【正文】 A0、A1和A2由計算機解出，它們均為溫度T的函數(shù)，如式（） （）當(dāng)對測量精度要求不是很嚴(yán)格時，式（）可簡化為線性方程，式（）也可簡化為T的二次方程。（3）氣相色譜法測量氣體濃度。該方法對混合氣體進行多次采樣，注入色譜儀直至色譜峰值全部出現(xiàn)后再進行色譜分析，很多地方也稱其為光譜測量法。在氣體濃度檢測中占有很重要的地位，但在測量中必須合理地選擇色譜柱及載氣流速等參數(shù)，只只有進行多次重復(fù)試驗后方能獲得理想的測量效果。這種檢測方法線性和穩(wěn)定性較好。該檢測方法以載體型氣敏元件作為濃度的傳感器，該元件由鉑絲上燒結(jié)一層陶瓷載體后，再涂覆催化活性物（Ph、Pd等）構(gòu)成。由于催化元件的氣敏特性除了與可燃氣體濃度有關(guān)之外好受到工作電流、環(huán)境的溫度和濕度、氣壓的影響，所以在設(shè)計過程中應(yīng)采用橋式單元或其他參比元件對其余與補償。示蹤氣體檢測法是向被測空間中注入一定量的示蹤氣體，如CO2等，通風(fēng)（包括自然通風(fēng)）后使示蹤氣體的濃度得到稀釋，通過測出示蹤氣體濃度的變化，間接地求出通風(fēng)量和空氣齡[13]。利用示蹤氣體測量建筑物滲透通風(fēng)特性在國外已有大約四十年的歷史，并且發(fā)展出了各種不同的測量方法。針對不同的研究目的，示蹤氣體法可以應(yīng)用在不同的研究領(lǐng)域。光干涉法是一種創(chuàng)新的檢測方法，它基于同一光源發(fā)出的光波會被平面鏡分為兩束光，經(jīng)不同路線后又匯集成一束光，發(fā)生光干涉，產(chǎn)生干涉條紋的物理現(xiàn)象[14]。用該方法測定氣體濃度時，必須考慮到氣體的溫度、壓力、含量、換算結(jié)果，以及光在該氣體中的折射率等問題。氣體濃度檢測技術(shù)在應(yīng)用中還 需要考慮很多額外的因素，國內(nèi)外對其的研究雖多，有的甚至開發(fā)出了一定的成型裝置，但是各種方法都有一定的缺陷，在本文中，根據(jù)測量環(huán)境及技術(shù)要求，采用了半導(dǎo)體式氣敏元件法來檢測氣體濃度?？扇細怏w檢測設(shè)備從儀器結(jié)構(gòu)上可檢測方法上可分為便攜式、袖珍式和固定式3類[15]。泵吸式儀器一般帶有較長的取樣管，可用于危險作業(yè)場所（如管道、小水道、船艙、氣罐等）對未知濃度的有害易燃易爆氣體進行檢測，適用于檢測人員定期進行安全檢測和日常檢測；袖珍式儀器的檢測方法主要以擴散法為主，適合于在危險作業(yè)環(huán)境中安全人員隨身攜帶使用，由單一性和復(fù)合性兩種；固定式檢測儀器用于實施在線檢測，安裝與可能產(chǎn)生危險事故的現(xiàn)場，實現(xiàn)實時檢測報警，檢測方法通常以擴散法為主。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了能將擴散法與泵吸法融為一體的檢測儀器，采用一機分體多探頭結(jié)構(gòu)增加傳感器的失效判斷和實用功能，大大方便了用戶。該報警系統(tǒng)的最基本組成部分應(yīng)包括：信號采集及前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路、聲光報警電路和安全保護電路等部分組成[16]。報警器采用延時的工作方式，液化氣檢測報警器以AT89S51單片機為控制核心，選用MQN5半導(dǎo)體有機氣體傳感器采集液化氣濃度信息，配合外圍電路構(gòu)成液化氣報警系統(tǒng)。有 機 氣 體 傳 感 器放大電路LED狀態(tài)指示燈單片機A/D轉(zhuǎn)換蜂鳴器數(shù)碼管顯示圖21 液化氣報警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)的工作由氣體信號采集及放大電路將采集到的液化氣濃度信息轉(zhuǎn)化為放大的模擬電信號。單片機對該數(shù)字信號進行處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行分析。反之則為正常工作狀態(tài)。這種報警方法是在聲音報警基礎(chǔ)上，加入光閃報警。另外由于氣體傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，溫度越高，反應(yīng)越快，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間就越快。以上是根據(jù)報警器應(yīng)具備的功能，提出的整體設(shè)計思路。它能將空氣中的有機氣體或一氧化碳濃度變量轉(zhuǎn)換成有一定對應(yīng)關(guān)系的輸出信號的裝置。