基于红外传感器的气体检测系统的设计

第一章绪论1.1课题研究的背景随着人类知识的积累和工业生产技术的发展，人类对自然的控制与加工能力越来越强。

在人类社会的各个领域，从工业、农业、商业、国防、通信、交通运输、科学技术直到文化娱乐、教育、医疗乃至家庭生活的每一个角落，自动化设备、智能仪器仪表正延展着人们的感官，精确地执行人的命令，实现着人们过去可望而不可及的愿望。

由于微处理器生产成本的下降，目前各种自动化设备和智能仪器仪表的核心部件通常是由专用的微处理器构成。

这些专用的微处理器在我国一般称为单片机，国外称为微控制器。

单片机广泛用于自动化控制设备、消费电子产品、智能仪器仪表等领域，尤其是在新型智能化小产品开发方面，几乎是单片机一统天下。

单片机是一类特殊的微处理器，它内部的硬件结构与一般为微处理器相同的是都有控制器、运算器和各种专用寄存器。

控制器将时钟振荡器产生的方波脉冲按固定的时间顺序分配给芯片内的各个部件，即产生节拍。

在节拍的作用下控制器按程序计数器中的地址从程序存储器中取回指令进行译码，运算器和各种专用寄存器则根据译码在控制器的控制下有条不紊地进行数据的传递和运算处理。

单片机的应用，打破了人们的传统设计思想。

原来需要使用模拟电路、脉冲数字电路等部件来实现的功能，在应用了单片机以后，无需使用诸多的硬件，可以通过软件来解决问题。

目前单片机已经成为科技、自控等领域的先进控制手段，在人类日常生活中的应用也非常广泛。

(1)工业过程控制中的应用。

单片机的I/O口线多，操作指令丰富，逻辑操作功能强大，特别适用于工业过程控制。

单片机可作主机控制，也可作分布或控制系统的前端机。

单片机具有丰富的逻辑判断和位操作指令，因此广泛应用于开关量控制、顺序控制以及逻辑控制。

(2)家用、民用电器中的应用单片机价格低廉、体积小巧、使用方便，广泛应用在人类生活中的诸多场合，如洗衣机、电冰箱、空调器等。

(3)智能化仪器、仪表中的应用单片机可应用于各类仪器、仪表和设备中，大大地提高了测试的自动化程度与精度，如智能化的示波器、计价器、电表、水表等。

红外光谱技术在气体检测分析中的应用气体灾害对人类和自然的危害日益加重，由于气体的物化特性，常规的探测手段很难高效的实现气体检测的目的，红外高光谱遥感探测手段能够反映场景内的温度信息和光谱信息，是灾害气体检测最有效的手段之一，具有极高的军事和民用价值。

