【正文】 濃度范圍，叫做爆炸極限，通常用可燃?xì)怏w、蒸汽、或粉塵在空氣中的體積包粉筆來表示。只有在這兩個(gè)濃度之間，才有爆炸的危險(xiǎn)。因?yàn)榈陀诒ㄏ孪迺r(shí)，空氣所占比例很大，可燃物質(zhì)的濃度不夠；高于爆炸上限是，則有大量的可燃物質(zhì)，而空氣卻不足。可燃物質(zhì)危險(xiǎn)性的大小，主要取決于爆炸極限幅度的寬窄。 國內(nèi)對(duì)瓦斯的檢測以CH4檢測為主,毒氣的檢測以CO檢測為主?，F(xiàn)對(duì)煤礦的主要成分甲烷進(jìn)行論述。它可用作燃料及制造氫氣、碳黑、一氧化碳、乙炔、氫氰酸及甲醛等物質(zhì)的原料。 化學(xué)品中文名稱：甲烷 別名：天然氣，瓦斯，甲基氫化物 　 英文名稱：methane 　　 技術(shù)說明書編碼：51 　　 CAS號(hào)：74828 　　分子式：CH4　　 分子量： 　　 國標(biāo)編號(hào)：21007 　　 分類：有機(jī)物 　　 C—H 鍵能：413kJ/mol 　　H—C—H 鍵角：109176。 　　 分子結(jié)構(gòu)：正四面體形非極性分子,一個(gè)C以sp3雜化位于正四面體中心,4個(gè)H位于正四面體的4個(gè)頂點(diǎn)上 　　 晶體類型：分子晶體 　　 蒸汽壓 ℃ 熔點(diǎn)：℃ 　　 沸點(diǎn)：℃ 　　 相對(duì)密度(水=1)(164℃) 　　 相對(duì)蒸氣密度(空氣=1)： 　　 燃燒熱： 總發(fā)熱量55900kJ/kg(40020kJ/m3)　　 凈熱值50200kJ/kg（35900kJ/m3） 　　 臨界溫度(℃)： 　　 臨界壓力(MPa)： 　　 爆炸上限%(V/V)：15 　　 爆炸下限%(V/V)： 　　 閃點(diǎn)(℃)：188 　　 引燃溫度(℃)：538 　　 　　 侵入途徑：吸入。當(dāng)空氣中甲烷達(dá)25%30%時(shí)，可引起頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共濟(jì)失調(diào)。皮膚接觸液化的甲烷，可致凍傷。允許氣體安全地?cái)U(kuò)散到大氣中或當(dāng)作燃料使用?？諝庵羞_(dá)到25～30%出現(xiàn)頭昏、呼吸加速、運(yùn)動(dòng)失調(diào)。與五氧化溴、氯氣、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧及其它強(qiáng)氧化劑接觸反應(yīng)劇烈。 氣體傳感器通常以氣敏特性來分類，主要可分為：（1）半導(dǎo)式方式 包括氧化系、氣敏二極管系、氣敏MOSFET系。（2）固體電解質(zhì) 其利用鉑等金屬材料對(duì)氫吸附敏感使功函數(shù)改變?cè)碇瞥桑魈攸c(diǎn)是其他選擇性好但不能重復(fù)使用。其特點(diǎn)是屬于氣體濃度成比例，但靈敏度較低。氣體傳感器的類型雖然很多，但對(duì)它們有以下幾個(gè)基本特性：（1） 對(duì)被測氣體要有高的靈敏度，盡量減少外界一如的干擾信號(hào)；（2） 選擇性要好，即對(duì)和被測氣體共存的其他氣體不敏感；（3） 能夠長期穩(wěn)定工作，它是關(guān)系整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。（5） 響應(yīng)時(shí)間 ，指從氣敏元件到被測氣體接觸到氣敏元件的參數(shù)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)下所需要的時(shí)間，表示了氣敏元件的反應(yīng)速度。氣敏元件的特性隨溫度的變化而變化為溫度特性。（7） 濕度特性。濕度特性是硬性檢測精度的理工一個(gè)因素，就絕這一問題的措施之一是采用濕度補(bǔ)償法。 氣體傳感器的選擇要進(jìn)行—個(gè)具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，而這需要分析多方面的因素之后才能確定。在考慮上述問題之后就能大致確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)，其具體性能指標(biāo)見下。 MQ4的結(jié)構(gòu)外形MQ4氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖21所示，由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。 結(jié)構(gòu) 外形圖21 MQ4的結(jié)構(gòu)和外形部件材料1氣體敏感層二氧化錫2電極金（Au）3測量電極引線鉑（Pt）4加熱器鎳鉻合金（Ni—Cr）5陶瓷管三氧化二鋁6防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼(SUB316)7卡環(huán)鍍鎳銅材（Ni—Cu）8基座膠木9針狀管腳鍍鎳銅材（Ni—Cu） MQ4標(biāo)準(zhǔn)工作條件MQ4的標(biāo)準(zhǔn)工作條件見表21：表21 MQ4的標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Vc回路電壓≤15VAc or DcVH加熱電壓177。3Ω室溫PH加熱功耗≤900mw MQ4的環(huán)境條件MQ4的環(huán)境條件見表22：表22 MQ4的環(huán)境條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Tao使用溫度10℃50℃Tas儲(chǔ)存溫度20℃70℃RH相對(duì)濕度小于 95%RHO2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣濃度會(huì)影響靈敏度最小值大于2% MQ4的測試電路及靈敏度調(diào)節(jié)（1）測試電路我們?cè)O(shè)計(jì)的MQ4測試電路如圖22所示，其中可調(diào)節(jié)電阻R3是用來調(diào)整傳感器的靈敏度的。