當(dāng)有機探頭碰到有機氣體或一氧化碳，有機探頭內(nèi)部阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個模擬值，從而對其進行控制。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得有機氣體探測器的體積也逐漸變小，提高了有機氣體探測器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運輸和市場推廣。在國內(nèi)的產(chǎn)品中，無論哪家生產(chǎn)的有機氣體探測器，都可以探測到火災(zāi)的發(fā)生，都具有比較高的靈敏度，而且在安裝中都比較簡單。使得用戶面對眾多廠家生產(chǎn)的有機氣體探測器感到不知所措。 （1）有機氣體傳感器的分類[18]從構(gòu)成氣體傳感器材料的形態(tài)上通常將它們分為干式和濕式氣體傳感器。 （2）有機氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件 一個有機氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實體，也可以是由多個不同功能傳感器組成的陣列。 （3）常見的有機氣體探測器種類及工作原理 為了確保家庭環(huán)境的安全，需要對各種可燃性氣體、有毒性氣體一氧化碳進行檢測。例如氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器主要檢測各種還原性氣體，如CO、HC2H5OH、CH3OH等。因此目前使用的氣體傳感器有很多種，各自的檢測原理也各不相同，下面就對一些常用的液化氣傳感器進行介紹[19]。半導(dǎo)體氣體傳感器是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化而制成的。當(dāng)半導(dǎo)體接觸到氣體時，半導(dǎo)體的電阻值將發(fā)生變化，利用傳感器輸出端阻值的變化來測定或控制氣體的有關(guān)參數(shù)，這種類型的傳感器稱為電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器；當(dāng)MOS場效應(yīng)管在接觸到氣體時，場效應(yīng)管的電壓將隨周圍氣體狀態(tài)的不同而發(fā)生變化，利用這種原理制成的傳感器被稱為非電阻式半導(dǎo)體氣敏傳感器。但是其最大的缺點就是選擇性較差。（2）接觸燃燒式傳感器 當(dāng)易燃氣體接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會發(fā)生氧化反應(yīng)而燃燒。使用接觸燃燒式傳感器，其最大的缺點是探頭很容易發(fā)生阻緩和中毒現(xiàn)象。這無形中加大了工作人員的工作量，同時增加了報警器的維護成本。電化學(xué)氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動勢。它的優(yōu)點是：反映速度快、準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、能夠定量檢測，但壽命較短(大約兩年)。目前國際上絕大部分毒氣檢測采用該類型傳感器。高分子氣敏元件在遇到特定氣體時，其電阻、介電常數(shù)、材料表面聲波傳播速度和頻率、材料重量等物理性能發(fā)生變化。高分子氣體傳感器具有對特定氣體分子靈敏度高，選擇性好，且結(jié)構(gòu)簡單，能在常溫下使用，可以彌補其它氣體傳感器的不足。在測量和比較元件中，紅外射線被氣體有選擇地吸收了。非擴散式紅外探測器NDIR (nondispersive IR )是其中的一種，所有的未吸收光全部以最小的擴散和損耗被記錄下來。由于非碳氫化合物易燃氣體(如氫)不吸收電磁譜中IR部分的能量，所以這種傳感器可以精確地測量碳氫化合物，并具有最小的交叉靈敏度，而且不受其它氣體的腐蝕以及高濃度目標(biāo)氣體的影響。它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241。在正常的情況下，內(nèi)外電離室的電流、電壓都是穩(wěn)定的。 （7）光電式感煙傳感器 光電式感煙傳感器由光源、光敏元件和電子開關(guān)組成。按照光源不同，可分為一般光電式、激光光電式、紫外光光電式和紅外光光電式等4種。根據(jù)報警器檢測氣體種類的不同要求，很多場合都會選擇使用半導(dǎo)體氣體傳感器。