使用单片机对瓦斯气体浓度信息检测和报警设计

    本设计中，由于瓦斯气体的主要成分是甲烷，所以气体传感器采用的是MQ-5，它适用于家庭或工业上对液化气，甲烷（天然气），煤气的监测装置。它具有优良的抗乙醇，烟雾干扰能力，具有对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；对乙醇，烟雾几乎不响应；快速的响应恢复特性；长期的使用寿命和可靠的稳定性；简单的测试电路等优点。其结构和外形如图3所示。

图3 MQ-5的结构和外形

    MQ-5气敏元件的结构和外形如图3所示(结构A或B),由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。

    设计中MQ-5的接线如图4所示，在实际的测量中，可以按照其等效电路来计算相应的校正数值，其中Ro表示的是测量气体在腔体内的等效电阻，RL是外接负载电阻，用来调整输出的模拟量电压范围，具体数值应根据A/D转换器的输入范围来确定，在TLC1543的输入范围是0～5V，这样RL可调整至该范围，保证测量的量程足够用。

    气体测试结果计算

    对于传感器的调整参数计算，可按照表1步骤并结合该传感器的特性表进行调整。

表1甲烷测试计算

    其中：RL＝20KΩ；Ro=14.43KΩ；C=86；RL—负载电阻；Ro—敏感体电阻；C—常数，调整显示范围。

    在灵敏度调整过程中，由于MQ-5型气敏元件对不同种类，不同浓度的气体有不同的电阻值。因此，在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的，建议用1000ppm异丁烷或氢气校准传感器。
   
    本设计考虑携带方便，而且实用的报警器，成品可以很方便的嵌入在矿灯内部，设计成本廉价。基于单片机矿灯用的智能瓦斯报警器设计在硬件的选择上留有空间，在增加相关硬件同时，软件部分只需改动很少的部分就可实现其它功能，使系统功能更加完善。A/D转换器是11通道的，可以扩展其他传感器，如矿井内的温度和湿度进行监测的传感器。并且系统可以扩展无线发射模块，将检测的信息及时地发到安全控制中心，在配合其它矿井内的安全监控设备更好的确保井下作业的安全。