智能甲烷傳感器

智能甲烷傳感器|甲烷傳感器

智能甲烷傳感器
一．甲烷的敏感元件
MH-440V/D 紅外氣體傳感器是通用型、智能型、微型傳感器，該傳感器利用非色散紅外（NDIR）原理對(duì)空氣中存在的CH4進(jìn)行探測(cè)，具有很好的選擇性，無(wú)氧氣依賴(lài)性，性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)。內(nèi)置溫度傳感器，可進(jìn)行溫度補(bǔ)償。該傳感器是將成熟的紅外吸收氣體檢測(cè)技術(shù)與微型機(jī)械加工、精良電路設(shè)計(jì)緊密結(jié)合，制作出的小巧型紅外氣體傳感器。
該傳感器使用方便，可直接用來(lái)替代催化燃燒元件，廣泛應(yīng)用于存在可燃性、爆炸性氣體的各種場(chǎng)合。
二．用敏感元件組成的測(cè)量電路
被測(cè)
非電量
輸出電量
敏感元件
轉(zhuǎn)換元件
轉(zhuǎn)換電路
傳感器的組成
輔助電源
三．調(diào)節(jié)信號(hào)電路
四．進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換
CS5521芯片為20腳 PDIP或SSOP封裝。其結(jié)構(gòu)如圖 1所示，由多路復(fù)用器、20倍斬波穩(wěn)定測(cè)量放大器，可編程增益放大器 (PGA)、帶有數(shù)字濾波器的 16位?－Σ A/D轉(zhuǎn)換器及片上校驗(yàn)電路 (Calibration)和寄存器構(gòu)成。雙色紅外
探測(cè)器(inGaSn,Si)是電流源，兩路信號(hào)電流分別經(jīng)串接電阻 R1、R2(或串接 R1′、R2′)形成電壓差，它們作為 CS5521兩通道的差分輸入信號(hào)。電容 C1、C2與電阻并聯(lián)以抑制高頻干擾。將NBV端接地，
在使用 25mV、55mV、100mV 三個(gè)量程
時(shí)，輸入共模電壓要在1.85V～2.65V之間，由 LM385－2.5產(chǎn)生2.5V電壓來(lái)滿(mǎn)足。考慮到所測(cè)紅外信號(hào)強(qiáng)弱差異，僅靠CS5521片內(nèi)放大器增益調(diào)節(jié)不能滿(mǎn)足故加開(kāi)關(guān)MAX4580來(lái)改變串接電阻大小。信號(hào)電流　≥5μA 時(shí)，僅 R1、R2接入；信號(hào)電流<5μA時(shí)，由 89C2051 的P1.3腳控制接入R1′、R2′來(lái)檢測(cè)微弱信號(hào)�？赏ㄟ^(guò) CS5521自校驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)自調(diào)零和增益設(shè)定。若要測(cè)每個(gè)通道信號(hào)的精確值，除2.5V量程外都需要進(jìn)行系統(tǒng)校驗(yàn)，否則可能產(chǎn)生多達(dá) 20%的增益誤差。系統(tǒng)校驗(yàn)時(shí)，外部需要提供如圖 2(b)、圖 2(c)所示的精確基準(zhǔn)電路。校驗(yàn)結(jié)束后，將各量程的偏置值和增益值存入 2051的程序中，在轉(zhuǎn)換量程時(shí)將相應(yīng)值送入各自寄存器即可。若僅需信號(hào)的相對(duì)值，可進(jìn)行在線自校驗(yàn)。整個(gè)電路由 20腳的 89C2051來(lái)控制。/CS端始終有效，SCLK為串行時(shí)鐘輸入端，SDI為 CS5521串行命令/數(shù)據(jù)輸入端，SDO為CS5521數(shù)據(jù)輸出端　空閑時(shí)為高電平，高電平向低電平轉(zhuǎn)變用來(lái)指示芯片 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可取或校驗(yàn)結(jié)束、
五．采用何種CPU
采用40-PIN的 PIC16F877A
1. 低功耗。靜態(tài)電流一般為2mA，睡眠狀態(tài)下最低可小于 1μA。在節(jié)能和本安方面有比較大的優(yōu)勢(shì)。
2. 工作電壓范圍寬，可在2.0～5.5V 電壓范圍內(nèi)工作。