本文以研究气体红外高光谱数据的特点为出发点，实现气体红外高光谱数据的建模与检测，为构建灾害气体的监测体系提供帮助和指导。

标签：红外光谱技术;气体检测分析;特征频率引言：灾害气体在环境中会带有独特的温度特征和光谱特征。

利用红外高光谱探测手段能够有效的利用气体的温度信息和光谱信息，从而对气体进行甄别和检测。

传统的高光谱一般指可见光近红外波段，传统高光谱是对地物目标的反射率信息进行分析，以达到相应的检测目的。

而红外高光谱探测手段是利用对远红外波段的辐射能量进行相应的检测分析，这部分信息主要利用的是目标的辐射信息（温度信息）。

从成像机理上，传统的高光谱和红外波段的高光谱有所不同，所以，研究这两者在成像模型、信号模型、检测模型的异同之处有十分重要的研究意义。

另外，软件和硬件的发展是相辅相成的，红外传感器的发展，伴随着红外遥感相关技术的研究。

目前红外高光谱传感器技术壁垒比较大，红外高光谱数据获取比较难，但红外高光谱数据的应用具有极大的意义和价值。

所以研究气体的红外高光谱数据仿真具有十分重要的意义，对气体以及其他目标物体的红外高光谱辐射特性分析与特征提取具有十分重大的指导意义。

一、红外光谱吸收原理众所周知，光是由许多单一颜色的光组成的，由此可知，红外光是由许多处于红外频率以外的光组成的。

每种气体都具有一种性质：可以吸收对应频率的红外光能量，气体吸收红外光能量中频率最高的被称为气体的特征吸收频率。

当光线穿透气体时，气体吸收特征频率谱线光，导致光的能量下降。

研究表明，每种气体在红外辐射波段都有不同数目的特征吸收谱线。

由于特征频率是由一定频率范围内的光组成的，因此特征吸收频率具有一定的带宽，并且带宽中每个频率被吸收的量不尽相同。

气体泄漏自动报警系统设计方案1. 简介本文档旨在提供气体泄漏自动报警系统的设计方案。

该系统旨在监测和检测气体泄漏，并能够准确、迅速地发出警报，以确保人员的安全和防止潜在的事故发生。

2. 系统组成气体泄漏自动报警系统主要包括以下组成部分：2.1. 传感器系统中的传感器用于监测和检测气体泄漏。

传感器应选择合适的类型和参数，以确保对各种气体的泄漏进行准确监测。

常见的气体传感器类型包括电化学传感器、红外线传感器和半导体传感器等。

2.2. 控制器系统的控制器负责接收传感器的信号，并进行数据处理和判断。

控制器应具备高精度和快速响应能力，能够准确地判断是否发生气体泄漏，并触发警报系统。

2.3. 报警装置系统的报警装置用于发出警报信号以提醒人员注意气体泄漏事件。

常见的报警装置包括声光报警器、呼叫系统和短信通知等。

2.4. 数据记录与管理系统应具备数据记录和管理功能，能够记录气体泄漏事件的发生时间、地点和气体浓度等关键信息。

同时，系统还应提供数据查询和报表生成功能，以便后续的数据分析和事故追溯。

3. 系统工作流程气体泄漏自动报警系统的工作流程如下：1. 传感器不断监测气体泄漏情况，并将检测结果传输给控制器。

2. 控制器接收传感器信号，并进行数据处理和判断。

3. 如果控制器判断出发生气体泄漏，它将触发报警装置发出警报信号。

4. 同时，系统将记录气体泄漏事件的相关信息，并进行数据管理和存储。

5. 人员在接收到警报信号后，应按照相应的应急预案进行处置和逃生。

4. 系统优点气体泄漏自动报警系统设计方案的优点包括：- 实时监测和检测能力，能够及时发现和报警气体泄漏事件。

- 高度自动化和智能化，减少人工干预和误判的可能性。

- 数据记录和管理功能，有助于后续的数据分析和事故追溯。

- 多样化的报警装置，能够适应不同环境和人员需求。

- 系统可靠性高，能够提高人员的安全保障。

5. 结论本文档提供了一个气体泄漏自动报警系统设计方案的概述。

独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得桂林电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。

本人签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解桂林电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属桂林电子科技大学。

本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为桂林电子科技大学。

学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。

(保密的论文在解密后遵守此规定)本学位论文属于保密在____年解密后适用本授权书。

本人签名：日期：导师签名：日期：摘 要在众多气体检测方法中，红外气体检测法以其高灵敏度﹑高选择性的特点得到了广泛地应用。

尤其是具有低噪声﹑易调制等优点的半导体激光器光源的出现，进一步提高了红外气体检测法的灵敏度和精度。

鉴于此，本文基于红外吸收光谱法研制了一套水汽检测系统。

本文基于水汽的近红外吸收光谱，研究了近红外吸收光谱法测量的基本原理和方法。

测量的基础为Lamber-Beer定律，在此基础上利用HITRAN数据库选择了水汽在近红外波段的三个波长（一个吸收峰，两个参考波长），采用三波段式方法，更好地消除了测量误差。

选用分布反馈半导体激光器（DFB-LD）作为光源，利用锁相放大技术检测信号，研制了一套水汽浓度检测系统。

该系统主要有光学系统单元﹑激光驱动电路单元﹑光电信号调理电路单元﹑光电信号采集与处理电路单元﹑显示电路单元组成。

系统采用TMS320F2812型号DSP作为核心处理器。

的采样式红外分析仪快20s 。

在传感器件与测量方法上的改进较少，而红外线气体分析仪智能化发展较为迅猛，使得仪器具备自动标定与补偿、自动识别图谱、实效预测和自动进行故障诊断等功能。

中国石化公司针对如何提高红外线气体分析仪的线性稳定性、重复性以及消除其零点漂移性进行了研究，结果表明调节气室长度，对该分析仪器量程进行改造，即将仪器原有0～100µL/L 的量程改为常量测量，与改造前相比，该仪器的稳定性、重复性以及零点均有所改善，因而该举措是行之有效的[4]。

