MQ-4甲烷、天然气传感器设计原理图及其程序

MQ-4甲烷、天然气传感器设计原理图及其程序MQ-4甲烷、天然气传感器模块使用说明书简要说明：一、尺寸：32mm X22mm X27mm 长X宽X高二、主要芯片：LM393、ZYMQ-4气体传感器三、工作电压：直流5伏四、特点：1、具有信号输出指示。

2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）3、TTL输出有效信号为低电平。

（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）4、模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。

5、对甲烷气体，天然气有较好的灵敏度。

6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性7、快速的响应恢复特性五、应用：适用于家庭或工厂的甲烷气体，天然气等监测装置。

【标注说明】【原理图】【测试方式】1、传感器先预热20秒左右。

2、将传感器放在无被测气体的地方，顺时针调节电位器，调节到指示灯亮，然后逆时针转半圈，调到指示灯不亮，然后接近被测气体，指示灯亮，离开被测气体，指示灯熄灭，就证明传感器是好的！【测试程序】实现功能：1、当测量浓度大于设定浓度时，单片机IO口输出低电平/************************************************************** ******实现功能:此版配套测试程序使用芯片：AT89S52晶振：11.0592MHZ波特率：9600编译环境：Keil作者：zhangxinchun淘宝店：汇诚科技【声明】此程序仅用于学习与参考，引用请注明和作者信息！*************************************************************** ******//************************************************************** ******说明：1、当测量浓度大于设定浓度时，单片机IO口输出低电平*************************************************************** ******/#include //库文件#define uchar unsigned char//宏定义无符号字符型#define uint unsigned int //宏定义无符号整型/************************************************************** ******I/O定义*************************************************************** ******/sbit LED=P1^0; //定义单片机P1口的第1位（即P1.0）为指示端sbit DOUT=P2^0; //定义单片机P2口的第1位（即P2.0）为传感器的输入端/************************************************************** ******延时函数*************************************************************** ******/void delay()//延时程序{uchar m,n,s;for(m=20;m>0;m--)for(n=20;n>0;n--)for(s=248;s>0;s--);}/************************************************************** ******主函数*************************************************************** ******/void main(){while(1) //无限循环{LED=1; //熄灭P1.0口灯if(DOUT==0)//当浓度高于设定值时，执行条件函数{delay();//延时抗干扰if(DOUT==0)//确定浓度高于设定值时，执行条件函数{LED=0; //点亮P1.0口灯}}}}/************************************************************** ******结束*************************************************************** ******/【测试程序】*************************************************************** ******/#include //头文件#define uchar unsigned char //宏定义无符号字符型#define uint unsigned int //宏定义无符号整型code uchar seg7code[10]={ 0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0 x90}; //显示段码数码管字跟uchar wei[4]={0XEf,0XDf,0XBf,0X7f}; //位的控制端//位控制码sbit ST=P3^0; //A/D启动转换信号sbit OE=P3^1; //数据输出允许信号sbit EOC=P3^2; //A/D转换结束信号sbit CLK=P3^3; //时钟脉冲uint z,x,c,v,AD0809, date; //定义数据类型/************************************************************** ****延时函数*************************************************************** ***/void delay(uchar t){uchar i,j;for(i=0;i<t;i++)< p="">{for(j=13;j>0;j--);{ ;}}}/************************************************************** ********数码管动态扫描*************************************************************** ******/void xianshi() //显示函数{uint z,x,c,v;z=date/1000; //求千位x=date%1000/100; //求百位c=date%100/10; //求十位v=date%10; //求个位P2=0XFF;P0=seg7code[z]&0x7f;P2=wei[0];delay(80);P2=0XFF;P0=seg7code[x];P2=wei[1];delay(80);P2=0XFF;P0=seg7code[c];P2=wei[2];delay(80);P2=0XFF;P0=seg7code[v];P2=wei[3];delay(80);P2=0XFF;}/************************************************************** ***********CLK振荡信号*************************************************************** ***********/ void timer0( ) interrupt 1 //定时器0工作方式1 {TH0=(65536-2)/256; //重装计数初值TL0=(65536-2)%256; //重装计数初值CLK=!CLK; //取反}/************************************************************** ***********主函数*************************************************************** ***********/ void main(){TMOD=0X01; //定时器中断0CLK=0; //脉冲信号初始值为0TH0=(65536-2)/256; //定时时间高八位初值TL0=(65536-2)%256; //定时时间低八位初值EA=1; //开CPU中断ET0=1; //开T/C0中断TR0=1;while(1) //无限循环{ST=0; //使采集信号为低ST=1; //开始数据转换ST=0; //停止数据转换while(!EOC); //等待数据转换完毕OE=1; //允许数据输出信号AD0809=P1; //读取数据OE=0; //关闭数据输出允许信号if(AD0809>=251) //电压显示不能超过5VAD0809=250;date=AD0809*20; //数码管显示的数据值，其中20为采集数据的毫安值xianshi(); //数码管显示函数}}【ADC0809资料】ADC0809中文资料1．主要特性1）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。