3. 引腳驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可以承受5V 電壓。引腳灌入或拉出電流都能達(dá)到25mA，可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，不需要反相器等外接驅(qū)動(dòng)�？扇我舛�義I/O的輸入/輸出方向，可以設(shè)定內(nèi)部上拉電阻，省去外接上拉電阻。
4. 速度快。工作頻率最高可達(dá)20MHz，每個(gè)指令周期僅 200ns，有多種時(shí)鐘模式。引入指令執(zhí)行流水線機(jī)制。
5. 集成有10 位，8通道的高精度 A/D轉(zhuǎn)換器，并集成片內(nèi)基準(zhǔn)電壓，也可以選擇外部基準(zhǔn)電壓，不用的模擬端口還可以復(fù)用為普通數(shù)字I/O 口。
6. 集成了通用同步異步收發(fā)器，即USART 模塊，既可以配置為全雙工的異步通信模式，又可以配置成半雙工的同步通信模式，可按實(shí)際數(shù)據(jù)通信的需要靈活應(yīng)用。
7. 集成兩個(gè)CCP 模塊。兩個(gè)CCP 模塊可以獨(dú)立編程，可以配置為Capture(捕捉)、Compare(比較)、PWM(脈寬調(diào)制)中任意一種功能模式，用于實(shí)現(xiàn)捕捉、比較、脈寬調(diào)制。
8. 自帶獨(dú)立的看門(mén)狗定時(shí)器(WDT)。在設(shè)計(jì)上和其它電路完全獨(dú)立，看門(mén)狗定時(shí)器自帶片內(nèi)RC 振蕩器，看門(mén)狗功能可以在芯片燒寫(xiě)時(shí)由芯片的配置字決定打開(kāi)或者關(guān)閉，避免軟件出現(xiàn)死循環(huán)。
9，不需加裝存儲(chǔ)器。有8K 字節(jié)的可擦除Flash 程序存儲(chǔ)空間，電可擦除，可以重復(fù)燒寫(xiě)大于 10萬(wàn)次； 256字節(jié)的 EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，可以在傳感器調(diào)校后存儲(chǔ)零點(diǎn)、系數(shù)、非線性補(bǔ)償數(shù)據(jù)等參數(shù)及儀器編號(hào)等信息；368字節(jié)的RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間允許進(jìn)行復(fù)雜的算法設(shè)計(jì)，軟件編程靈活，有利于提高儀器的精度。
六．顯示電路
數(shù)碼管選用三位紅色共陽(yáng)數(shù)碼管，位選端為高電平時(shí)，顯示段碼；位選端為低電平時(shí)，數(shù)碼管熄滅。Ll、L2、L3是三位數(shù)碼管的位選端，分別接到單片機(jī)的RB3、 RB4、RBS引腳；DO～D7是數(shù)碼管的段碼引腳，分別接到單片機(jī) D口的 RDO～RD7。 RLORL7是 380Ω限流電阻。LED1和 LED2是工作狀態(tài)指示 LED。B6和 B7是控制端，直接接到單片機(jī)的RB6 和RB7 引腳。當(dāng)瓦斯傳感器工作在低濃度檢測(cè)時(shí)，LED1閃爍；當(dāng)瓦斯傳感器工作在高濃度檢測(cè)時(shí)，LED2閃爍。B6 和B7 輸出高電平時(shí)，LED熄滅； B6和 B7輸出低電平時(shí)，LED 發(fā)光。RS11和 RS12分別是 LED1和 LED2的限流保護(hù)電阻，阻值為380Ω。
七．超出多少純度，聲光報(bào)警
瓦斯檢測(cè)儀在井下工作，對(duì)環(huán)境氣體中的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；當(dāng)瓦
斯?jié)舛瘸�過(guò)預(yù)先設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警。聲報(bào)警通過(guò)驅(qū)動(dòng)蜂鳴
器發(fā)聲實(shí)現(xiàn)；光報(bào)警通過(guò)發(fā)光二極管閃爍實(shí)現(xiàn)。

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