2 红外线气体分析监测系统的应用长沙瑞控公司设计的JNYQ-I-44EX 隔爆型红外线气体分析仪，可实现单组份、双组份气体检测，且可以同时分析三种气体浓度，即两路红外测量和一路氧气测量。

该系统采用智能化数字处理技术实现气体浓度的分析，双气路与双通道的结构设计，有效提高了仪器的稳定性。

并且采用大气压力补偿，可降低环境大气压力变化对仪器测量的影响，电流环输出和开关量输出相互隔离，消除了外界各种干扰对仪器测量的影响，可用于工业流程和科学实验室中在线分析CO 、CO 2、CH 4、SO 2和NO 等气体浓度监测，具有自动化程度高、功能强、操作简便、灵敏度高、稳定性好、数字通信等特点[5-7]。

James 将非分散红外气体分析仪应用于微电子气相沉积过程中，金属烷基酰胺前驱体的测量。

利用非色散红外分析仪可测量气相沉积过程中金属前驱体戊基(二甲基胺)的分压，通过建立二甲基胺吸光度的函数，校准非色散红外分析仪的光学响应密度，并在流动试验中除去的物质质量之间的差异与流量，如重力测量和光学测定，在以上条件下可以检测到二甲基胺[8]。

植物表面附着的微藻与生物膜系统可以降低生物质回收的成本，是解决CO 2问题的一种具有潜力的方法[5]。

通过红外气体分析监测系统能够精确测量藻类生物膜上的CO 2固定能力，优化单细胞微藻的光合作用。

通过考虑样品气体与参比气体之间水蒸气浓度的差异，对气体分析仪进行了校正。

有毒气体检测报警系统的研究随着工业化进程的不断推进，有毒气体的排放和泄漏问题日益严重，对人类健康和生态环境造成了巨大的威胁。

为了及时监测和预警有毒气体的存在，保障人们的生命安全和健康，有毒气体检测报警系统应运而生。

本文将对有毒气体检测报警系统的研究进行探讨，以期为相关领域的研究和工程实践提供一定的参考。

有毒气体检测报警系统是一种能够自动监测空气中有毒气体浓度并在达到预设阈值时发出警报的系统。

它主要由传感器、数据采集系统、数据处理系统和报警设备等组成。

传感器是核心部件，负责将空气中的有毒气体转化为电信号，经过数据采集系统采集和传输至数据处理系统，再根据预设的算法进行分析和处理，最终触发报警设备。

报警设备可以包括声光报警器、联动控制系统等，以及通过网络远程监控和控制的方式。

有毒气体检测报警系统广泛应用于石油化工、煤矿、地铁、坑道、实验室等各种工业和民用领域，是保障生产和生活环境安全的重要装备。

有毒气体检测报警系统具有实时性强、准确性高、可靠性好、自动化程度高等特点，能够有效预防事故的发生，降低事故损失。

二、有毒气体检测传感器技术传感器是有毒气体检测报警系统的核心部件，其性能的优劣直接影响了整个系统的检测准确性和可靠性。

目前，常见的有毒气体检测传感器技术主要包括化学传感器、红外传感器、光纤传感器等多种类型。

1. 化学传感器化学传感器是一种利用某种有毒气体与一种特定的化学反应，在特定的条件下产生一种可以被量化的电信号的传感器。

它的优点是灵敏度高，对多种有毒气体具有较好的检测性能。

由于需要与特定的化学物质发生反应，化学传感器的选择范围较窄，且对温度和湿度等环境条件较为敏感，容易受到干扰。

红外传感器通过检测特定波长的红外辐射来进行气体的检测。

它的优点是对环境条件变化的适应性强，抗干扰能力较强，且具有较高的准确性。

红外传感器的成本较高，对气体种类的适应性较差。

光纤传感器采用光纤作为传感元件，利用光的变化来检测气体的浓度，具有精度高、抗干扰能力强、成本较低等优点。