甲烷传感器的安装示意图一、采煤工作面甲烷传感器的设置1、长壁采煤工作面甲烷传感器的设置；2、采用两条巷道回风的采煤工作面甲烷传感器的设置；3、有专用排瓦斯巷的采煤工作面甲烷传感器的设置。

4、高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井采煤工作面的回风巷长度大于1000m时，必须在回风巷中部增设甲烷传感器。

5、采煤机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。

6、非长壁式采煤工作面甲烷传感器的设置参照上述规定执行二、掘进工作面甲烷传感器的设置1、瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面甲烷传感器设置；2、高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井双巷掘进甲烷传感器设置；3、高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的掘进工作面长度大于800m时，必须在掘进巷道中部增设甲烷传感器。

4、掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。

三、采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷测风站应设置甲烷传感器。

四、设在回风流中的机电硐室进风侧必须设置甲烷传感器。

五、使用架线电机车的主要运输巷道内，装煤点处必须设置甲烷传感器。

六、瓦斯矿井进风的主要运输巷道使用架线电机车时，在瓦斯涌出巷道的下风流中必须设置甲烷传感器。

七、矿用防爆特殊型蓄电池电机车必须设置车载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪；矿用防爆型柴油机车必须设置便携式甲烷检测报警仪。

八、兼做回风井的装有带式输送机的井筒内必须设置甲烷传感器九、回风巷道中的电气设备上风侧10-15m处应设置甲烷传感器。

十、井下煤仓、地面选煤厂煤仓上方应设置甲烷传感器。

十一、封闭的地面选煤厂机房内上方应设置甲烷传感器。

十二、封闭的带式输送机地面走廊上方宜设置甲烷传感器。

十三、瓦斯抽放泵站甲烷传感器的设置：6．3采煤工作面甲烷传感器的设置6．3．1 长壁采煤工作面甲烷传感器必须按图1设置。

U型通风方式在上隅角设置甲烷传感器T0，工作面设置甲烷传感器T1，工作面回风巷设置甲烷传感器T2；若煤与瓦斯突出矿井的甲烷传感器T1不能控制采煤工作面进风巷内全部非本质安全型电气设备，则在进风巷设置甲烷传感器T3；低瓦斯和高瓦斯矿井采煤工作面采用串联通风时，被串工作面的进风巷设置甲烷传感器T4，如图1a所示。

