甲烷传感器原理

甲烷传感器一般采用载体催化元件为检测元件。
产生一个与甲烷的含量成比例的微弱信号，经过多级放大电路放大后产生一个输出信号，送入单片机片内A/D转换输入口，将此模拟量信号转换为数字信号。然后单片机对此信号进行处理，并实现显示，报警等功能。
 
一．甲烷的敏感元件
MH-440V/D 红外气体传感器是通用型、智能型、微型传感器，该传感器利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的CH4进行探测，具有很好的选择性，无氧气依赖性，性能稳定、寿命长。内置温度传感器，可进行温度补偿。该传感器是将成熟的红外吸收气体检测技术与微型机械加工、精良电路设计紧密结合，制作出的小巧型红外气体传感器。
该传感器使用方便，可直接用来替代催化燃烧元件，广泛应用于存在可燃性、爆炸性气体的各种场合。
二．用敏感元件组成的测量电路
被测
非电量
输出电量
敏感元件
转换元件
转换电路
传感器的组成
辅助电源
三．调节信号电路
四．进行A/D转换
CS5521芯片为20脚 PDIP或SSOP封装。其结构如图 1所示，由多路复用器、20倍斩波稳定测量放大器，可编程增益放大器 (PGA)、带有数字滤波器的 16位?－Σ A/D转换器及片上校验电路 (Calibration)和寄存器构成。双色红外
探测器(inGaSn,Si)是电流源，两路信号电流分别经串接电阻 R1、R2(或串接 R1′、R2′)形成电压差，它们作为 CS5521两通道的差分输入信号。电容 C1、C2与电阻并联以抑制高频干扰。将NBV端接地，
在使用 25mV、55mV、100mV 三个量程
时，输入共模电压要在1.85V～2.65V之间，由 LM385－2.5产生2.5V电压来满足。考虑到所测红外信号强弱差异，仅靠CS5521片内放大器增益调节不能满足故加开关MAX4580来改变串接电阻大小。信号电流　≥5μA 时，仅 R1、R2接入；信号电流<5μA时，由 89C2051 的P1.3脚控制接入R1′、R2′来检测微弱信号。可通过 CS5521自校验来实现自调零和增益设定。若要测每个通道信号的精确值，除2.5V量程外都需要进行系统校验，否则可能产生多达 20%的增益误差。系统校验时，外部需要提供如图 2(b)、图 2(c)所示的精确基准电路。校验结束后，将各量程的偏置值和增益值存入 2051的程序中，在转换量程时将相应值送入各自寄存器即可。若仅需信号的相对值，可进行在线自校验。整个电路由 20脚的 89C2051来控制。/CS端始终有效，SCLK为串行时钟输入端，SDI为 CS5521串行命令/数据输入端，SDO为CS5521数据输出端　空闲时为高电平，高电平向低电平转变用来指示芯片 A/D转换数据可取或校验结束、
五．采用何种CPU
采用40-PIN的 PIC16F877A
1. 低功耗。静态电流一般为2mA，睡眠状态下最低可小于 1μA。在节能和本安方面有比较大的优势。
2. 工作电压范围宽，可在2.0～5.5V 电压范围内工作。
3. 引脚驱动能力强，可以承受5V 电压。引脚灌入或拉出电流都能达到25mA，可以直接驱动数码管显示，不需要反相器等外接驱动。可任意定义I/O的输入/输出方向，可以设定内部上拉电阻，省去外接上拉电阻。
4. 速度快。工作频率最高可达20MHz，每个指令周期仅 200ns，有多种时钟模式。引入指令执行流水线机制。
5. 集成有10 位，8通道的高精度 A/D转换器，并集成片内基准电压，也可以选择外部基准电压，不用的模拟端口还可以复用为普通数字I/O 口。
6. 集成了通用同步异步收发器，即USART 模块，既可以配置为全双工的异步通信模式，又可以配置成半双工的同步通信模式，可按实际数据通信的需要灵活应用。
7. 集成两个CCP 模块。两个CCP 模块可以独立编程，可以配置为Capture(捕捉)、Compare(比较)、PWM(脉宽调制)中任意一种功能模式，用于实现捕捉、比较、脉宽调制。
8. 自带独立的看门狗定时器(WDT)。在设计上和其它电路完全独立，看门狗定时器自带片内RC 振荡器，看门狗功能可以在芯片烧写时由芯片的配置字决定打开或者关闭，避免软件出现死循环。
9，不需加装存储器。有8K 字节的可擦除Flash 程序存储空间，电可擦除，可以重复烧写大于 10万次； 256字节的 EEPROM数据存储空间，可以在传感器调校后存储零点、系数、非线性补偿数据等参数及仪器编号等信息；368字节的RAM 数据存储空间允许进行复杂的算法设计，软件编程灵活，有利于提高仪器的精度。
六．显示电路
数码管选用三位红色共阳数码管，位选端为高电平时，显示段码；位选端为低电平时，数码管熄灭。Ll、L2、L3是三位数码管的位选端，分别接到单片机的RB3、 RB4、RBS引脚；DO～D7是数码管的段码引脚，分别接到单片机 D口的 RDO～RD7。 RLORL7是 380Ω限流电阻。LED1和 LED2是工作状态指示 LED。B6和 B7是控制端，直接接到单片机的RB6 和RB7 引脚。当瓦斯传感器工作在低浓度检测时，LED1闪烁；当瓦斯传感器工作在高浓度检测时，LED2闪烁。B6 和B7 输出高电平时，LED熄灭； B6和 B7输出低电平时，LED 发光。RS11和 RS12分别是 LED1和 LED2的限流保护电阻，阻值为380Ω。
七．超出多少纯度，声光报警
瓦斯检测仪在井下工作，对环境气体中的瓦斯浓度进行实时监测；当瓦
斯浓度超过预先设定的上限值时，系统发出声光报警。声报警通过驱动蜂鸣
器发声实现；光报警通过发光二极管闪烁实现。