红外甲烷气体浓度检测系统设计朱红秀;孙连昆;王忠华;聂哲;刘欢【摘要】In order to accurately measure the volume of methane gas concentration ,we adopted the parallel infrared illuminant ,IRL715EN-PR ,to design an infrared methane gas detection system .The whole detection system consisted of hardware circuit and software system .We put forward and implemented a new algorithm about signal processing .At the same time ,a feeding dog in interrupt service routine (ISR)program was designed so as to greatly extend the watchdog timer reset time .Using Matlab for data fitting ,we achieved a function of concentra-tion and voltage of the system .Experiments show that the volume concentration is in the range from 0% to 4% ,the greatest relative error of the system is less than 1% .%为了精确测量甲烷气体的体积浓度，采用平行红外光源IRL715EN-PR设计了红外甲烷气体检测系统。

整个检测系统由硬件电路和软件系统组成。

《工业生产过程多组分气体检测系统设计》一、引言在工业生产过程中，多组分气体的检测是确保生产安全和环境保护的重要环节。

本文旨在探讨工业生产过程中多组分气体检测系统的设计，从系统设计的需求分析、硬件组成、软件设计、性能评价及优化等方面进行详细阐述。

二、需求分析首先，根据工业生产的特点和需求，多组分气体检测系统的设计需满足以下要求：1. 准确性：系统应具备高精度的气体检测能力，能够准确测量多种气体的浓度。

2. 实时性：系统应能实时监测气体浓度变化，及时报警。

3. 稳定性：系统应具有良好的稳定性，能在恶劣的工业环境下长时间运行。

4. 易用性：系统应具备友好的人机界面，方便操作和维护。

三、硬件组成多组分气体检测系统的硬件组成主要包括传感器模块、信号处理模块、数据传输模块和显示模块。

1. 传感器模块：负责检测多种气体的浓度，应选用性能稳定、响应迅速的传感器。

2. 信号处理模块：对传感器输出的信号进行放大、滤波、A/D转换等处理，以便后续的数据分析。

3. 数据传输模块：负责将处理后的数据传输至上位机或远程监控中心。

4. 显示模块：用于实时显示气体浓度、报警信息等。

四、软件设计软件设计是多组分气体检测系统的核心部分，主要包括数据采集与处理、报警管理、系统控制与通信等功能。

1. 数据采集与处理：软件应能实时采集传感器数据，并进行数据处理和分析，得出气体浓度等信息。

2. 报警管理：当气体浓度超过设定阈值时，软件应能及时发出报警，并采取相应的措施。

3. 系统控制与通信：软件应具备友好的人机界面，方便用户进行系统设置和操作；同时，应支持与上位机或远程监控中心的通信，实现数据的远程传输和监控。

五、性能评价及优化1. 性能评价：多组分气体检测系统的性能评价主要从准确性、实时性、稳定性、灵敏度、抗干扰能力等方面进行。

通过实验测试和实际运行数据的分析，对系统的性能进行评价。

2. 优化措施：针对性能评价中发现的问题，采取相应的优化措施。

基于MEMS技术的气体传感器设计与实现随着工业和人们生活水平的提高，对于环境质量和安全性的要求也越来越高。

在这样的背景下，气体传感器作为一种能够准确检测环境气体浓度并及时发出报警的传感器，已被广泛应用于化工、环保、医疗等领域。

而MEMS技术的发展，更进一步提高了气体传感器的精度和可靠性。

因此，本文将从MEMS技术的角度出发，探讨气体传感器的设计与实现。

一、MEMS技术介绍MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技术是一种微型机电系统技术，其主要应用于制造微型机械、光学设备、传感器等微系统。

