件。氣敏傳感器是可燃?xì)怏w探測(cè)器的主體元件，主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、電化學(xué)型氣敏傳感器、固體電解質(zhì)氣敏傳感器等類型，其中，半導(dǎo)體氣敏傳感器主要是以氣體分子運(yùn)動(dòng)引起半導(dǎo)體表面電位變化以及伏安特性變化作為工作原理，同時(shí)半導(dǎo)體材料還具有靈敏度高、選擇性較好以及輸出信號(hào)近似呈線性等優(yōu)點(diǎn)，并且半導(dǎo)體材料的應(yīng)用價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其余氣敏傳感器，主要用于氨、氮氧化合物以及硫化氫等有毒氣體的探測(cè)或者可燃?xì)怏w的探測(cè)。而電化學(xué)型氣敏傳感器可以細(xì)分為原電池型、離子電極式、電量式以及可控電位電解式。四種類型的氣敏傳感器都是用于測(cè)量氣體的體積分?jǐn)?shù)，利用各氣敏傳感器所產(chǎn)生的不同形式的電流，可以得到氣體體積分?jǐn)?shù)的變化情況，此類儀器具有靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)，但由于其設(shè)備的限制，對(duì)高含量的氣體體積分?jǐn)?shù)檢測(cè)不夠靈敏，因此其只適用于低濃度的可燃?xì)怏w探測(cè)。對(duì)固體電解質(zhì)氣敏傳感器來(lái)說(shuō)，由于其以離子導(dǎo)體作為電解質(zhì)，因此其電導(dǎo)率較其他傳感器較好，同時(shí)選擇性也較好。技術(shù)人員需要根據(jù)探測(cè)氣體的類型，選擇合適的氣敏傳感器，使其發(fā)揮應(yīng)有的作用。

另外，在虛擬儀器的選擇上，需要根據(jù)探測(cè)器使用環(huán)境的差異選擇不同的總線形式，如GPIB總線傳輸速率與傳輸距離無(wú)法滿足要求，串行總線對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率與實(shí)時(shí)性的要求不高，因此適用于要求較低的虛擬儀器。VXI總線結(jié)構(gòu)符合要求，數(shù)據(jù)傳輸以及精確性都可以得到保證，但使用成本較高。PXI總線具有成本低、運(yùn)行速度快等優(yōu)勢(shì)。而對(duì)可燃?xì)怏w探測(cè)器的研發(fā)來(lái)說(shuō)，可以選用使用PXI總線形式的虛擬儀器，技術(shù)人員根據(jù)使用環(huán)境來(lái)定義虛擬儀器的功能，從而發(fā)揮虛擬儀器的實(shí)時(shí)性與經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢(shì)，為可燃?xì)怏w探測(cè)器的研發(fā)提供硬件保障[1]。

（二）采用軟件編程設(shè)計(jì)技術(shù)

另一個(gè)需要采取的措施是采用軟件編程設(shè)計(jì)技術(shù)。對(duì)民用智能高精度可燃?xì)怏w探測(cè)器來(lái)說(shuō)，僅僅使用虛擬儀器與氣敏傳感器來(lái)進(jìn)行研發(fā)無(wú)法滿足氣體探測(cè)器的精度要求，而針對(duì)智慧平臺(tái)的高精度要求，采用軟件編程設(shè)計(jì)技術(shù)可以幫助可燃?xì)怏w探測(cè)器探測(cè)至氣體的微弱變化，并在氣體變化超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)及時(shí)地發(fā)出警報(bào)，相較于傳統(tǒng)的可燃?xì)怏w探測(cè)器，此儀器完全使用程序編程來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體的含量、體積分?jǐn)?shù)以及分布范圍的探測(cè)，通過(guò)向單片機(jī)等集成電路上輸入控制指令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃?xì)怏w的檢測(cè)。而在實(shí)際的研發(fā)過(guò)程中，技術(shù)人員可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化、將其與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接、在確認(rèn)連接完成后，向單片機(jī)發(fā)出聯(lián)絡(luò)信號(hào)，接收聯(lián)絡(luò)信號(hào)之后，利用A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將其轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可以識(shí)別的數(shù)據(jù)類型，在采集信號(hào)完成之后，采用多種算法進(jìn)行計(jì)算與存儲(chǔ)，并向計(jì)算機(jī)設(shè)備再次發(fā)送聯(lián)絡(luò)信號(hào)，從而返回采集數(shù)值。

該探測(cè)器的軟件編程設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)采集與串口通信兩個(gè)部分，數(shù)據(jù)采集是指通過(guò)單片機(jī)上的應(yīng)用模塊對(duì)其所處區(qū)域的氣體含量進(jìn)行探測(cè)，并利用計(jì)數(shù)器等模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與計(jì)算。串口通信則是建立單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的串口通信，技術(shù)人員可以輸入初始化以及連接程序?qū)⒍哌M(jìn)行連接，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸通信[2]。

（三）按照要求進(jìn)行系統(tǒng)功能測(cè)試

除了選擇合適的虛擬儀器與主體元件以及采用軟件編程設(shè)計(jì)技術(shù)之外，按照要求進(jìn)行系統(tǒng)功能測(cè)試也是可燃?xì)怏w探測(cè)器研發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。技術(shù)人員需要根據(jù)智能高精度可燃?xì)怏w探測(cè)器的設(shè)計(jì)理念對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路以及后臺(tái)監(jiān)控運(yùn)行軟件進(jìn)行功能測(cè)試，在系統(tǒng)測(cè)試的過(guò)程中，為了降低測(cè)試難度以及工作人員的工作強(qiáng)度，可以采用分塊測(cè)試的方法，首先對(duì)系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試硬件電路的連接是否正常，虛擬儀器的總線形式是否符合要求。并將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的運(yùn)算，計(jì)算其與設(shè)計(jì)圖紙所設(shè)定數(shù)據(jù)的誤差范圍，同時(shí)多次測(cè)試，獲取較為合理的數(shù)據(jù)。而對(duì)軟件編程系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可以對(duì)程序進(jìn)行編譯，對(duì)程序進(jìn)行修改與完善，使其符合智能高精度可燃?xì)怏w探測(cè)器的研發(fā)要求[3]。

三、總結(jié)

民用智能高精度可燃?xì)怏w探測(cè)器的研發(fā)與實(shí)現(xiàn)，不僅需要?dú)饷魝鞲衅饕约疤摂M儀器等主體元件，也需要利用軟件編程設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)其應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行編程，發(fā)揮軟件編程技術(shù)的優(yōu)越性與經(jīng)濟(jì)性，并在研發(fā)過(guò)程中做好系統(tǒng)的功能測(cè)試工作，從而為民用智能高精度可燃?xì)怏w探測(cè)器的后續(xù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛文安，張海峰，等.基于MSP430單片機(jī)的可燃?xì)怏w探測(cè)器設(shè)計(jì)[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，27（6）：21-24.

[2]陸國(guó)平.催化燃燒與紅外吸收原理可燃?xì)怏w探測(cè)器探討[J].化工與醫(yī)藥工程，2014，35（3）：61-64.

[3]岑卓倫，劉濤，王磊，等.大型LNG船發(fā)電機(jī)間燃?xì)夤芫€泄漏分析與氣體探測(cè)器布置優(yōu)化[C].2018.