基于传感器阵列的CO和H2S气体检测系统研究

摘要

随着石油、化工、煤炭和汽车等工业的迅速发展,环境污染日益严重,环境气体的状况越来越受到关注。环境污染所带来的危害已逐渐威胁到人类的生存和生活,因此有毒气体检测技术的研究对环境治理、监控等方面具有重要的理论意义和应用前景。一氧化碳和硫化氢是比较常见且危害比较大的有毒气体,对它们的混合气体进行检测,传统的基于单气体传感器的方法往往需要多台仪器或仪表,基于传感器阵列的电子鼻结构复杂且价格昂贵,难以普及。为此,本文设计了一种基于传感器阵列的气体检测系统,可以实时实现混合气体中CO和H2S浓度的检测。
　　通过分析研究单气体传感器敏感特性,设计了基于传感器阵列的CO和H2S气体检测系统。该系统以AT89C51单片机作为控制核心,用MQ135、MQ136、TGS2602三路金属氧化物半导体气体传感器组成传感器阵列对混合气体进行信号采集,然后连接由运算放大器LM324构成的电压跟随电路,经过A/D转换器TLC2543将采集的模拟信号数字化,输入到单片机,利用单片机对信号进行数字滤波、降噪等处理,再通过串行通信接口与PC机进行通讯连接,在PC机上用LabVIEW设计了上位机软件,实现数据的显示、存储和分析,最后利用BP神经网络算法对测试数据进行定性定量识别。该系统采用了单气体传感器对混合气体中有毒气体单敏感性和多敏感性相结合的交叉方法,省去了气体定性识别的步骤,可以直接进行定性定量识别,系统结构简单。
　　根据软件需求,采用模块化程序设计的思想,设计了气体检测系统的单片机软件和PC机软件(应用系统软件)两部分。单片机软件用于支持气体检测系统硬件系统,由C语言实现,完成单片机系统的控制、计算、I/O操作和通信等功能。PC机软件由LabVIEW实现,包括一个图形用户操作界面,可以方便的控制单片机系统,实现接收数据、图形化显示数据、处理数据等功能。每个模块进行独立的开发、调试,最后根据系统的总体框架和模块之间的关系进行组合,从而增强了系统的可移植性、可扩展性和可维护性。
　　本研究设计的气体检测系统由计算机实时控制,完成了相应的软硬件设计后进行了实验验证,系统电路可以正常工作,且 BP神经网络的训练成功证明了整个设计的可行性及合理性。本设计采用的硬件结构以单片机为基础,可以作为电子鼻和其他气体传感器技术研究的试验平台,也可以加以完善,成为实用产品。

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表清单

1 绪论

1.1 引言

1.2 基于传感器阵列的气体检测系统概述

1.3 气体检测系统的研究现状

1.4 论文的主要工作

2 基于传感器阵列的CO和H2S气体检测系统的硬件电路设计

2.1 整体电路设计思想

2.2 硬件电路设计

2.3 本章小结

3 基于传感器阵列的CO和H2S气体检测系统的软件设计

3.1 单片机软件设计

3.2 PC机软件设计

3.3 本章小结

4 气体检测系统的实验过程

4.1 实验步骤及过程

4.2 模式识别过程

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录A 实验电路原理图

附录B 实验电路实物图

附录C 实验电路仿真图

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