半導(dǎo)體氣體傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)快、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格便宜等優(yōu)點，且不會發(fā)生探頭阻緩及中毒現(xiàn)象，維護成本較低，因而得到廣泛應(yīng)用。 MQN5半導(dǎo)體氣體傳感器本設(shè)計采用MQN5半導(dǎo)體氣體傳感器，MQN5半導(dǎo)體氣體傳感器是以清潔空氣中電導(dǎo)率較低的金屬氧化物二氧化錫(SnO2)為主體的N型半導(dǎo)體氣敏元件。在設(shè)計報警器時只有使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號[20]。 二氧化錫(SnO2)半導(dǎo)體氣敏元件特點：（1）SnO2材料的物理、化學(xué)穩(wěn)定性較好，與其他類型氣敏元件相比，SnO2氣敏元件壽命長、穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強。（3）SnO2氣敏元件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠行較高，機械性能良好。封裝好的氣敏元件有只針狀管腳，其中4個用于信號取出，2個用于提供加熱電流[21]。這種傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃氣體有良好的靈敏度，能夠檢測多種可燃性氣體，十分適合應(yīng)用在家庭的氣體泄漏報警器中。其技術(shù)指標(biāo)表21所示。 回路電壓（Vc）負載電陰（Rl）清潔空氣中電阻 （Ra） 靈敏度（S=Ra/Rdg）響應(yīng)時間(trec)恢復(fù)時間(trec)元件功耗檢測范圍使用壽命最大DC 24V2KΩ≤2000 KΩ≥4(在1000ppmC4H10中)≤10S≤30S≤50—10000ppm2年 由于物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機理和結(jié)構(gòu)就不同。當(dāng)信號的數(shù)值符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，可以不用放大器放大；當(dāng)信號的數(shù)值不符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，就需要放大器放大。 設(shè)計時應(yīng)注意，氣敏元件開機通電時，其內(nèi)阻很小，但經(jīng)過一段時間后，才能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。單片機是氣體自動報警系統(tǒng)的心臟，用來接收火災(zāi)信號并啟動報警裝置顯示和執(zhí)行相應(yīng)的保護和消防動作。同時，在能夠滿足報警器系統(tǒng)設(shè)計的計算速度及接口功能要求的同類型單片機中，要考慮選擇價格低廉且體積輕巧的機型，在保證了報警器的精確性、可靠性及抗干擾性的基礎(chǔ)上，能夠不提高成本，縮小體積[22]。由于其微小的體積和極低的成本，開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，開發(fā)工具和編程語言也大大簡化，因此被廣泛應(yīng)用于家用電器、機器人、儀器儀表、工業(yè)控制單元、辦公自動化設(shè)備以及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。由于單片機技術(shù)在各個領(lǐng)域正得到越來越廣泛的應(yīng)用，世界上許多集成電路生產(chǎn)廠家相繼推出了各種類型的單片機，本設(shè)計考慮了其中兩種方案[23]。嵌入式控制器國內(nèi)習(xí)慣稱為單片機。 PIC系列單片機的硬件系統(tǒng)設(shè)計簡潔，指令系統(tǒng)設(shè)計精煉。PIC單片機的特點：（1）哈佛總線結(jié)構(gòu)。在PIC系列單片機中采用的這種哈佛總線結(jié)構(gòu)（），就是在芯片內(nèi)部將數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，并且采用不同的寬度。（2）精簡指令集(RISC)技術(shù)。即所謂的哈佛結(jié)構(gòu)。（3）尋址方式簡單。（4）功耗低。其中有些型號，在4MHZ時鐘頻率下工作時電流不超過2mA，在睡眠模式下的電流可以低到1μA以下。（6）I2C和SPI串行總線端口。（8）開發(fā)方便。（10）品種豐富。 