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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

目前，煤气天然气等越来越多的可燃性气体作为新兴的的能源，但是可燃性气体的使用也存在着一些潜在的危险，如果可燃性气体在生产和使用过程中发生了泄露，当气体浓度达到一定的程度，一旦遇到明火就会发生火灾，造成严重的损失。近年来，电子技术不断发展，电子科技在人类的安全生活中起着举足轻重的作用，人们对安全生产的重视程度和生产技术手段不断提高的同时，可燃气体监测报警器正广泛地应用在各个领域中。本设计利用单片机及模数转换系统构建了一个可燃气体探测报警系统，当环境中可燃气体泄露并达到一定的上限浓度时，可燃气体报警报警系统将会检测到并发出报警信号，以提醒工作人员采取安全措施。同时，大规模集成电路的发展使得单片机也有了很大的进步，将单片机应用到可燃气体报警系统可以降低成本，因此可以推广使用。

国内外研究现状

气体探测技术在国外已经有几十年的历史了，在工业发达国家已经得到广泛使用，美国,日本,英国,德国等已经将其发展成品种齐全的高新技术产业，可燃气体探测系统的敏感元件是气敏传感器，目前国外的气敏传感器主要有烧结型，接触燃烧型，和半导体厚膜型。电化学气体传感器有恒电位电解式，离子电极式，电量式等。我国在70年代初期开始研制可燃性气体探测器，目前国内对气敏材料和气体传感器的研究主要集中在一下几点：（1）开发新的气敏材料，主要方法是，在传统的半导体气敏材料中掺杂一些元素，使得气敏材料对于不同气体具有高灵敏度，高选择性，高稳定性。（2）开发新的气体传感器，使得气体传感器更加微型化，多样化，使用方便，价格低廉。（3）气体传感器智能化，气体传感器与计算机结合出现了电子鼻，国内外已经成功开发鉴别和检测食品和香料的传感器仿生鼻。目前国内外对气体传感器的研究主要有以下几种：（1）电化学型气体传感器利用了电化学性质的气体传感器，这种气体传感器是生产生活中较为常见的气体感知元件，其中较为常见的是电化学型一氧化碳传感器，其工作原理可表征多数电化学气体传感器，电化学类气体传感器检测气体时选择性好，灵敏度高，成本较低，这是它的主要优势。（2）电学型气体传感器的主要原理是利用了材料的电学特征与气体浓度存在一定关系，这种关系可以直接通过电学方法检出。接触燃烧型电阻气体传感器的测量对象通常为可燃性气体，这些气体在气敏元件的表面进行氧化反应，反应使得元件热量增加，产生电阻阻值变化，通过测量阻值变化即可检出不同浓度的气体。这种传感器的主要优势是不容易被外界温度影响，其稳定性较高，同时由于电阻值与气体浓度之间的关系几乎呈线性，因此其测量效果好，数据处理方面也不必做太多工作。热导型气敏元件也是用来测量可燃气体的。由于不同的可燃气体，其导热系数与空气存在一定的差异，热导型气敏元件通过电路把导热系数非电量转化为电量来测量，通常是转化为电阻，通过检测电阻来测量气体浓度。 （3）半导体型气体传感器也是一种测量可燃气体的传感器，它的原理是利用半导体材料的表面对气体分子的吸附和脱离作用使得其电导率发生改变这一性质来实现气体检测的。这种传感器应用较为广泛，由于其敏感元件灵敏度、响应速度以及可靠性能方面的指标相比其他气敏元件更优，被作为可燃气体检测的主流传感器。 （4）电阻型半导体气体传感器利用电阻阻值与气体浓度的关系实现气体的检测；非电阻型半导体气敏元件则利用其他电学量，如电流、电压与气体浓度的关系实现气体的检测。半导体气体传感器具有灵敏度高、寿命长、成本低等优点，目前在全世界范围产量巨大。目前已有的可燃气体监测报警系统主要由：（1）采用气敏传感器，信号转换电路，单片机，数码管显示，报警器，发光二极管构成的系统。采用气敏探头为半导体式气敏传感器，工作原理是随着探头附近可燃气体浓度上升，气敏探头感应体电阻值下降，这种电阻的变化被信号转换电路将其转变成可以测量的电信号。通过A/D转换，电信号转化为方波，方波宽度的变化直接和燃气浓度相关，反映出是否有燃气泄露现象。通过公式计算即可计算出所探测到的燃气浓度参数。并通过数码管显示出来，当监测浓度值超过预先设置的危险门限时，立刻驱动报警器工作。（2）由监测元件，放大电路，报警系统，显示系统组成。热敏元件的表面涂有催化剂，当空气含有易燃易爆物气体时，有不平衡电信号输出，根据信号大小可得到空气中易燃易爆物的含量。当气体浓度达到预先设置的报警值时，仪器发出声光报警。参考文献：[1]张强,管自生.电阻式半导体气体传感器[J].仪表技术与传感器,2006,(7):6-9.[2]吴义炳. 半导体气敏元件[J]. 机械工程与自动化,2005,(1):105-107.[3]徐甲强,韩建军,孙雨安,等. 半导体气体传感器敏感机理的研究进展[J].传感器与微系统,2006,(11):5-8.[4]杨志华,余萍,肖定全.半导体陶瓷型薄膜气敏传感器的研究进展[J].功能材料,2004,(1):4-6.[5]张洪泉,施云波,郭建英.基于MEMS技术微双桥催化LPG传感器研究[J].传感技术学报,2006,(5):2135-2137.

2. 研究的基本内容

由于可燃气监测报警器主要包括探测模块，控制模块，无线模块和报警模块，因此本次设计主要研究的内容有。

（1）探测模块采用气体传感器，传感器检测到环境中可燃性气体的浓度变化，并反映为电信号。通过 a/d转换器转换为数字信号，a/d转换器能按照要求的时间分别对可燃气监测传感器测得的结果进行数据的转换并传送给单片机。

（2） 控制模块：单片机接受，读取信号并与预先设定的上限值进行比较。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案

（1）利用传感器测量可燃性气体的浓度，具体设计中采用气敏传感器，工作原理是随着探头附近可燃气体浓度上升，气敏探头感应体电阻值发生变化，这种电阻的变化被信号转换电路将其转变成可以测量的电信号。

（2）电信号通过a/d转换器转化为方波数字信号，方波宽度的变化反应为燃气浓度变化

4. 参考文献

[1]荚庆,王代华,张志杰.基于nrf905的无线数据传输系统[j].国外电子元器件,2008,(1)：29-31.