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和礦工的生命安全。同時，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檢測多種不同氣體是氣體檢測儀的發(fā)展趨勢,即進行多參數(shù)測量,多種氣體檢測,實現(xiàn)對多種氣體種類的識別和濃度的判斷,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單片機控制的多參數(shù)氣體檢測儀的設計和實現(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個功能模塊構成:進氣過濾系統(tǒng)（包括采樣泵、濾膜、氣室、進出氣管路）、傳感

器及信號處理單元（紅外傳感器、電化學傳感器）、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、硫化氫由電化學傳感器檢測。被測氣體通過兩類傳感器時產生的信號經(jīng)放大、A/D轉換后，由微處理器AT89S51進行采集、計算、數(shù)據(jù)處理產生濃度結果數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)結果進行超限比較，當被測氣體的濃度超過儀器設定的報警限時，儀器產生聲光報警，并在顯示屏上顯示報警狀態(tài)、故障狀態(tài)、時間參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，同時保存數(shù)據(jù)結果。

　　在進氣過濾系統(tǒng)中，至少需要1個I/O端口來控制采樣泵的工作;在傳感器及信號處理單元，經(jīng)過A/D轉換電路把傳感器產生的關于氣體濃度的有關信息轉化為單片機能識別的數(shù)字信號，選擇8路輸入的ADC0809芯片;在顯示模塊中，采用KS0713液晶顯示器，需要單片機提供3個I/O控制端口;時鐘的顯示系統(tǒng)采用DS12887芯片與單片機進行通訊，需要1個中斷輸入和1個I/O控制端口;由于系統(tǒng)要存儲至少500組測試信息，而且AT89S51單片機只有128KB的RAM，我們外擴8K的外部數(shù)據(jù)存儲器6264;由于系統(tǒng)可以設定報警的限值和變更時間，則需要5個鍵盤接口，來控制設置、上升、下降、右移和打印，用到5個I/O接口;由于AT89S51單片機接口有限，利用8255A對I/O接口進行擴展。

2 硬件電路設計