民用基于智慧平台的智能高精度可燃气体探测器的研发与实现

来源:用户上传      作者:伍孝雄 阳志亮

　　摘 要：民用智能高精度可燃气体探测器可以在工程生产以及家庭生活等领域发挥重要的作用，当可燃气体的含量或浓度超过探测器所设定的范围时，其会通过软件编辑的程序运行对使用者发出警告，提醒使用人员可燃气體超标，从而减少可燃气体超量导致的爆炸等危险问题。本文将就如何在智慧平台上对智能高精度可燃气体探测器进行研发与实现提一些意见和建议。
　　关键词：民用;智慧平台;智能高精度可燃气体探测器
　　一、绪论
　　居民生活水平的提高对智能高精度可燃气体探测器提出了更高的要求。可燃气体探测器不再是简单地探测气体含量，而是综合了软件编程技术、虚拟技术以及传感器技术等多种现代化技术综合制成的探测器，可以在复杂环境下进行可燃气体的精确检测，并将探测数据实时传输至计算机设备中，同时气体含量超标报警的时间也会缩短，降低了人员及财产安全损失。接下来将就智能高精度可燃气体探测器的研发与实现进行探究，并介绍几种方式或方法，为民用探测器的研发尽绵薄之力。
　　二、如何对智能高精度可燃气体探测器进行研发与实现
　　（一）选用合适的虚拟仪器与主体元件
　　要想对智能高精度气体探测器进行研发与实现，第一步需要做的是选用合适的虚拟仪器与主体元件。气敏传感器是可燃气体探测器的主体元件，主要包括半导体气敏传感器、电化学型气敏传感器、固体电解质气敏传感器等类型，其中，半导体气敏传感器主要是以气体分子运动引起半导体表面电位变化以及伏安特性变化作为工作原理，同时半导体材料还具有灵敏度高、选择性较好以及输出信号近似呈线性等优点，并且半导体材料的应用价值远远高于其余气敏传感器，主要用于氨、氮氧化合物以及硫化氢等有毒气体的探测或者可燃气体的探测。而电化学型气敏传感器可以细分为原电池型、离子电极式、电量式以及可控电位电解式。四种类型的气敏传感器都是用于测量气体的体积分数，利用各气敏传感器所产生的不同形式的电流，可以得到气体体积分数的变化情况，此类仪器具有灵敏度较高等优点，但由于其设备的限制，对高含量的气体体积分数检测不够灵敏，因此其只适用于低浓度的可燃气体探测。对固体电解质气敏传感器来说，由于其以离子导体作为电解质，因此其电导率较其他传感器较好，同时选择性也较好。技术人员需要根据探测气体的类型，选择合适的气敏传感器，使其发挥应有的作用。
　　另外，在虚拟仪器的选择上，需要根据探测器使用环境的差异选择不同的总线形式，如GPIB总线传输速率与传输距离无法满足要求，串行总线对数据传输率与实时性的要求不高，因此适用于要求较低的虚拟仪器。VXI总线结构符合要求，数据传输以及精确性都可以得到保证，但使用成本较高。PXI总线具有成本低、运行速度快等优势。而对可燃气体探测器的研发来说，可以选用使用PXI总线形式的虚拟仪器，技术人员根据使用环境来定义虚拟仪器的功能，从而发挥虚拟仪器的实时性与经济性的优势，为可燃气体探测器的研发提供硬件保障[1]。
　　（二）采用软件编程设计技术
　　另一个需要采取的措施是采用软件编程设计技术。对民用智能高精度可燃气体探测器来说，仅仅使用虚拟仪器与气敏传感器来进行研发无法满足气体探测器的精度要求，而针对智慧平台的高精度要求，采用软件编程设计技术可以帮助可燃气体探测器探测至气体的微弱变化，并在气体变化超过设定范围时及时地发出警报，相较于传统的可燃气体探测器，此仪器完全使用程序编程来实现气体的含量、体积分数以及分布范围的探测，通过向单片机等集成电路上输入控制指令来实现对可燃气体的检测。而在实际的研发过程中，技术人员可以对单片机进行初始化、将其与计算机控制系统或者网络进行连接、在确认连接完成后，向单片机发出联络信号，接收联络信号之后，利用A/D转换器对探测数据进行采集，将其转换为系统可以识别的数据类型，在采集信号完成之后，采用多种算法进行计算与存储，并向计算机设备再次发送联络信号，从而返回采集数值。
　　该探测器的软件编程设计分为数据采集与串口通信两个部分，数据采集是指通过单片机上的应用模块对其所处区域的气体含量进行探测，并利用计数器等模块对数据进行存储与计算。串口通信则是建立单片机与计算机之间的串口通信，技术人员可以输入初始化以及连接程序将二者进行连接，从而进行数据的传输通信[2]。
　　（三）按照要求进行系统功能测试
　　除了选择合适的虚拟仪器与主体元件以及采用软件编程设计技术之外，按照要求进行系统功能测试也是可燃气体探测器研发的关键环节。技术人员需要根据智能高精度可燃气体探测器的设计理念对整个系统的硬件电路以及后台监控运行软件进行功能测试，在系统测试的过程中，为了降低测试难度以及工作人员的工作强度，可以采用分块测试的方法，首先对系统的硬件电路进行测试，主要测试硬件电路的连接是否正常，虚拟仪器的总线形式是否符合要求。并将测量数据进行合理的运算，计算其与设计图纸所设定数据的误差范围，同时多次测试，获取较为合理的数据。而对软件编程系统进行测试时，可以对程序进行编译，对程序进行修改与完善，使其符合智能高精度可燃气体探测器的研发要求[3]。
　　三、总结
　　民用智能高精度可燃气体探测器的研发与实现，不仅需要气敏传感器以及虚拟仪器等主体元件，也需要利用软件编程设计技术对其应用过程进行编程，发挥软件编程技术的优越性与经济性，并在研发过程中做好系统的功能测试工作，从而为民用智能高精度可燃气体探测器的后续应用提供数据保障。
　　参考文献：
　　[1]毛文安，张海峰，等.基于MSP430单片机的可燃气体探测器设计[J].杭州电子科技大学学报（自然科学版），2017，27（6）：21-24.
　　[2]陆国平.催化燃烧与红外吸收原理可燃气体探测器探讨[J].化工与医药工程，2014，35（3）：61-64.
　　[3]岑卓伦，刘涛，王磊，等.大型LNG船发电机间燃气管线泄漏分析与气体探测器布置优化[C].2018.
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