具體的靈敏度特性見表23表23 MQ4的靈敏度特性符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)備注Rs敏感體表面電阻10—60（5000ppmCH4）適用范圍：300—10000ppm甲烷，天然氣а(1000ppm/5000ppmCH4)濃度斜率≤標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度：20℃177。相對(duì)濕度：65%177。預(yù)熱時(shí)間不少于24小時(shí)MQ4型氣敏元件對(duì)不同種類，不同濃度的氣體有不同的電阻值。在這里我們用5000ppm甲烷校準(zhǔn)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。在調(diào)節(jié)確定MQ4的可調(diào)負(fù)載電阻值時(shí)，以空氣中甲烷濃度值為5000ppm時(shí)作為校準(zhǔn)，此時(shí)觀察顯示部分電路，又因?yàn)橐箫@示的瓦斯?jié)舛染纫髢?yōu)于5%，即準(zhǔn)確顯示的范圍為5000ppm（15%）也就是4750ppm～5250ppm的范圍內(nèi)，若不在該范圍內(nèi)則說明甲烷傳感器的靈敏度不夠高，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。我們調(diào)節(jié)RL使顯示的瓦斯?jié)舛戎当M可能與實(shí)際相符合。校準(zhǔn)后的傳感器就可以用來監(jiān)測實(shí)際中各個(gè)不同的瓦斯?jié)舛攘?。以單片機(jī)為核心的硬件系統(tǒng)稱為單片機(jī)系統(tǒng)。從生產(chǎn)工藝上講，主要是住呢個(gè)在CMOS化。CMOS電路的特點(diǎn)是低功耗、高密度、低價(jià)格。目前生產(chǎn)CHMOS電路意境能夠達(dá)到LSTTL的傳輸速度，延遲時(shí)間小于2n是，其綜合優(yōu)勢已大于TTL電路，所以單片機(jī)領(lǐng)域CMOS正逐漸取代TTL電路。目前新一代的單片機(jī)都具有WAIT和STOP等省電運(yùn)行方式，可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候喚醒但盤基。（3）大容量化。Philips公司的NXP的P87C51MC2/02的ROM為96KB，RAM達(dá)到了3KB，完全能夠適應(yīng)一般控制設(shè)備的要求。這主要是進(jìn)一步改進(jìn)CPU的性能，加快指令的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性。（5）低噪聲和高可靠性。與大容量相反，以4位、8位機(jī)位中心的小容量、低價(jià)格也是一個(gè)趨勢。隨著集成度的不斷提高，越來越多單片機(jī)把各種外圍設(shè)備的功能器件集成在片內(nèi)。 單片機(jī)AT89S51經(jīng)綜合分析選用單片機(jī)AT89S51適合。片內(nèi)的存儲(chǔ)器允許在線重新編程或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來編程。在眾多的51系列單片機(jī)中，要算ATMEL公司的AT89S51更實(shí)用，因?yàn)樗粌H和MCU51系列單片機(jī)指令、管腳完全兼容，而且它將通用CPU和在線可編程Flash集成在一個(gè)芯片上。 AT89S51的引腳說明AT89S51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，AT89S51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。圖31 AT89S51引腳圖VCC(40腳)：供電電壓。P0口(32腳～39腳)：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P1口(1腳～8腳)：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)P3口(10腳～17腳)：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。RST（9腳）：復(fù)位輸入。 ALE/PROG（30腳）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。/EA/VPP（31腳）：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL2（18腳）：來自反向振蕩器的輸出。其擴(kuò)展方法為根據(jù)需要在串行口上外接1個(gè)或多個(gè)移位寄存器?！玃3：（RXD）（TXD）用于I/O口的擴(kuò)展所以很顯然我們要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展I/O口，下圖所示為用串行口擴(kuò)展I/O口的電路： RXD TXD 單片機(jī)DSADSB 74LS164CPQ0 Q7圖32 I/O口擴(kuò)展電路其中芯片74LS164為帶清零端的串行輸入/并行輸出移位寄存器（8位），其管腳圖和功能表如下圖33 74LS164的管腳圖 表32 74LS164功能表 輸 入 輸 出CLK A B— L ⅩⅩ Ⅹ L L L H L Ⅹ