基于智能红外气体传感器的仪表设计-仪表展览网

　　0引言

　　NDIR传感器技术日趋成熟，优点突出，主要表现在：高灵敏度、高可靠性、长寿命、不中毒、**值显示效应、不需要氧气参与等[1]。这些都是催化燃烧传感器无法比拟的，致使越来越多的NDIR原理仪器仪表已经被用户所接受，绝大部分现有的催化燃烧市场都是NDIR未来市场。然而从红外传感器原理的*前端着手研制NDIR原理仪表，在较短的时间内完成产品开发势必是非常困难。智能NDIR传感器的诞生使这些问题迎刃而解。

　　智能红外传气体感器，基于朗伯比尔定律，非分光红外(NDIR)的实现方式，集成光学信号处理，非线性校正，温度补偿，同时具有数字接口和模拟接口，可与现有催化燃烧传感器管脚兼容，既可替代目前催化燃烧传感器，有客快速建立检查仪表，缩短用户开发周期，扩展用户检测气体种类。

　　本文主要讲述利用智能红外气体传感器MH-440D建立的仪表系统，软件设计方法，对基于智能红外气体传感器的仪表设计应用，具有切实的指导意义。

　　1系统设计

　　1.1硬件设计

　　系统主要由传感器MH-440D，微控制器ATMEGA32L，显示，电源，232接口等组成。系统的主控部分选用ATMEL公司的ATMEGA32L。ATMEGA32L集成有32K Flash程序存储器，2K RAM，1K EEPROM，并且集成了8路10Bit ADC。在大部分的应用场合不需要外扩ADC。

　　传感器选用MH-440D，0~5%VOL量程，输出信号0.4~2V。传感器在0~0.4V内定了几种信息，分别是0V，表示传感器故障;0.1V，表示传感器自检;0.2V，表示传感器预热。

　　液晶显示模块以其具有工作电压低、功耗低、显示信息量大、寿命长、不产生电磁辐射污染、可以显示复杂的文字及图形等优点，因而在各种仪器仪表中得到了广泛应用，本系统显示器选用北京集萃电子的SO12864-12C，该LCD为128*64点阵，3~5V工作电压，白色背光。

　　工作时，由ASM1117供电，传感器MH-440D将CH4浓度信号转换成标准的工业信号0.4~2V，送至单片机内集成ADC，由电压基准LTC1970BIS6-2.5提供ADC转换范围的标准，单片机按照预定软件算法计算出气体浓度，送LCD显示或通过RS-232接口上传。当浓度超过预定报警值时，单片机直接驱动LED灯点亮，指示报警状态。系统扩展了大容量EEPROM存储器24LC256，可以存储系统各种工作状态，报警信息等，同时系统扩展了时钟芯片DS1320 ，可以实时显示体统运行时间。系统提供4键键盘，可以通过键盘实现报警点设置、时间设置、校准、报警查询等操作。

　　1.2软件设计

　　本系统采用结构化模块设计，系统的程序流程框图如图2所示。程序包括主循环模、AD转换模块、按键扫描模块、LCD驱动模块、通讯模块、浓度计算模块等，各个模块介绍如下。

　　AD转换模块：对传感器的输出信号进行多次转换，经过限值滤波和滑动滤波后得到传感器的电压AD值。

　　按键扫描模块：不断读I/O的状态，确认是不是有按键被按下，根据被按下的按键处理不同的工作。

　　LCD驱动模块：实现对LCD的驱动，通过调用此模块实现显示功能。

　　通讯模块：实现浓度数据的实时上传。

　　浓度计算模块：将等到的传感器电压AD值，通过预存的浓度和AD值表格，通过线性插值的方法计算出当前气体的浓度。

　　1.3设计注意事项

　　硬件方面：

　　1、智能红外气体传感器虽然和催化燃烧传感器管脚兼容，但并不是把催化传感器把掉，插上智能红外传感器就可以直接替换。智能红外传感器输出信号是0.4~2V，不需要放大直接跨过原催化燃烧传感器电路的放大部分送到ADC即可。

　　2、智能红外传感器是宽电压供电3.5~5V，但接口电平是3V，使用传感器的数字接口时需要考虑电平的匹配问题。

　　软件方面：