摘要随着科技地发展，现在家庭做饭烧水已经逐渐告别煤逐渐使用清洁地天然气.天然气地普及给公共生活带来了方便,减少了城市地污染,提高了生活质量和效率,但是同时,天然气也是潜在地“危险品”,一旦发生大面积泄漏,处置不及时就可能引发大爆炸,给居民地生命财产安全带来巨大地威胁.面对燃气泄漏而造成地种种事故威胁，我们需要一个解决办法.使用天然气报警器是对付燃气无形杀手地重要手段之一.本论文以半导体气敏传感器和单片机技术为核心设计地气体报警器可实现声光报警功能，是一种结构简单、性能稳定、使用方便、价格低廉、智能化地气体报警器，具有一定地实用价值.其中MQ-2气体传感器对天然气地灵敏度高，这种传感器可检测多种含甲烷地气体，是一款适合多种应用地低成本传感器.经A T89C51单片机处理，并对处理后地数据进行分析，是否大于或等于某个预设值(也就是报警限)，如果大于则会自动启动报警电路发出报警声音，反之则为正常状态.本文主要讨论用气敏传感器个单片机等技术实现室内天然气煤气泄漏报警，为我们地生活提供更大地安全保证也为我们地生活提供方便.关键词：天然气报警，气敏传感器，单片机目录1 绪论 (2)1.1 课题背景及目地 (2)1.2国内外研究情况及其发展 (3)1.3 设计内容级研究方法 (4)2 系统方案及模块设计 (4)2.1 设计思路 (4)2.2 设计框图 (4)2.3 系统模块设计 (5)2.3.1 气体浓度检测模块 (5)2.3.2主控制模块 (6)3 硬件电路设计 (9)3.1 气体检测模块地设计 (9)3.2 单片机模块地设计 (10)3.3声光报警模块地设计 (11)4 程序设计 (13)4.1 主函数程序设计： (14)5结论 (16)6附录 (17)参考文献 (20)1 绪论1.1 课题背景及目地人地生存离不开空气，人地一生大约有80%地时间是在室内度过地，室内环境质量地好坏影响着人们地身心健康.室内地有害气体来源有来自装修不当造成地甲醛、氨气、氡气、苯、放射性物质地释放，而这些气体在装修时加以注意，完全可以减少其排放量，从而不至于影响人地健康状况.室内存在地有害气体地另一主要来源为可燃性气体地泄漏，主要可分为天然气泄漏、液化气泄漏和煤气泄漏.天然气泄漏地主要成分是甲烷.液化气泄漏危害也不易小视，液化石油气是石油产品之一.是由炼厂气或天然气(包括油田伴生气)加压、降温、液化得到地一种无色、挥发性气体.由炼厂气所得地液化石油气，主要成分为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，同时含有少量戊烷、戊烯和微量硫化合物杂质.由天然气所得地液化气地成分基本不含烯烃.液化石油气主要用作石油化工原料，用于烃类裂解制乙烯或蒸气转化制合成气，可作为工业、民用、内燃机燃料.其主要质量控制指标为蒸发残余物和硫含量等，有时也控制烯烃含量.液化石油气是一种易燃物质，空气中含量达到一定浓度范围时，遇明火即爆炸.天然气主要成分是烷烃，其中甲烷含量在95%以上.人所赖以生存地空气中有大约20%地氧气，如果人地生活空间是封闭空间，氧气稀薄，人会因氧气不足，导致窒息、昏迷，有心脑血管疾病地人将会危及生命.室内天然气泄漏会使室内空气中地氧气相对稀薄，由于天然气是无色无味，人很难察觉到，尤其当人处于睡眠状态时，天然气地泄漏就更加危险，甚至会使人窒息.天然气地另一危险是当空气中地天然气含量达到一定含量时，遇到明火就会产生爆炸，危及人地生命.1.2国内外研究情况及其发展当前应用最广泛地可燃性气体泄漏报警器与气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控，仅用于安全保护家用燃气泄漏报警器为例，不少发达国家已经明确规定家庭、公寓等要求安装相应地报警器.国外可燃性气体泄漏报警器发展很快，是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是由于燃气泄漏报警器市场增长受到政府安全法规地推动.因此，国外燃气报警器技术得到了较快发展，据有关统计猜测，美国在1996年—2002年就煤气报警器地年均增长率为27％～30％.在这些方面，国内应该增强安全意识增强.可燃性气体泄漏报警器地发展趋势集中表现为，一是提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是燃气泄漏报警器一直追求地目标；二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，发展MEMS技术，发展现场适用地变送器和智能型可燃性气体泄漏气报警器.如美国在燃气泄漏报警器中嵌入微处理器，使燃气泄漏报警器具有控制校准和监视故障状况功能，实现了智能化、涉多功能化.1.3 设计内容级研究方法本设计计划按以下思路展开研究：（1）信号釆集部分为了能准确釆集到气体浓度地变化应选用半导体气体传感器，为使其有效地检测室内气体浓度，釆用电阻型半导体气体传感器：而放大部分使用运放进行比例和反相两级放大.（2）信号处理部分为了实现精确控制，釆用单片机较为合适.将模拟信号送A/D模块进行数模转换，经过处理后送存储器保存和送显示器显示.（3）系统设置报警部分可以考虑蜂鸣器报警.2 系统方案及模块设计2.1 设计思路用相应地气体传感器检测室内煤气、天然气地基本状态，并将气体浓度信号转换为电信号.通过信号处理电路将有无气体泄漏两种状态转换成高低电平，并将些电平通过单片机I/O接口传入单片机，通过单片机编程控制报警电路地工作状态.2.2 设计框图如下图2.1所示：图2.1 设计思路框图2.3 系统模块设计2.3.1 气体浓度检测模块传感器是能把实测物理量或化学量转化为与之有确定对应关系地电信号输出地装置.传感器主要是由敏感元件、传感元件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器地组成部分.敏感元件：敏感元件指能够灵敏地感受被测变量并做出响应地元件.是传感器中能直接感受被测量地部分.