甲烷傳感器原理

甲烷傳感器一般采用載體催化元件為檢測元件。
產生一個與甲烷的含量成比例的微弱信號，經過多級放大電路放大后產生一個輸出信號，送入單片機片內A/D轉換輸入口，將此模擬量信號轉換為數字信號。然后單片機對此信號進行處理，并實現顯示，報警等功能。
 
一．甲烷的敏感元件
MH-440V/D 紅外氣體傳感器是通用型、智能型、微型傳感器，該傳感器利用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的CH4進行探測，具有很好的選擇性，無氧氣依賴性，性能穩定、壽命長。內置溫度傳感器，可進行溫度補償。該傳感器是將成熟的紅外吸收氣體檢測技術與微型機械加工、精良電路設計緊密結合，制作出的小巧型紅外氣體傳感器。
該傳感器使用方便，可直接用來替代催化燃燒元件，廣泛應用于存在可燃性、爆炸性氣體的各種場合。
二．用敏感元件組成的測量電路
被測
非電量
輸出電量
敏感元件
轉換元件
轉換電路
傳感器的組成
輔助電源
三．調節信號電路
四．進行A/D轉換
CS5521芯片為20腳 PDIP或SSOP封裝。其結構如圖 1所示，由多路復用器、20倍斬波穩定測量放大器，可編程增益放大器 (PGA)、帶有數字濾波器的 16位?－Σ A/D轉換器及片上校驗電路 (Calibration)和寄存器構成。雙色紅外
探測器(inGaSn,Si)是電流源，兩路信號電流分別經串接電阻 R1、R2(或串接 R1′、R2′)形成電壓差，它們作為 CS5521兩通道的差分輸入信號。電容 C1、C2與電阻并聯以抑制高頻干擾。將NBV端接地，
在使用 25mV、55mV、100mV 三個量程
時，輸入共模電壓要在1.85V～2.65V之間，由 LM385－2.5產生2.5V電壓來滿足。考慮到所測紅外信號強弱差異，僅靠CS5521片內放大器增益調節不能滿足故加開關MAX4580來改變串接電阻大小。信號電流　≥5μA 時，僅 R1、R2接入；信號電流<5μA時，由 89C2051 的P1.3腳控制接入R1′、R2′來檢測微弱信號。可通過 CS5521自校驗來實現自調零和增益設定。若要測每個通道信號的精確值，除2.5V量程外都需要進行系統校驗，否則可能產生多達 20%的增益誤差。系統校驗時，外部需要提供如圖 2(b)、圖 2(c)所示的精確基準電路。校驗結束后，將各量程的偏置值和增益值存入 2051的程序中，在轉換量程時將相應值送入各自寄存器即可。若僅需信號的相對值，可進行在線自校驗。整個電路由 20腳的 89C2051來控制。/CS端始終有效，SCLK為串行時鐘輸入端，SDI為 CS5521串行命令/數據輸入端，SDO為CS5521數據輸出端　空閑時為高電平，高電平向低電平轉變用來指示芯片 A/D轉換數據可取或校驗結束、
五．采用何種CPU
采用40-PIN的 PIC16F877A
1. 低功耗。靜態電流一般為2mA，睡眠狀態下最低可小于 1μA。在節能和本安方面有比較大的優勢。
2. 工作電壓范圍寬，可在2.0～5.5V 電壓范圍內工作。
3. 引腳驅動能力強，可以承受5V 電壓。引腳灌入或拉出電流都能達到25mA，可以直接驅動數碼管顯示，不需要反相器等外接驅動。可任意定義I/O的輸入/輸出方向，可以設定內部上拉電阻，省去外接上拉電阻。
4. 速度快。工作頻率最高可達20MHz，每個指令周期僅 200ns，有多種時鐘模式。引入指令執行流水線機制。
5. 集成有10 位，8通道的高精度 A/D轉換器，并集成片內基準電壓，也可以選擇外部基準電壓，不用的模擬端口還可以復用為普通數字I/O 口。
6. 集成了通用同步異步收發器，即USART 模塊，既可以配置為全雙工的異步通信模式，又可以配置成半雙工的同步通信模式，可按實際數據通信的需要靈活應用。
7. 集成兩個CCP 模塊。兩個CCP 模塊可以獨立編程，可以配置為Capture(捕捉)、Compare(比較)、PWM(脈寬調制)中任意一種功能模式，用于實現捕捉、比較、脈寬調制。
8. 自帶獨立的看門狗定時器(WDT)。在設計上和其它電路完全獨立，看門狗定時器自帶片內RC 振蕩器，看門狗功能可以在芯片燒寫時由芯片的配置字決定打開或者關閉，避免軟件出現死循環。
9，不需加裝存儲器。有8K 字節的可擦除Flash 程序存儲空間，電可擦除，可以重復燒寫大于 10萬次； 256字節的 EEPROM數據存儲空間，可以在傳感器調校后存儲零點、系數、非線性補償數據等參數及儀器編號等信息；368字節的RAM 數據存儲空間允許進行復雜的算法設計，軟件編程靈活，有利于提高儀器的精度。
六．顯示電路
數碼管選用三位紅色共陽數碼管，位選端為高電平時，顯示段碼；位選端為低電平時，數碼管熄滅。Ll、L2、L3是三位數碼管的位選端，分別接到單片機的RB3、 RB4、RBS引腳；DO～D7是數碼管的段碼引腳，分別接到單片機 D口的 RDO～RD7。 RLORL7是 380Ω限流電阻。LED1和 LED2是工作狀態指示 LED。B6和 B7是控制端，直接接到單片機的RB6 和RB7 引腳。當瓦斯傳感器工作在低濃度檢測時，LED1閃爍；當瓦斯傳感器工作在高濃度檢測時，LED2閃爍。B6 和B7 輸出高電平時，LED熄滅； B6和 B7輸出低電平時，LED 發光。RS11和 RS12分別是 LED1和 LED2的限流保護電阻，阻值為380Ω。
七．超出多少純度，聲光報警
瓦斯檢測儀在井下工作，對環境氣體中的瓦斯濃度進行實時監測；當瓦
斯濃度超過預先設定的上限值時，系統發出聲光報警。聲報警通過驅動蜂鳴
器發聲實現；光報警通過發光二極管閃爍實現。