论文--气敏传感器信号采集系统设计.doc

气敏传感器信号采集系统设计 摘 要：随着电子领域的快速发展，采用电子设备探测气体引起了人们的广泛关注。由于年龄、经验、环境、身体状况等因素会存在一定的主观性，采用人或者其他动物对瓦斯、有毒气体、酒精、天然气等气体的检测，影响其判断力，而采用电子设备，利用传感器检测气体后经过A/D转换，再由MCU对其进行处理，能够得知气体浓度，对不良或者超标的检测结果进行报警灯功能，电子检测仪能高效的完成任务。由此被广泛应用于能源化工、环境污染检测、医疗、工业生产和交通等行业。 本文以AT89C51单片机为控制核心，设计了一套气敏传感器信号采集装置。气体采集的传感器采用MJC4/3.0L瓦斯检测传感器；A/D转换模块采用ADC0809将传感器检测到的电压进行数字化传送给MCU处理；运算放大器采用OP07模块；显示采用LED数码管，其驱动为MAX7219串行输入/输出共阴显示驱动；电源模块采用的是LM317稳压芯片。 气敏传感器；AT89C51；A/D转换；数码管显示  Design of Gas Sensor Signal Acquisition system 窗体底端 AbstractKey words: Gas sensor; AT89C51; A/D conversion；Digital display 目 录 摘要 I Abstract II 目 录 III 1 引言 1 1．1 选题背景 1 1．2 国内外发展现状 1 1．3 本文设计方案 2 2 气敏传感器原理及MCU选择 3 2.1 气敏传感器 3 2.2 MJC4/3.0L气体检测传感器 3 2.3 MJC4/3.0L气体检测传感器技术指标 4 2.4 系统MCU介绍 4 3 系统硬件电路设计 6 3.1 单片机最小系统 6 3.2 运算放大电路 8 3.3 A/D采样电路 10 3.4 数码管显示电路及其驱动 10 3.4.1显示器结构与原理以及显示方式 10 3.4.2 显示驱动器MAX7219 11 3.5 电源模块 12 3.6 报警电路 14 4 系统软件设计 15 5 仿真结果分析 17 致 谢 18 参 考 文 献 19 附录 A Protues仿真图 21附录 B 系统原理图 22 附录 C PCB Top Layer 23 附录 D PCB Bottom Layer 24 附件 E 系统主要程序 25 1 引言 1．1 选题背景 天然气主要地下多岩层的空隙中，包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等，也有少量出产于煤层是优质的燃料和化工原料。它的主要用途是作为燃料，也可用于制造炭黑、化学生产液化石油气，天然气生产的丙烷、丁烷是现代工业的重要原料。天然气主要由气态低分子烃和非烃气体混合组成。天然气主要成分烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氢、二氧化碳、氮和水气和少量一氧化碳及微量的稀有气体，如氦和氩等。天然气在送到最终用户之前，为助于泄漏检测，还要用硫醇、四氢噻吩等来给天然气添加气味。天然气不溶于水，密度为0.7174kg/Nm3，相对密度（水）为约0.45(液化)燃点()为650，爆炸极限(V%)为5-15。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。甲烷是最短和最轻的烃分子。有机硫化物(H?S)是常见的杂质，在大多数天然气的都必须预先把杂质去除。然而在工业应用或者家用的天然气装置因某些因素会发生泄漏当泄漏的气体达到一定浓度后遇到明火或者高温会产生爆炸或者剧烈燃烧对人身和财产安全造成很大的隐患 1．2 国内外发展现状 气敏传感器主要用于检测某些环境下气体的成分和浓度，由于检测现场的温度和湿度等各项条件具有很多不确定因素，有时检测的环境比较恶劣，所以对气敏传感器的稳定性、响应速度、敏感度、重复使用性等性能要求很高。不过由于所检测的气体种类具有多样性，而且其物理特性也各不相同，因此不可能采用同一种性能的传感器来检测不同种类的气体，所以气敏传感器的也分很多种类，譬如根据气体之间相互作用时产生不同的变化，可分为表面控制型和体控制型。表面控制型传感器原理是当半导体的表面吸附的气体和半导体之间发生电子交换，由此使半导体的导电率等物理性质发生变化，不过传感器内部的化学成份不会变化；体控制型传感器原理是半导体与气体发生化学反应，使半导体内部成份发生化学变化，从而使导电率发生变化。 从技术发展的角度来看，根据传感器原理及其应用环境的不同，所应用的领域和检测装置结构也有所不同，不过其共同点是多采用了以单片机为控制核心，把传感器采集到的信号转化为电信号，再由A/D转换为数字信号送往单片机进行分析处理。国外在应用半导体和催化原理的气体检测仪器上处于较领先水平，目前国内也相继