传感元件：又称为转换器，一般情况下，不直接感受被测量，而是将敏感元件地输出量转化为电量输出地元件.传感器按工作原理可分为：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器、压电式传感器等.气敏传感器原理：声表面波器件之波速和频率会随外界环境地变化而发生漂移.气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体地气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附），使得气敏薄膜地膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体地声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率地变化也不同.通过测量声表面波频率地变化就可以获得准确地反应气体浓度地变化值.本次地设计采用地MQ-2气体传感器，MQ-2气敏传感器所使用地气敏材料是在清洁空气中电导率较低地二氧化锡(SnO2).当传感器所处环境中存在可燃性气体时，传感器地电导率随空气中可燃性气体浓度地增加而增大.使用简单地电路即可将电导率地变化转换为与该气体浓度相对应地输出信号.MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气地灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽地检测也很理想.这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用地低成本传感器.2.3.2主控制模块主控制模块即单片机模块，完成功能是与各个功能模块连接，并通过软件编程控制各个功能模块，完成煤气、天然气检测报警及温度显示功能.AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）地低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机.AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器地单片机.单片机地可擦除只读存储器可以反复擦除1000次.该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准地MCS-51指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL地AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它地一种精简版本.A T89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉地方案.外形及引脚排列如图所示 AT89C51外形及引脚排列.图2.2 AT89C51引脚图AT89C51单片机有40个引脚（如图2.2），按照引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和I/O引脚.VCC：电源电压 GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口.作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路.当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端.P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部地上拉电阻.P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻.P1口：P1口一个带内部上拉电阻地8位双向I/O口，P1地输出缓冲级可驱动4个TTL 电路.对端口写“1”，通过内部地电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口.因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流.闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址.P2口：P2口是一个内部带有上拉电阻地8位双向I/O口，P2地输出缓冲级可驱动4个TTL电路.对端口写“1”，通过内部地电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口.因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流.在访问外部程序存储器或16位地址地外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据.在访问8位地址地外部数据存储器时，P2口线上地内容在整个运行期间不变.闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号.P3口：P3口是一组带有内部电阻地8位双向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL 电路.对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低地P3口将用电阻输出电流.P3口除了作为一般地I/O口外，更重要地用途是它地第二功能，如下表3.7所示：表2.3 A T89C51各部分引脚地作用P3口还接收一些用于闪烁存储器编程和程序校验地控制信号.RST：复位输入.当震荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上地高电平将使单片机复位.ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址地低8位字节.即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率地1/16输出固定地正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目地.要注意地是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲.如果必要，可对特殊寄存器区中地8EH单元地D0位置禁止ALE操作.这个位置后只有一条MOVX和MOVC 指令ALE才会被应用.此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 无效.PSEN：程序储存允许输出是外部程序存储器地读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲.在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效地PSEN 信号不出现.EA/VPP：外部访问允许.欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平.需要注意地是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态.如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器中地指令.闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V地编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP.XTAL1：震荡器反相放大器及内部时钟发生器地输入端.XTAL2：震荡器反相放大器地输出端.振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器地输入和输出.该反向放大器可以配置为片内振荡器.石晶振荡和陶瓷振荡均可采用.如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接.有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号地脉宽无任何要求，但必须保证脉冲地高低电平要求地宽度.3 硬件电路设计3.1 气体检测模块地设计图 3.1传感器工作原理图（1）气体检测模块电路由于Protues软件元件库中没有MQ-2气体传感器，由于MQ-2气体传感器两信号输出端为电阻信号，当没有煤气、天然气泄漏时，Rs地阻值应该在20KΩ左右，此时该气体检测模块地输出端为高电平，此时LED发光.当有煤气、天然气泄漏时，Rs地阻值应该在2KΩ左右，此时该气体检测模块地输出端为低电平，此时LED熄灭.图3.2 气体检测模块原理图（2）气体检测模块调试按照电路图在面板上搭接气体检测模块电路，该模块输出通过100KΩ限流电阻接LED正端，该LED负责拼接接地.当MQ-2传感器端不加气体时，此时LED点亮，说明此时输出为高电平；当MQ-2传感器端加气体时，此时LED熄灭，说明此时输出为低电平.刚上电时就在MQ-2端加气体，此时LED不熄灭，原因是RC延时电路起作用，防止误报现象地发生；在1min左右之后，在MQ-2传感器端加气体，此时LED熄灭，开机延迟时间约为1min，该调试结果符合设计要求.3.2 单片机模块地设计单片机模块，完成功能是与各个功能模块连接，并通过软件编程控制各个功能模块，完成煤气、天然气检测报警及温度显示功能.图3.3 主控制模块原理图3.3声光报警模块地设计光报警电路图如图所示.单片机A T89C51地1脚(P1.0)控制输出地状态指示灯.红灯不亮表示正常状态，环境中可燃气体浓度极低.红灯闪亮表示环境中可燃烟雾浓度超过报警限值，提醒用户尽快采取相应安全措施.当烟雾浓度超过报警限，报警器发出鸣叫，用户到达现场，可进行操作停止报警器鸣叫.若过一点时间浓度仍超出报警限，报警器会再次鸣叫提醒用户.由前面地我们提到在protues中没有气敏传感器地元器件，故在此次地实验设计中我们采用地是阻值范围在2~20k欧地电阻进行替代，当没有煤气，天然气泄漏时，此时地电阻值应该在20k欧，此时检测出模块地输出端为高电平，此时地LED发光.当有煤气，天然气泄漏时，此时地阻值应该在2k欧，此时应该检测出模块地输出端为低电平，此时地LED灯熄灭.3.3.1 声光报警电路如图所示，OUT3与单片机P1.3引脚相接，当检测到有煤气、天然气泄漏时通过单片机编程控制P1.3输出方波信号，此时LED D1闪烁，并且蜂鸣器以相同地频率发出声音，产生霞光报警信号，提醒用户煤气、天然气泄漏，采取相应地措施.图3.4 声光报警原理图3.3.2 声光报警模块地调试声音报警电路图如图所示.报警装置采用蜂鸣器较一般地蜂鸣器体积大，声音响亮，适用于家用燃气报警器地报警声音源.当单片机AT89C51地8脚(P3.7)置1时，三极管导通，蜂鸣器报警.灯光报警由于在protues中无法进行声音地仿真，所以此次地设计我们采用LED二极管进行显示.当无煤气，天然气泄漏地时候此时地LED即P1.3为高电平5V，此时地LED管不发光.当有煤气，天然气泄漏地时候此时地LED为低电平0V，通过模拟示波器我们可以得到地是LED管脚输出为方波波形，此时地LED每2S亮灭一次.将编辑好地程序通过单片机下载器下载到单片机中，将单片机插入面包板，20脚、40脚分别接地和5V电源.蜂鸣器与LED串联，负端接到P1.3口，正端接5V电源.当P1.1口接5V电源时，LED熄灭，蜂鸣器不报警；当P1.1口接地时，LED闪烁，同时蜂鸣器以相同频率发声报警.此时用示波器测得P1.3口波形为周期为1.2s地方波信号，与理论值之间存在一定地误差.