MEMS技术具有体积小、重量轻、性能高、功耗低等优点，可与电子技术结合，形成集成的微型传感器，广泛应用于各个领域。

二、基于MEMS技术的气体传感器设计气体传感器基本由电学、光学、热学、摄氏度等传感原理构成。

其中，热学法是目前应用较多的一种方法，其原理为：气体分子碰撞后，会对感温元件的许多热导通道进行热量转移，导致温度的变化。

根据温度变化的幅度可以判断气体浓度的高低。

因此，本文将采用热学法来进行气体传感器的设计。

1.设计思路气体传感器的设计主要包括两个部分：摄氏度元件和电路。

其中，摄氏度元件是利用气体分子碰撞后对其内部温度变化的敏感性，来感知气体浓度变化的元件。

其结构通常是在一块白金或铂铑金属片上镀上一层感温层，成为摄氏度元件。

其中，金属片主要用于保护感温层，防止过热烧化。

2.设计流程（1）材料选取：摄氏度元件选用高灵敏度的PTC电阻器材料；感温层选用铂或铑金属；芯片选用硅材料。

（2）制程步骤：a. 光刻：通过在硅芯片上形成一定的图形，为后面的加工做准备。

b. 热蒸镀：在芯片表面沉积一层铂或铑金层，作为感温元件。

c. 激光切割：用激光将芯片分割成多个小块，同时也将感温元件切割出来。

d. 清洗和封装：将感温元件封装在敏感部件中，可避免外部的干扰，并能使其真正具备传感器的功能。

3.电路设计气体传感器的电路主要由功率电源、电压放大器、温度保持电路、微处理器和时钟组成。

气体传感器阵列检测系统的研究与设计的开题报告一、研究背景气体传感器阵列检测系统是一种可以检测多种气体成分的设备。

随着环境保护和卫生健康意识的增强，对于空气质量和安全性的要求也越来越高，因此气体传感器阵列检测系统的需求也随之增加。

现有的气体传感器检测系统大多只能检测单一气体成分，对于多种气体成分的检测则需要使用多个传感器，这样不仅造成设备成本增加，而且操作繁琐，不利于实际应用。

因此，研究一种可以同时检测多种气体成分的气体传感器阵列检测系统，具有重要的科学意义和现实价值。

二、研究目的和意义本研究的目的是设计一种基于气体传感器阵列的检测系统，实现对于多种气体成分的同时检测，并且提高检测的准确性和可靠性。

具体研究目标如下：1. 构建气体传感器阵列检测系统，选择合适的传感器类型和数量，并且优化传感器布局和组合。

2. 设计检测系统的硬件和软件，实现对于多种气体成分的检测并且能够对数据进行处理分析，提高检测的准确性和可靠性。

3. 分析和评估阵列检测系统的性能和可靠性，优化系统的结构和算法，提高气体检测的准确性和可靠性。

通过本研究，可以构建一种高效、准确、可靠的气体传感器阵列检测系统，具有广泛的应用价值。

三、研究内容根据以上研究目标，本研究将完成以下工作：1. 研究不同类型的气体传感器，选择适合的传感器类型和数量构建阵列检测系统。

优化传感器的布局和组合，探索传感器性能最优组合方式。

2. 设计检测系统的硬件和软件，实现对于多种气体成分的检测并且能够对数据进行处理分析，提高检测的准确性和可靠性。

3. 开展阵列检测系统的性能评估，对检测系统的准确性、可靠性和实时性进行分析、测试和优化。

四、研究方法1. 文献调研。

通过查阅专业文献、论文和资料，了解气体传感器检测技术的研究进展和实现方案，在此基础上，确定本研究的技术路线和研究方向。

2. 传感器选择和布局。

根据检测要求和实际应用场景，选择合适的气体传感器类型和数量，采用合适的布局方式，优化传感器性能和检测精度。

摘要摘要本文设计一种基于红外吸收原理的可燃气体传感器，采用电调制非色散红外技术，由于多数可燃气体在波长为3.40μm处拥有其特征吸收峰，所以针对可燃气体选用滤光片中心波长为3.40μm，此滤光片对应的输出信号为测量信号，为保证传感器测量值的可靠性及长期稳定性，再选用一个滤光片作为参考信号，由于多数气体在4.00μm左右的波长处均无吸收，因此第二个滤光片中心波长选为4.00μm，此滤光片对应的输出信号即为参考信号。

由于参考信号理论上是稳定不变的，因此当传感器硬件系统出现老化、漂移等现象时，会导致测量信号发生变化，此时参考信号产生作用，可基本排除此类异常。

传感器选用ARM内核的微处理器作为整个系统的控制及运算单元，使用ARM 处理器自带的定时器产生中断信号，每次中断时驱动红外光源变换工作状态，从而实现红外光源的电调制。

