基于AT89S51的多參數(shù)氣體檢測儀的研制

0 引言

　　井下作業(yè)環(huán)境中氧氣、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫及甲烷濃度的高低，直接影響到煤礦的安全生產(chǎn)和礦工的生命安全。同時(shí)，隨著各種天然氣、煤制氣、液化氣的開發(fā)和使用,各種可燃性氣體散發(fā)在工作場所和人們生活中，因此連續(xù)、直接檢測工作環(huán)境和生活環(huán)境中有毒氣體、可燃性氣體有著極其重要的意義。目前，氣體檢測大多采用單氣體檢測方式，即每測量一種氣體需要攜帶一種測量儀表。研制能用一種儀器同時(shí)檢測多種不同氣體是氣體檢測儀的發(fā)展趨勢,即進(jìn)行多參數(shù)測量,多種氣體檢測,實(shí)現(xiàn)對多種氣體種類的識(shí)別和濃度的判斷,從而更全面地反映被測氣體在特定環(huán)境中所顯示的特性。

　　本文介紹基于AT89S51單片機(jī)控制的多參數(shù)氣體檢測儀的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。

1 多參數(shù)氣體檢測儀的功能及測量原理

　　1.1系統(tǒng)功能

　　系統(tǒng)的功能如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

　　由圖1可知,系統(tǒng)由8個(gè)功能模塊構(gòu)成:進(jìn)氣過濾系統(tǒng)（包括采樣泵、濾膜、氣室、進(jìn)出氣管路）、傳感

器及信號(hào)處理單元（紅外傳感器、電化學(xué)傳感器）、主控電路板（微處理器、通訊接口、數(shù)據(jù)管理等）、

LCD顯示屏、人機(jī)對話單元（組合功能鍵、指使燈板）、供電單元（直流穩(wěn)壓電源、電池組、穩(wěn)壓電路）

以及時(shí)鐘輸入單元。

　　1.2系統(tǒng)檢測原理

　　系統(tǒng)檢測原理如圖2所示。

圖2系統(tǒng)檢測原理圖

　　紅外氣體傳感器和電化學(xué)傳感器分別對氧氣、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫和甲烷五種氣體進(jìn)行檢測。其中，二氧化碳和甲烷采用紅外傳感器檢測，氧氣、一氧化碳、硫化氫由電化學(xué)傳感器檢測。被測氣體通過兩類傳感器時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后，由微處理器AT89S51進(jìn)行采集、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生濃度結(jié)果數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行超限比較，當(dāng)被測氣體的濃度超過儀器設(shè)定的報(bào)警限時(shí)，儀器產(chǎn)生聲光報(bào)警，并在顯示屏上顯示報(bào)警狀態(tài)、故障狀態(tài)、時(shí)間參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，同時(shí)保存數(shù)據(jù)結(jié)果。

　　在進(jìn)氣過濾系統(tǒng)中，至少需要1個(gè)I/O端口來控制采樣泵的工作;在傳感器及信號(hào)處理單元，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路把傳感器產(chǎn)生的關(guān)于氣體濃度的有關(guān)信息轉(zhuǎn)化為單片機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，選擇8路輸入的ADC0809芯片;在顯示模塊中，采用KS0713液晶顯示器，需要單片機(jī)提供3個(gè)I/O控制端口;時(shí)鐘的顯示系統(tǒng)采用DS12887芯片與單片機(jī)進(jìn)行通訊，需要1個(gè)中斷輸入和1個(gè)I/O控制端口;由于系統(tǒng)要存儲(chǔ)至少500組測試信息，而且AT89S51單片機(jī)只有128KB的RAM，我們外擴(kuò)8K的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264;由于系統(tǒng)可以設(shè)定報(bào)警的限值和變更時(shí)間，則需要5個(gè)鍵盤接口，來控制設(shè)置、上升、下降、右移和打印，用到5個(gè)I/O接口;由于AT89S51單片機(jī)接口有限，利用8255A對I/O接口進(jìn)行擴(kuò)展。

2 硬件電路設(shè)計(jì)