设计中对方波信号地要求不是很高，因为方波信号地周期只影响报警地频率，并不影响报警功能，因此不需要对其进行修改.4 程序设计本设计可以用汇编语言编程序，也可以用汇编语言编程序.主要编程序来控制定时、计时中断、和输出等.汇编语言地特点1．机器相关性.这是一种面向机器地低级语言，通常是为特定地计算机或系列计算机专门设计地.因为是机器指令地符号化表示，故不同地机器就有不同地汇编语言.使用汇编语言能面向机器并较好地发挥机器地特性，得到质量较高地程序.2．高速度和高效率.汇编语言保持了机器语言地优点，具有直接和简捷地特点，可有效地访问、控制计算机地各种硬件设备，如存储器、CPU、I/O端口等，且占用内存少，执行速度快，是高效地.3．编写和调试地复杂性.由于是直接控制硬件，且简单地任务也需要很多汇编语言语句，因此在进行程序设计时必须面面俱到，需要考虑到一切可能地问题，合理调配和使用各种软、硬件资源.这样，就不可避免地加重了程序员地负担.与此相同，在程序调试时，一旦程序地运行出了问题，就很难发现.软件部分是用来配合硬件电路，控制后面电路地响应，以实现设计预定功能.其主要由两部分功能组成：一部分是是对传感器接受到地信号进行处理：另一部分是实行中断处理，控制设置报警模块.两部分信号地处理都是釆用査询方式.本系统釆用网路巡回检测，轮换选择4个传感器工作，并且在显示器上轮流显示工作传感器所检测到地浓度值.当检测到地浓度小于设定值时，等待定时器中断：当检测到地浓度超过设定值时，执行中断程序进行报警处理，显示浓度.4.1 主函数程序设计：程序开始，定时器初始化，检测空气中天然气地浓度是否达到报警值，如果达到报警值，调用报警子程序，报警.如果没有达到报警值，则LED置1，处于熄灭状态，返回检测，重新循环.图4-1 主程序流程图5结论气体检测报警器可保障生产与生活地安全，避免火灾和爆炸事故以及煤气中毒地发生，它是防火、防爆和安全生产所必备地仪器，具有广阔地市场空间与发展前景.本论文在对气体传感器和报警技术进行深入研究地基础上，全面比较国内外同类产品地技术特点，合理地确定系统地设计方案.并对仪器地整体设计和各个组成部分进行了详细地分析和设计.本论文设计地气体报警器由气体信号采集电路与单片机控制电路两大部分构成. 根据设计要求、使用环境、成本等因素，选用MQ-2型半导体电阻式气体传感器.该传感器是对以烷类气体为主地多种气体有良好敏感特性地广谱型半导体敏感器件.它地灵敏度适中，具有响应与恢复特性好，长期工作稳定性、重现性、不易受环境影响及抗温湿度影响等优点.在系统单片机控制电路地设计上，采用了AT89C51单片机作为核心芯片，充分利用了其高速数据处理能力和丰富地片内外设，实现了仪器地小型化和智能化.使仪器具有结构简单、性能稳定、体积小、成本低等优点.由于气体传感器需要在加热状态下工作，温度越高，反应越快，响应时间和恢复时间就越快.为提高响应时间，保证传感器准确地、稳定地工作，需要向气体传感器持续供给5V地加热电压.气体报警器能实时范围检测工作，当烟雾地浓度达到设定地浓度时，发出声光报警.报警器还可以与上位机(PC)进行通信，实时传输烟雾浓度检测数据，由上位机记录保存，也可以利用上位机完成实现远程实时检测和控制等功能.6．附录主程序：ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HLJMP RDORG 000BHLJMP TIMOORG 0023HLJMP SOUTORG 0100HMAIN : MOV SP,#50HCLR P1,6CLR P1,5CLR P1,7MOV 29H,#00HMOV 28H,#00HMOV 21H,#00HMOV 22H,#64HMOV 23H,#0A0HSJMP KEYSETB IT0SETB EX0SETB ET0SETB ESSETB EAMOV TCON,#90HMOV TMOD,#21HMOV TL0,#A0HMOV TH0,#15HMOV DPTR,#0FE00HMOV A,#01HMOVX @DPTR,ASETB TR0LCALL DISPLCALL CONTSJMP NEXTRET数据采集程序:ORG 0000HLJMP STARTORG 0013HLJMP PINT0START: MOV R0，#50HMOV R2，#08HMOV DPTR，#0FEF8HSETB IT0SETB EX0SETB EAMOV @DPTR，APINT0： MOVC A,@DPTR ；中断子程序MOV @R0，ANC DPTRINC R0DJNE R2，NEXTCLR EX0SJMP FIN0NEXT: MOVX @DPTR,AFIN0： RETIENDA/D转换程序将读数依次放在片外数据存储器A0H-A7H单元.其主程序和中断服务程序如下：主程序：MAIN: MOV R0，#0A0H ；数据暂存区首地址MOV R2，#08H ；8路计数初值SETB IT1 ；脉冲触发方式SETB EA ；开总中断SETB EX1 ；开外部中断1MOV DPTR,#7FFBH ；指向0809首地址MOVX @DPTR,A ；启动A/D转换HERE: SJMP HERE ；等待中断中断服务程序：MOVX A,@DPTR ；读数MOVX @R0，A ；存数INC DPT ；更新通道RINC R0 ；更新暂存单元DJNZ R2，DONERETIDONE: MOVX @DPTR,ARETI参考文献[1] 尹勇，王洪成．单片机接口技术与应用[M]．北京：北京航天航空大学出版社，2004.[2] 陈岭丽，冯志华.检测技术和系统[M]．北京：清华大学出版社，2005.[3] 周慈航.单片机应用程序设计技术[M]．北京：北京航天航空大学出版社，1991.[4] 赵宝军，吴冬艳.一氧化碳报警器地研究[J].中华临床与卫生，2004：122-122[5] 陈小忠，黄宁，赵小侠.单片机接口技术实用子程序北京：人民邮电出版社，2005.[6] 沙占友.集成化智能传感器原理及应用[M]．北京：电子工业出版社，2004.1：198-222.[7] 李鸿.单片机原理及应用[M].湖南：湖南大学出版社，2004.。

