国内对可燃气体检测仪的研制

随着科技的发展，越来越多的可燃性气体作为能源应用于工业生产和人们的日常生活中。但是可燃性气体在给我们带来极大便利的同时，也存在巨大隐患。可燃性气体发生泄漏达到爆炸极限后，一旦有火源作用，便会引起燃烧、爆炸等事故，造成严重的经济损失，甚至会危及生命安全。为了减少这类事故的发生，就必须对这些可燃性气体进行现场实时检测，采用先进可靠的安全检测仪表，严密监测环境中可燃性气体的浓度，及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生，才能确保工业安全和家庭生活安全。

因此，研究可燃性气体的检测方法与可燃性气体报警器就成为传感器技术发展领域的一个重要课题。

目前我国已有许多城市铺设了煤气管道，使用人口约达二亿人，煤气发生基地及中转站也达几千家。如果这些家用燃气和煤气基地及中转站的报警率按10%计算，可燃性气体检测报警器的需求量就达2000万台以上。

随着全社会对防火防爆及人身安全的重视程度的提高，这个数字会继续增长。近十年来，农村的沼气使用也得到了极大的发展。到2006年底，全国沼气池数量已达近1300万座，这就为检测沼气（主要成分是甲烷）浓度的仪器提供了市场。可见，可燃性气体报警器具有十分广阔的市场前景。

可燃性气体报警器在国外已有非常成型的产品，具备极高的准确性和可靠性，且有体积小，操作便捷，使用寿命长等优点，但是其进口价格一般在2-3万元人民币，超出普通家庭所能承受的价格。国内也有众多厂家研制及生产此类产品，市场上已有诸如QB-301可燃性气体报警器等相关产品。但是，各个厂家的产品性能各有差异，主要差别集中在检测传感器的准确性和控制单片机芯片性能上。市面上有些产品为降低成本，选用价格便宜的气体传感器及较为普遍的8051系列单片机芯片，致使可燃性气体报警器寿命较短体积较大。

本论文的目的在于研制一种准确可靠、方便实用，且成本较低、体积较小的可燃性气体检测报警器。

本论文对可燃性气体报警器的设计进行了深入的研究，在参考国内外产品及设计思想的基础上，比较合理地选择了系统的设计方案。并对仪器的设计和各个组成部分进行了详细的分析和介绍。本论文设计的可燃性气体报警器由气体信号采集电路与单片机控制电路两大部分构成。

论文详细的阐述了可燃性气体检测报警器的硬件及软件设计，介绍了传感器和芯片的选型，外围电路的连接以及主要程序流程图的设计。报警器硬件电路主要分为前置放大电路、故障自诊断短路、声音报警接口电路、LCD显示电路、控制按键电路五个部分；软件设计，采用中位值平均数滤波算法对经A/D转换后的数字信号进行滤波，能够最大限度的排除现场干扰，降低报警器误报概率。采用插值法对数据进行分段线性化处理。系统程序包括：主程序、初始化子程序、故障自诊断子程序、中位值平均数滤波算法子程序、插值法线性化处理子程序、浓度显示子程序、报警限设置子程序及串口通信子程序八个部分。

本论文研制的可燃性气体报警器选用北京铭东科贸公司开发生产的2M007型可燃性气体传感器，这种型号的传感器不但具备一般半导体气体传感器灵敏度高、响应快、抗干扰等优点，而且价格低廉，使用寿命较一般的半导体气体传感器长久些，至少可以达到3年。核心芯片采用体积较小但价格与8051系列单片机相近但功能更强的STC12C5410AD单片机，它整合了A/D转换、硬件乘法器、硬件脉宽调制器等功能，具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点，而且速度比8051单片机快8~12倍。在提高了报警器的准确性、可靠性及抗干扰性且不提高成本的同时，缩小了报警器的体积。

应用程序以C语言编写，充分利用芯片资源，提高了测量精度和代码执行效率，减小代码容量，采用中位值平均数字滤波算法对经A/D转换后的数字信号进行滤波处理。这种方法既可滤去脉冲干扰又可滤去小的随机干扰，不但最大限度地排除现场噪声干扰，降低可燃性气体报警器误报概率，而且易于在单片机中实现。

可燃性气体报警器能在较宽的温度范围工作，可将空气中可燃性气体或可燃性液体蒸汽的浓度显示在LCD上。当空气中的可燃性气体或可燃性液体蒸汽的浓度达到一定浓度时，发出声光报警。还具有故障自诊断功能快速重复检测和延时报警功能。报警器可以与上位机(PC)进行通信，可以将气体浓度数据上传，由计算机记录保存，也可以利用计算机完成进行现场远测和实时控制等功能。在本论文研制的报警器的基础上，可以再做适当的功能扩展，使可燃性气体报警器的功能更加完善，安全性更高，使用更加方便等。

为了能够进一步提高安全性，可以在自动声光报警的基础上，用单片机驱动继电器，带动可燃性气体管道阀门或者其他关闭气体泄漏源的装置。可燃性气体报警器的误差来源，分析了系统中的硬件电路引入误差和软件所带来的误差。给出了可燃性气体浓度信号的实验数据及结果分析。经过现场标定及测试，达到了预期的设计效果。

本文章来自于：北京中瑞能仪表技术有限公司

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