光源发出的红外能量通过含有被测气体的腔体后，再经滤光片滤除其它波段的能量，最后到达探测器，探测器吸收能量后转换为电信号，电信号通过电路处理后，由处理器启动模数转换器对输入的模拟信号进行采样，由此模拟量转变为数字量，软件采用数字信号处理算法对数字量进行去噪和滤波，将实时测量数据和标定数据按公式进行计算，即可得到实时测量的气体浓度值。

经过实验测试，该传感器测量值准确、可靠、响应灵敏、体积小、功耗低，分辨率达到0.01%VOL，测试数据及性能指标达到预期。

关键词：红外气体传感器，气体浓度检测，NDIR，红外吸收ABSTRACTABSTRACTThis paper designed a kind of the combustible gas sensor based on infrared absorption principle, uses electric modulation non-dispersive infrared technology, because most of the combustible gas have absorption peak at about 3.40 microns wavelengths, so selection filter center wavelength of 3.40 microns to detecting combustible gas, the filter of the corresponding output signals called measure signals, to guarantee the reliability of the sensor measurement value and long-term stability, then choose a filter as the reference signal, because most of the gas at about 4.00 microns no absorption, so the second filter center wavelength is 4.00 microns, the second filter of the corresponding output signal is the reference signal. Due to the reference signal is stable in theory, so when the sensor hardware system appeared the phenomenon such as aging, drift, measuring signal changes, the reference signal can be the basic rule out such anomalies.Sensor selects the ARM microprocessor as the control of the whole system of the kernel and computing unit, ARM processor used to own a timer interrupt signal, each time interrupt driven infrared light source transformation work status, so as to realize the infrared light source modulation. Electric modulation infrared light source through the gas chamber to reach the pyroelectric detector with filter, pyroelectric detector output electrical signal, the electrical signal after amplification filter processing by the ARM processor to start the A / D conversion Digital signal processing algorithm to denoise and filter digital, real-time measurement data and calibration data calculated according to the formula, you can get real-time measurement of gas concentration value.After a large number of experiments, the sensor measurements accurate, reliable, responsive, small size, low power consumption, resolution 0.01% VOL, test data and performance indicators to achieve.Keywords: Infrared gas sensor, Gas concentration detection, NDIR, Infrared absorption目录第一章绪论 (1)1.1 研究意义 (1)1.2 红外气体传感背景 (1)1.2.1气体传感器的发展 (1)1.2.2国内外研究现状 (3)1.3 本文主要工作 (4)1.3.1主要研究内容 (4)1.3.2主要技术指标 (5)1.4 本论文的结构安排 (5)第二章传感器理论基础 (6)2.1 基础理论 (6)2.1.1气体浓度计算的理论 (6)2.1.2红外光谱的基础知识 (7)2.1.3分子能级与量子学相关知识 (8)2.1.4气体的红外吸收峰与分子结构的关系 (9)2.2 硬件开发工具 (14)2.3 软件开发环境 (15)2.4 本章小结 (16)第三章传感器硬件设计与实现 (17)3.1 传感器系统总体设计 (17)3.2关键器件选型 (18)3.2.1微处理器选型 (18)3.2.2红外光源选型 (20)3.2.3热释电探测器选型 (23)3.3电源管理电路设计 (29)3.4红外光源驱动电路设计 (30)3.5处理器及外围电路 (32)3.6模拟小信号处理电路设计 (35)3.7 PCB电路板设计 (38)3.8 硬件电路实现 (40)3.9 本章小结 (42)第四章传感器软件设计与实现 (43)4.1信号采集与数字信号处理 (43)4.2零点和灵敏度校准设计 (47)4.3数字通信模式及传输方式 (47)4.4数字通信协议设计 (49)4.5传感器浓度计算 (53)4.6软件调试 (55)4.7软硬件联合调试 (56)4.8本章小结 (59)第五章测试及数据分析 (60)5.1 传感器测试环境 (60)5.2传感器标定测试 (61)5.3 测试数据分析 (65)5.4 硬件参数测试 (66)5.5本章小结 (68)第六章结论 (69)6.1 全文总结 (69)6.2 下一步工作的展望 (70)致谢 (71)参考文献 (72)第一章绪论第一章绪论可燃气体常见于日常生活及日常生产中，如城市管网下水道积聚的沼气，矿井开采生产中产生的瓦斯、石化储运站储藏的可燃气体、煤气站储藏的可燃气体、家庭生活中天然气等。