可燃气体传感器（型号：MQ-4B）使用说明书版本号：1.5实施日期：2018-04-1郑州炜盛电子科技有限公司Zhengzhou Winsen Electronic Technology Co., Ltd声明本说明书版权属郑州炜盛电子科技有限公司（以下称本公司）所有，未经书面许可，本说明书任何部分不得复制、翻译、存储于数据库或检索系统内，也不可以电子、翻拍、录音等任何手段进行传播。

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郑州炜盛电子科技有限公司MQ-4B 可燃气体传感器产品描述MQ-4B气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。

当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。

使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

MQ-4B气体传感器对甲烷灵敏度高，对酒精及其他一些干扰性气体有较强的抗干扰能力。

产品型号MQ-4B产品类型半导体气体传感器标准封装塑封检测气体甲烷检测浓度300～10000ppm(甲烷)标准电路条件回路电压V c≤24V DC加热电压V H 5.0V±0.1V AC or DC 负载电阻R L 可调标准测试条件下气敏元件特性加热电阻R H 26Ω±3Ω（室温）加热功耗P H ≤950mW灵敏度SRs(in air)/Rs(in 5000ppm甲烷)≥5输出电压Vs 2.5V～4.0V (in 5000ppm CH4)浓度斜率α≤0.6(R5000ppm/R1000ppm CH4)标准测试条件温度、湿度20℃±2℃；55%±5%RH标准测试电路Vc:5.0V±0.1V；V H:5.0V±0.1V预热时间不少于48小时氧气含量21%(不低于18%，(氧气浓度会影响传感器的初始值、灵敏度及重复性，在低氧气浓度下使用时请咨询使用）寿命10年图1 传感器结构图传感器特点本品在较宽的浓度范围内对甲烷有良好的灵敏度，具有长寿命、低成本、驱动电路简单等优点。

MP-4可燃气体传感器介绍MP-4可燃气体传感器简介MP-4可燃气体传感器采用多层厚膜制造工艺，在微型Al2O3陶瓷基片的两面分别制作加热器和金属氧化物半导体气敏层，封装在金属壳体内。

当环境空气中有被检测气体存在时传感器电导率发生变化。

该气体的浓度越高，传感器的电导率就越高。

采用简单的电路即可将这种电导率的变化转换为与气体浓度相对应的输出信号。

MP-4可燃气体传感器特点在较宽的浓度范围内对甲烷有良好的灵敏度，具有抗干扰能力强、功耗低、响应恢复快、稳定性好、寿命长、低成本、驱动电路简单等优点。

MP-4可燃气体传感器主要应用1、用于家庭、工厂、商业用所的可燃气体泄漏监测装置，防火/安全探测系统。

2、可燃气体泄漏报警器、气体检漏仪。

MP-4可燃气体传感器结构图1、传感器要避免暴露于硅粘接剂、发胶、硅橡胶、腻子或其它存在可挥发性硅化合物的场所。

如果传感器的表面吸附了硅化合物蒸气，传感器的敏感材料会被硅化合物分解形成的二氧化硅包裹，抑制传感器的敏感性，并且不可恢复。

2、传感器要避免暴露在高浓度的腐蚀性气体（如H2S，SOX，Cl2，HCl等）中，暴露在高浓度的腐蚀性气体中不仅会引起加热材料及传感器引线的腐蚀或破坏，并会引起敏感材料性能发生不可逆的劣变。

3、传感器被碱金属尤其是盐水喷雾污染后，或暴露在卤素如氟利昂中，也会引起性能劣变。

4、溅上水或浸到水中会造成传感器敏感特性下降。

5、传感器敏感材料表面结冰会导致敏感层碎裂而丧失敏感特性。

6、如果给传感器或加热器施加的电压高于规定值，即使传感器没有受到物理损坏或破坏，也会造成引线和/或加热器损坏，并引起传感器敏感特性下降。

7、传感器1、2 管脚连接加热电路，3、4 管脚连接测量电路；在满足传感器电性能的前提下，加热和测量可共用同一个电源电路。

甲烷传感器的安装示意图一、采煤工作面甲烷传感器的设置1、长壁采煤工作面甲烷传感器的设置；2、采用两条巷道回风的采煤工作面甲烷传感器的设置；3、有专用排瓦斯巷的采煤工作面甲烷传感器的设置。

4、高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井采煤工作面的回风巷长度大于1000m时，必须在回风巷中部增设甲烷传感器。

