摘 要

随着时代发展，可燃气体有了越来越广泛的使用，可燃气体安全使用问题使得人们对于可燃气体检测仪的研究与开发逐渐增多。

在这一实际情况下，本文介绍了一个基于单片机系统与可燃气体传感器研制并且适用于民用检测的手持式可燃气体检测仪。该检测仪主要具有可燃气体浓度检测、声光报警、数据液晶显示、报警值可修改、数据可有线或者无线蓝牙通信以及一定的通用性等功能。是一种具有较好的实用价值的可燃气体检测装置。

经过测试，装置基本满足设计要求，适用于民用检测中实现定值报警。

关键词：单片机；可燃气体传感器；声光报警；蓝牙通信

Abstract

With the development of the times, combustible gases have become more and more widely used, combustible gas safety problems make people for the combustible gas detector research and development gradually increased.

In this practical case, this paper describes a single-chip system and combustible gas sensor developed and suitable for hand-held combustible gas detector of civilian detection. The detector mainly has combustible gas concentration detection, sound and light alarm, data liquid crystal display, alarm value can be modified, the data can be wired or wireless Bluetooth communication and a certain degree of versatility and other functions. It is a kind of combustible gas detection device with good practical value.

After testing, the device basically meet the design requirements, suitable for civilian detection to achieve fixed alarm.

Key Words：Single chip；combustible gas sensor；sound and light alarm；Bluetooth communication

目 录

第1章 绪论 1

1.1 手持式可燃气体检测仪概述 1

1.2 手持式可燃气体检测仪的国内外发展状况 1

1.3 开发可燃气体检测仪的现实意义与应用前景 2

第2章 设计要求与原理和方案的比较与选择 3

2.1 可燃气体检测仪的设计要求 3

2.1.1 可燃气体检测仪的功能 4

2.1.2 可燃气体检测仪的系统框图 5

2.2可燃气体传感器的工作原理 5

2.3 设计方案的比较与选择 6

第3章 手持式可燃气体检测仪的硬件设计 8

3.1 系统硬件框图 8

3.2 系统电源 8

3.2.1 AMS1117系列芯片概述 8

3.2.1 AMS1117-5.0的应用 9

3.3 处理芯片的选择及基本外围电路 9

3.4 气体传感器的选择 11

3.5 AD转换芯片的选择 13

3.6 液晶显示单元 15

3.7声光报警单元 15

3.8 矩阵键盘电路单元 16

3.9 数据通信单元 17

第4章 手持式可燃气体检测仪的软件设计 19

4.1 系统软件框图 19

4.2 系统主程序 19

4.3 AD转换子程序 20

4.4 LCD显示子程序 21

4.5 键盘扫描子程序与报警值设定子程序 23

4.6 串口通信子程序 24

第5章 实验过程及结果分析 26

5.1 实验过程 26

5.2 结果分析 34

结论 36

参考文献 37

致 谢 38

第1章 绪论

随着科技的进步和煤炭石油等传统燃料的减少以及其价格的大幅度增长，可燃气体在人民的生产与生活中的使用越来越多，人民的生产生活已经逐渐由传统燃料的使用向新型能源转变，而常用的可燃气体有天然气（主要成分：CH4），煤气（主要成分：CO和H2），氢气，甲烷等气体。可燃气体能为人们生活中带来众多的便利并创造出很多价值，但是一旦可燃性的气体发生了泄露，则很可能会造成人员的中毒，引起火灾甚至发生爆炸，若产生了事故，则结果不敢想象。因此，快速的检测出家庭或者生产生活中可燃气体含量，是可燃性气体安全使用的前提。所以，研究开发出一种适用于家庭或者生产生活的高性能可靠的手持式可燃气体检测仪是人们一直所关注的问题。

1.1 手持式可燃气体检测仪概述

手持式可燃气体检测仪需要完成检测与报警功能。因此手持式可燃气体至少需由以下几个方面组成：（1）检测可燃气体的传感器，可以经过可燃气体的传感器感知检测四周空气中的可燃气体含量，然后将其转化为电信号使得电路可以识别，便于后续处理^[1]。（2）独立的供电电源系统，既然是手持式可燃气体检测仪，则需要有独立的电源供电单元来保证系统的安全可靠运行^[2]。（3）数据计算与显示单元，将电信号模数转换，再进行数据处理计算得出相应的气体浓度值并将其显示出来。（4）声光报警单元，当检测仪检测出周围的气体环境中的可燃气体含量超过初始设定的报警值时，便会发出声光报警的信息^[3]。其他的方面还可以包括有：报警值设置单元（使用者能够根据实际情况设置合适的报警值），数据通信接口单元（向PC传输测得的信息数据，方便进一步对数据处理等）等。

1.2 手持式可燃气体检测仪的国内外发展状况

从产品的规格来看，现在世界上有将近400种的气体检测仪。从它们的仪器构造来看，又可分为三类。第一类是固定式，固定式的仪器是用来安装在比较危险的，人员不便于久待检测的地方，主要用于实时检测现场情况，实时报警，固定式所用的检测方法是扩散法。第二类是便携式，便携式的仪器一般用在某些未知浓度可燃易爆气体的危险场地进行实时的检测，完成定期的安全检查。较常使用的是泵吸式，带着一个较长的泵吸管。第三类是袖珍式，袖珍式的仪器适合的是工作人员随身携带进入危险的环境内进行检测的情况。有两种型号，一种是单一型，一种复合型。大部分采用的是扩散法。从检测原理来看则可以大致分为以下七种：（1）电阻气敏元件测量；（2）气相色谱法（GC）测量；（3）超声技术测量；（4）示踪气体浓度衰减法测量；（5）载体催化燃烧法测量；（6）灰色理论预测测量；（7）光干涉法测量 ^[4]。

当前气体的检测技术飞速的发展，而气体检测仪将来的发展方向差不多有以下几种。第一种是小型化，传感器越来越小型化，传感器小型化带来的便是使用这些传感器的检测仪的越来越小型化。第二种是智能化，当今性能好且功耗低的微处理器越来越便宜，且在仪器内加入微处理器进行控制通信也是未来检测仪发展的趋势。第三种是多功能与通用化，目前可以实现在一个主控芯片的控制下，完成对多个测试探头同时进行检测数据处理，也能够通过更换测试探头完成多种不同气体的检测实现通用。第四种是网络化，网络化是现在的检测仪表的新趋势，可以通过网络将一个个独立的仪器相关联，完成数据互通，能使检测报警技术完成的更为完善 ^[4]。

1.3 开发可燃气体检测仪的现实意义与应用前景

随着时代与科技的进步，高效且较为环保的可燃气体作为新型能源已经在逐步的替代传统煤炭能源，可燃气体在人们的生活与生产之中的地位变得越来越高。相比于传统燃料，可燃气体有着更加明显的优势，例如:(1)可燃气体在自然界中的含量十分的丰富；(2)可燃气体的产热比较高,燃烧热值大；(3)可燃气体属于可再生的能源，人们已经可以制造沼气等可燃气体；(4)可燃气体的价格低可节省大量的成本；(5)可燃气体燃烧的充分并且污染较小。与传统燃料相比下可燃气体的这些优点让可燃气体成为了人们生活与工业生产之中重要的热源。