51单片机检测co2的实训报告一、前言本实训旨在通过使用51单片机，实现对室内CO2浓度的检测，进而控制室内环境的质量。

该实训涉及到多方面知识，包括传感器的原理、51单片机的编程以及数据处理等。

在本次实训中，我们将利用所学知识，完成一个完整的系统设计。

二、实验设备1. 51单片机开发板2. CO2传感器3. LCD1602液晶显示屏4. 杜邦线若干三、实验原理1. CO2传感器原理CO2传感器是一种基于红外线吸收原理的气体检测器。

其工作原理是：当红外线源照射到被测气体中时，被测气体会吸收红外线，吸收后的红外线强度与被测气体中CO2含量成正比。

因此，在传感器内部设置两个光电池，一个作为参考光电池，另一个作为检测光电池。

当有CO2气体进入传感器时，会使得检测光电池接收到的光强度减小，通过比较参考光电池和检测光电池的光强度差，可以计算出被测气体中CO2的含量。

2. 51单片机原理51单片机是一种常用的单片机，其内部集成了CPU、存储器、IO口等多个模块。

通过编写程序，可以实现对各种外设的控制和数据处理。

在本次实训中，我们将使用51单片机来获取CO2传感器检测到的数据，并将其显示在液晶屏上。

四、实验步骤1. 硬件连接将CO2传感器的VCC和GND引脚分别连接到开发板的5V和GND引脚上，将SCL和SDA引脚分别连接到开发板的P1.0和P1.1引脚上。

将液晶屏的VSS、VDD、VO、RS、RW、E引脚分别连接到开发板的GND、5V、可变电阻器中间接点（调节液晶屏对比度）、P2.0、P2.1、P2.2引脚上。

2. 编写程序首先需要定义一些宏定义和全局变量，如下所示：#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit SCL = P1^0; // 定义SCL引脚为P1.0sbit SDA = P1^1; // 定义SDA引脚为P1.1uchar code init_0x80[] = {0x80, 0x36, 0x08, 0x01, 0x06}; // 初始化液晶屏命令序列uchar code read_0x04[] = {0xFF, 0x04, 0x02, 0xE2}; // 读取CO2传感器数据命令序列uint co2_value; // 存储CO2传感器检测到的数据然后需要编写一些函数，如下所示：void delay(uint i) // 延时函数{while(i--);}void start() // 开始信号{SDA = 1;delay(5);SCL = 1;delay(5);SDA = 0;delay(5);SCL = 0;}void stop() // 停止信号{SDA = 0;delay(5);SCL = 1;delay(5);SDA = 1;}bit ack() // 应答信号{bit ack_bit;SDA = 1;delay(5);SCL = 1;delay(5);if(SDA == 1)ack_bit = false;elseack_bit = true;SCL = 0;return ack_bit;}void write_byte(uchar dat) // 写入一个字节的数据{uchar i;for(i=8; i>0; i--){if(dat & (1<<(i-1)))SDA=1;elseSDA=0;delay(5);SCL=1;delay(5);SCL=0;}ack();}uchar read_byte() // 读取一个字节的数据{uchar i, dat = 0;for(i=8; i>0; i--){SCL = 1;delay(5);if(SDA == 1)dat |= (1<<(i-1));SCL = 0;delay(5);}return dat;}void init_lcd() // 初始化液晶屏{uchar i;for(i=0; i<sizeof(init_0x80); i++){write_byte(init_0x80[i]);delay(50);}}void display_lcd(uint value) // 显示数据到液晶屏上{uchar i, buf[6];sprintf(buf, "%d", value);write_byte(0x80+0x40); // 设置光标位置为第二行第一个字符for(i=0; i<6; i++){if(buf[i] == '\0')break;write_byte(buf[i]); // 写入字符delay(50);}}void read_co2() // 读取CO2传感器数据{uchar i;start();for(i=0; i<sizeof(read_0x04); i++){write_byte(read_0x04[i]);delay(50);}co2_value = ((uint)read_byte()<<8) | (uint)read_byte(); // 将读取到的两个字节合并成一个16位整数stop();}最后，在主函数中调用上述函数即可完成实验。