5、采煤机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。

6、非长壁式采煤工作面甲烷传感器的设置参照上述规定执行二、掘进工作面甲烷传感器的设置1、瓦斯矿井的煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出岩巷的掘进工作面甲烷传感器设置；2、高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井双巷掘进甲烷传感器设置；3、高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的掘进工作面长度大于800m时，必须在掘进巷道中部增设甲烷传感器。

4、掘进机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。

三、采区回风巷、一翼回风巷、总回风巷测风站应设置甲烷传感器。

四、设在回风流中的机电硐室进风侧必须设置甲烷传感器。

五、使用架线电机车的主要运输巷道内，装煤点处必须设置甲烷传感器。

六、瓦斯矿井进风的主要运输巷道使用架线电机车时，在瓦斯涌出巷道的下风流中必须设置甲烷传感器。

七、矿用防爆特殊型蓄电池电机车必须设置车载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪；矿用防爆型柴油机车必须设置便携式甲烷检测报警仪。

八、兼做回风井的装有带式输送机的井筒内必须设置甲烷传感器九、回风巷道中的电气设备上风侧10-15m处应设置甲烷传感器。

十、井下煤仓、地面选煤厂煤仓上方应设置甲烷传感器。

十一、封闭的地面选煤厂机房内上方应设置甲烷传感器。

十二、封闭的带式输送机地面走廊上方宜设置甲烷传感器。

十三、瓦斯抽放泵站甲烷传感器的设置：6．3采煤工作面甲烷传感器的设置6．3．1 长壁采煤工作面甲烷传感器必须按图1设置。

U型通风方式在上隅角设置甲烷传感器T0，工作面设置甲烷传感器T1，工作面回风巷设置甲烷传感器T2；若煤与瓦斯突出矿井的甲烷传感器T1不能控制采煤工作面进风巷内全部非本质安全型电气设备，则在进风巷设置甲烷传感器T3；低瓦斯和高瓦斯矿井采煤工作面采用串联通风时，被串工作面的进风巷设置甲烷传感器T4，如图1a所示。

通用说明书工作原理MQ系列气体传感器的敏感材料是活性很高的金属氧化物半导体,最常用的如SnO2。

金属氧化物半导体在空气中被加热到一定温度时,氧原子被吸附在带负电荷的半导体表面,半导体表面的电子会被转移到吸附氧上,氧原子就变成了氧负离子,同时在半导体表面形成一个正的空间电荷层,导致表面势垒升高,从而阻碍电子流动(见图1。

在敏感材料内部,自由电子必须穿过金属氧化物半导体微晶粒的结合部位(晶界才能形成电流。

由氧吸附产生的势垒同样存在于晶界而阻碍电子的自由流动,传感器的电阻即缘于这种势垒。

在工作条件下当传感器遇到还原性气体时,氧负离子因与还原性气体发生氧化还原反应而导致其表面浓度降低,势垒随之降低(图2和图3。

导致传感器的阻值减小。

在给定的工作条件下和适当的气体浓度范围内,传感器的电阻值和还原性气体浓度之间的关系可近似由下面方程表示:其中:Rs:传感器电阻A:常数[C]:气体浓度α:Rs曲线的斜率传感器特性1氧气分压的影响图4所示为大气中氧分压(PO2和MQ气体传感器在清洁空气中阻值之间的典型关系。

2气敏特性根据前述方程,在某一气体浓度范围内(从几十ppm 至几千ppm,在工作条件下,传感器的电阻同气体浓度呈对数线性关系。

如图5所示。

传感器对多种还原气体具有敏感性,对指定气体的相对灵敏度,取决于敏感材料的构成及其工作温度。

图1-晶粒间势垒模型(洁净空气实际上,每个传感器的电阻值和相对灵敏度都不完全相同,图5中描述的敏感特性为传感器在不同气体浓度下的阻值(Rs与待检测气体的一定浓度下的阻值(R0的比值与浓度的对数关系。

3传感器响应特性在工作条件下传感器先被放入还原性气体中,其电阻急剧下降,待其稳定后,再将其置入洁净空气中,传感器的电阻经过很短的时间即恢复到它的初始值。

这个过程中传感器典型的动作如图6所示。

传感器的响应速度和恢复速度与传感器型号、材料种类及所测气体的种类相关。

4初始动作如图7所示,当传感器不通电存放后,再在空气中通电,无论是否存在还原性气体,传感器通电后的最初几秒钟,其阻值都会(Rs急剧下降,然后逐渐达到一个平稳的水平,即为传感器的初始动作。