摘 要

基于电力领域，大气监测领域对SF6气体浓度精确测量的需要，基于NDIR技术，设计了一款基于STM32的SF6气体探测器。

论文首先阐述了SF6气体的监测技术发展历史，说明了NDIR技术的检测原理。然后说明了设计思路和传感器的基本参数。再主要介绍了SF6气体探测器的

选材，硬件电路设计，通信协议，软件规划，显示设置。

本设计的特色：采用了非分散红外线技术实现了对SF6气体的浓度检测，实现了数据采集处理并实时显示在OLED上；同时通过4-20mA标准信号输出到气体报警控制器，实现了远距离传输；在软件上实现了中文操作菜单，支持上下滑动，翻页，确认和退出，可以实现气体标定和参数设置。

关键词：六氟化硫气体检测；4-20mA输出；RS485；NDIR

Abstract

Based on the field of power and atmospheric monitoring, the SF6 gas detector based on STM32 was designed based on NDIR technology.

Firstly, the development history of SF6 gas monitoring technology is expounded, and the detection principle of NDIR technology is described. And then describes the design ideas and the basic parameters of the sensor. And then introduced the SF6 gas detector selection, hardware circuit design, communication protocol, software planning, display settings.

The design features: the use of non-dispersive infrared technology to achieve the SF6 gas concentration detection, to achieve a data acquisition and real-time display on the OLED; at the same time through the 4-20mA standard signal output to the gas alarm controller, to achieve a long distance Transmission; in the software to achieve the Chinese operation menu, support up and down sliding, flip, confirm and exit, you can achieve gas calibration and parameter settings.

Key Words：Sulfur hexafluoride gas detection; 4-20mA output; RS485; NDIR

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究课题的背景和意义 1

1.1.1 SF6特点及性质 1

1.1.2 SF6的应用及影响 2

1.1.3 SF6引发的环境问题： 2

1.2目前国内外SF6气体检测系统设计原理的优越性比较 2

第2章 设计思路 4

2.1设计主要目标 4

2.2NDIR技术简介 4

2.3传感器测量原理 5

2.4传感器的选用 5

第3章 硬件电路设计 7

3.1硬件电路框图 7

3.2 4-20mA 输出（ 4-20mA Output） 8

3.3 RS485通信（RS485 communication） 9

3.4电源模块（power-supply module） 10

3.4.1 24V-3.3V降压模块 11

3.4.2降压芯片 11

3.5OLED显示 12

3.6磁棒（磁性开关） 13

第4章 软件规划 14

4.1传感器数据采集处理 14

4.1.1传感器通信协议 14

4.1.2帧结构 14

4.2系统字库 15

4.3菜单设计 16

4.3.1窗口消息处理 16

4.3.2窗口样式 17

第5章 系统运行调试 19

5.1菜单显示 19

5.2气体标定 20

5.3历史记录查看 21

5.4 调试实物展示 22

5.5报警状态 24

第6章 总结与展望 25

6.1总结 25

6.2展望 25

参考文献 26

致 谢 27

第1章 绪论

1.1研究课题的背景和意义

1.1.1 SF6特点及性质

SF6的几个物理性质包括：1)无色，无臭，无毒，不易燃。2）惰性的。3）无腐蚀性。4）耐热稳定（500摄氏度以下不发生分解。5）密度约为空气的5倍。

图1.1 SF6分子结构

图1.1所示的SF6分子具有六个氟原子对称放置在硫原子附近。 对称布置导致极端的稳定性，非常高的电介质能力，大约是介电性能的三倍，大约为大气压下空气介电强度的三倍。因此，使用SF6作为绝缘介质的设备可以比使用空气作为绝缘介质的设备更紧凑。

SF6是一种高度电负性气体，具有介电性能和中断能力的优点。这意味着该分子具有强电子亲和力，使得气体分子倾向于捕获自由电子并且构建重负离子，且不会快速移动。这可以防止在闪络之前（或至少延迟）电子雪崩。

SF6是一种“自我修复”的电介质，它在很大程度上不受损坏。这使得它非常适合作为中断介质。气体的介电强度不会因电弧或电弧中断而发生分解而降低。在与灭弧相关的温度下具有优异的冷却性能，因为气体在分解时使用能量，这提供了显着的冷却效果。该过程是可逆的，所以几乎所有的SF6在中断后重组。因此，在中断期间，非常少的SF6被“用尽”，特别是对于中等（负载）电流的中断。

SF6在电弧期间解离成其原子成分，一个硫原子和六个氟原子。存在触点和绝缘体与电弧暴露的二次反应，但是对于负载电流中断，这种二次反应相对较小，当非常高的电流中断时，例如在高压断路器的满额定值下，该值的显着增加。

虽然纯SF6是无味的，但受污染的SF6具有刺鼻或令人不愉快的气味。烟雾刺激鼻子，嘴巴和眼睛。刺激发生在几秒钟之内，甚至出现中毒危险之前。

1.1.2 SF6的应用及影响

SF6在20世纪40年代末期在实验室量产。大规模生产始于1953年左右。到了1960年代，有许多高压SF6断路器的设计可用。 这些是所谓的“双压”设计，主要使用于相对低压用于绝缘目的，并且使用高压系统来中断电流。这些装置在早期时候，单位气体泄漏相对较高。随着SF6在高压断路器方面的经验越来越多，制造商引进了“单压”设计，改进了密封技术，大大降低了泄漏率。

在电气设备中，SF6用于全球几乎所有的高压（超过38kV）断路器。它也用于气体绝缘变电站和气体绝缘线路，非常适合城市输变电应用。在中压范围（高达38kV）中，SF6已被用于具有较低中断额定值的断路器。 高中断容量断路器（如用于金属开关设备）的市场主要是真空断路器。 SF6在全球范围内广泛用于低开关容量开关。 在这些应用中，SF6配有非常紧凑的开关装置，密封换寿命结构和非常低的维护。SF6已经在高压断路器中广泛应用了数十年，但其在中压下的使用相对较近。 在中压领域，负载中断开关中使用SF6气体，并在金属封闭式负载断路器开关柜中使用断路器，额定功率高达20到30kV。