基于红外光声光谱的气体检测系统设计钱旭;程明霄;王雪花;赵天琦【摘要】随着工业现代化的发展,环境变化日益复杂,而人民的环境健康意识也在不断提高.在这种情况下,传统的气体检测系统已不能满足要求,有待开发一种高灵敏度、高分辨率的新型实时气体检测系统.从气体分子红外光谱理论出发,在对当前各种气体检测方法进行分析比较的基础上,设计了一种基于光声光谱技术的气体检测系统.实验证明:该系统可有效进行CO2气体检测.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2014(033)012【总页数】4页(P98-100,103)【关键词】气体检测;高灵敏度;高分辨率;光声光谱【作者】钱旭;程明霄;王雪花;赵天琦【作者单位】南京工业大学自动化与电气工程学院,江苏南京210009;南京工业大学自动化与电气工程学院,江苏南京210009;南京工业大学自动化与电气工程学院,江苏南京210009;南京灼徽检测技术有限公司,江苏南京210009【正文语种】中文【中图分类】TP23气体探测技术在人类活动的各个方面都发挥着极为重要的作用[1]。

大气中某些微量气体过量时，会导致温室效应、酸雨、毒雾、臭氧层空洞等现象[2]，严重影响人类赖以生存的环境。

近年来，随着人们环境健康意识的提高和环境变化的复杂性，传统上使用的气体探测系统已不能满足要求，有待开发性能更高的新型气体探测系统。

按照工作原理的不同，气体检测方法可分为非光学分析法与光学分析法[3]。

本文设计了一种基于红外光声光谱(PAS)的气体检测系统，实验结果表明：该系统可有效进行CO2气体的检测。

PAS技术是一种理想的无背景噪声信号技术[4]，具有较高灵敏度和良好选择性。

与传统光谱分析方法不同，PAS技术是监测物体吸收光能后产生的热能中以声压形式表现出来的那部分能量，即使在高反射弱吸收的情况下，吸收能也可被微音器检测。

与其它气体检测方法相比较，PAS技术的主要优点是：长期稳定性好,灵敏度高；不消耗气样，如载气、标气；检测时间短，便于现场检测，适于多种气体成分的检测，系统结构简单。

《工业生产过程多组分气体检测系统设计》一、引言在工业生产过程中，多组分气体的检测对于保障生产安全、环境保护以及产品质量具有重要意义。

随着工业技术的不断发展，对气体检测系统的准确性和可靠性要求也越来越高。

本文将详细介绍工业生产过程多组分气体检测系统的设计，包括系统架构、关键技术、应用场景及优势等方面。

二、系统架构设计1. 硬件架构多组分气体检测系统的硬件架构主要包括传感器模块、信号处理模块、数据显示与控制模块以及供电模块。

传感器模块负责气体成分的检测，信号处理模块对传感器数据进行处理和分析，数据显示与控制模块用于将分析结果以可视化方式呈现给操作人员，供电模块则为整个系统提供稳定的电源。

2. 软件架构软件架构包括数据采集、数据处理、数据存储与传输、人机交互等部分。

数据采集模块负责从传感器获取原始数据，数据处理模块对原始数据进行滤波、标定和算法分析，数据存储与传输模块将处理后的数据存储并传输至上位机或云端，人机交互模块则提供友好的操作界面，方便操作人员使用。

三、关键技术1. 传感器技术传感器是气体检测系统的核心部件，其性能直接影响到整个系统的准确性和可靠性。

常用的气体传感器包括电化学传感器、红外传感器、紫外传感器等。

在选择传感器时，需要根据实际需求考虑气体的种类、浓度范围、响应速度等因素。

2. 信号处理技术信号处理技术主要用于对传感器数据进行滤波、标定和算法分析。

其中，滤波技术可以去除噪声干扰，提高信号的信噪比；标定技术可以校准传感器的测量值，使其更加准确；算法分析则可以根据不同的气体成分和浓度范围，采用相应的分析方法，如光谱分析、化学计量法等。

3. 数据传输与存储技术数据传输与存储技术是实现系统远程监控和数据分析的关键。

通过无线通信技术，可以将检测数据实时传输至上位机或云端，实现远程监控和数据分析。

同时，采用高效的数据存储技术，可以保证数据的完整性和可追溯性。

四、应用场景及优势1. 应用场景多组分气体检测系统广泛应用于石油化工、冶金、电力、环保等领域。