PIC系列單片機與MCS—51系列的區(qū)別如下[24]：MCS—51是許多人熟悉的單片機之一。其主要區(qū)別在于總線結(jié)構(gòu)、流水線結(jié)構(gòu)、寄存器組及基本特性方面。MCS—，該系列單片機在同一個存儲空間取指令和數(shù)據(jù)，兩者不能同時進行；而PIC的總線結(jié)構(gòu)是哈佛結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)空間是完全分開的，一個用于指令，一個用于數(shù)據(jù)，由于可以對程序和數(shù)據(jù)同時進行訪問，所以提高了數(shù)據(jù)吞吐率。數(shù)據(jù)總線都是8位的，但指令總線位數(shù)依基本型（PIC12CXX/16C5X）、中級型（PIC16C6X/16C7X/16F87X）、高級型（PIC17CXX/18CXX）分別為1116位。MCS—51的取指令和執(zhí)行采用單指令流水線結(jié)構(gòu)，即取一條指令，執(zhí)行完成后再取下一條指令；而PIC的取指令和執(zhí)行采用雙指令流水線結(jié)構(gòu)，當(dāng)一條指令被執(zhí)行時，允許下一條指令同時被取出，這樣就實現(xiàn)了單周期指令。PIC的所有寄存器，包括I/O口、定時器及程序計數(shù)器等都采用RAM結(jié)構(gòu)形式，而且都需要一個指令周期就可以完成訪問和操作；而MCS—51需要兩個或兩個以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。PIC具有高性能精簡指令集計算機CPU，只需學(xué)會35條單字指令；而MCS—51需要111條指令。PIC終端源多達14個；而MCS—51有中斷源5個。定時器Timer1：帶有預(yù)分頻器的16位定時器/計數(shù)器，在休眠期間外部晶振/時鐘可以工作。PIC有兩個捕獲（Capture）、比較（Compare）、脈沖寬度調(diào)制PWM模式、10位多通道A/D轉(zhuǎn)換器、帶有SPITM（主模式）和I2CTM（主/從）的同步串行端口SSP（Synchronous Serial Port）、帶有9位地址檢測的通用同步異步接收發(fā)送器USART（USART/SCI）、8位寬并行從屬端口（Parallel Slave Port，PSP）、有節(jié)電鎖定復(fù)位（BrownOut Reset，BOR）的節(jié)電檢測電路等；而MCS—51沒有。初級產(chǎn)品——8位指令系列（PIC16C5XX/PIC12C5XX）其中PIC16C5X是最早發(fā)展的系列。而PIC12C5XX是第一個8腳低價單片機，其小巧，應(yīng)用前景廣闊。它在PIC16C5X的基礎(chǔ)上進行了很多改進，并保持很高的兼容性。它的特點是保持低價格的前提下具有很高的性能，如帶A/D、內(nèi)部EEPROM數(shù)據(jù)存儲器、雙時鐘工作、比較輸出、捕捉輸入、PWM輸出、I2C和SPI接口、異步串行通信（USART）、模擬電壓比較器及LCD驅(qū)動等，已被廣泛引用在各種電子產(chǎn)品中，且表現(xiàn)極佳。再加上PIC17CXXX還具有豐富的I/O控制功能，并可以外接擴展EPROM和RAM，使它成為目前8位單片機中性能最高的機種之一，被廣泛應(yīng)用于高、中檔電子設(shè)備中。 PIC處理器具有不同于一般微處理器的許多特性，它給出最大系統(tǒng)可靠性，通過減少外部元件使成本最少。 CPU的特殊性能包括：（1）振蕩器OSC可選擇。（3）中斷源多。（5）具有睡眠（SLEEP）功能。（7）具有標(biāo)識ID碼存儲單元。（9）能低電壓編程。PIC器件有一個看門狗定時器，它可以單獨通過組態(tài)位關(guān)閉。它還有兩個定時器在電壓的上升沿時刻提供必要的延時，一個是振蕩器啟動定時器OST，它將保持振蕩器在復(fù)位狀態(tài)直到晶體振蕩器穩(wěn)定。在復(fù)位中的這些設(shè)計使電源更加穩(wěn)定。睡眠（SLEEP）模式提供一個小電流降壓模式設(shè)計。為配合這些應(yīng)用，幾種振蕩器可供選擇。組態(tài)位設(shè)置用來決定各種選擇。方案二：采用51系列單片機在單片機家族的眾多成員中，MCS系列單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。因此，測控系統(tǒng)中，使用51系列單片機是最理想的選擇，因此設(shè)計采用AT89C51。AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k bytes