一氧化碳报警器设计 - 软件设计(5)

东南大学成贤学院毕业设计报告

动作。表观上传感器能够代替人的五官完成感受外界信息的功能，成为传送感觉的一种器件。

然而“五官”感受的外界信息范围很窄，只是对人体无害的信息。但还有很多无法或难以感知的被测量，如紫外光、红外光、电磁场、无味无嗅的气体及特高温、剧毒物和各种微弱信号等，而这些信息传感器都可以感知。因为电信号具有高精度、高灵敏度，可测量控制的范围宽，便于传递、放大及反馈并连续可测、可遥测、可存储等很多优点，所以人们希望传感器还能将感知的信号放大、传输、存储及显示输出。于是，更广义地可以把传感受器归纳为一种能感受外界信息（力、热、声、光、磁、气体、湿度等等），并按一定的规律将其转换成易处理的电信号的装置。

若被测量是电量，可直接与各种智能仪器（计算机和机器人）连接，并进行信号处理。若被测量是非电量，如物理量（力学量、湿度、流量、物位、光学量和温度），化学量（成份、酸碱度和反应速度），生物量（血压、人体反应）等，则必须通过相应的传感器将它们转换成电量，再送入计算机进行处理。也就是说，能把被测物理量或化学量转换为与之有确定对应关系的电量输出的装置，就称之为传感受器，它通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。随着电子集成技术的发展，测量处理电路也成为传感器的一部分，如下图 2-2所示。当传感器的输出为标准化信号（例如0V～5V，或4mA～20mA）时，则称为变送器。

图2-2 传感器的组成

被测量 敏感元件 转换元件 测量电路 传感器输出 辅助电源 传感器的作用就是测量。没有传感器就不能实现测量；没有测量，也就没有科学技术。它主要表现在以下几个方面：

（1）信息的收集。 （2）信息数据的转换。 （3）控制信息的采集。 2.2.2 传感器的分类

由于被测信号的各类很多，而且一种被测量可以用不同种类的传感器来测量，一种传感器也可以测量几种被测信号，所以传感器的种类繁多，目前尚没有统一的分类方法，但常用的分类方法归纳如下：

按工件机理分类，传感器分为物质型传感器和结构型传感器；按能源分类，传感器分为有源传感器和无源传感器；按被测量范畴分类，传感器分为物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器；按工作原理分类，传感器又分为电阻式传感器、电压式传感器、电容式传感器等。

总之，为了使用的方便，不同的行业依据的分类方式不同，而且会随着传感器的发展而出现更新的种类。

2.2.3 传感器的发展趋势

随着时代的不断发展，科技的不断进步，传感器正努力向着以下几个趋势发展： （1）努力实现传感器的新特性；

（2）确保传感器的可靠性，延长其使用寿命； （3）提高传感器集成化及功能化的程度；

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（4）努力实现传感器的微型化； （5）努力实现新型功能的材料的研发； （6）努力发展仿生物传感器； （7）努力实现多传感器信息的融合。 2.2.4 一氧化碳气体传感器MQ－7介绍

MQ－7是本次设计所使用的传感器，它是一种半导体传感器。半导体传感器是典型的物质型传感器。这类传感器主要以半导体为敏感材料，在各种物理量的作用下引起半导体材料内载流子浓度或分布的变化，通过检测这些物理特性的变化即可反映被测量参数值。半导体传感器由于具有灵敏度高、响应快、使用寿命长、成本低等优点，特别是它可以由电阻值的变化直接实现气—电转换，可实现气体的自动检测和远距离临检与报警，而且它便于集成化和智能化，因此，在传感器技术中，半导体传感器具有非常重要的地位，近年来受到普遍的重视，并得到了迅速的发展和广泛的使用。

更准确的说，MQ－7是一种半导体气敏传感器。半导体气敏传感器主要使用半导体气敏材料，利用其与气体接触时使半导体的导电率等物理性质发生变化来检测待测气体的成分和浓度。自从1962年半导体金属氧化物气敏传感器问世以来，由于其具有灵敏度高、响应时间和恢复时间快、使用寿命长、价格低等优点，得到了广泛的应用，目前已成为世界上产量最大、使用最广的传感器之一。按照使用的基本材料，半导体气敏传感器可分为SnO2系列、ZnO系列、Fe2O3系列等。

MQ－7所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。采用高低温循环检测方式。低温（1.5V加热）检测一氧化碳时，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V加热）清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-7气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

1、MQ－7的应用及特点

MQ－7主要用于家庭、商业、工业环境的一氧化碳、煤气探测装置。它的特点主要有以下几个方面：

（1）对一氧化碳的高灵敏度； （2）优异的稳定性； （3）长寿命；

（4）大的电信号输出； （5）优异的选择性。

2、MQ－7的基本规格

MQ－7的规格如下表2-1所示：

表2-1 MQ－7的规格

适用气体 探测范围 特征气体 灵敏度 敏感体电阻 响应时间 恢复时间 加热电阻 加热电流 一氧化碳CO 10～1000ppm 100ppm一氧化碳 R in air/R in typical gas≥5 1KΩ～20KΩ in 100ppm CO ≤150s（70% Response） ≤150s（70% Response） 31Ω±3Ω 7

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加热电压 加热功率 测量电压 工作条件 5.0V±0.2V/1.5V±0.1V 约350mW ≤24V 环境温度：-20℃～+55℃ 湿度：≤95%RH 环境含氧量：21% 贮存条件 温度: -20℃～+70℃ 湿度:≤70%RH

3、MQ－7的基本测试回路

MQ－7的基本测试回路如下图2-3所示：

1 VCC

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6

VCC

图2-3 基本测试回路 A A B B 1 3 R22 RES1 2 5 4、MQ－7的工作原理

因为一氧化碳传感器MQ-7内部有电阻丝，所以在工作前要预热2分钟。MQ-7的工作过程是：当MQ-7 检测腔内，空气有敏感气体或烟雾时，A、B电极的电阻就会下降，然后负载电阻分压得到输出电压，然后把输出电压送给比较器反相输入端。比较器的同相输入端为比较参考电压，调制PR1电位器就可以调制比较基准，即传感器灵敏度。

2.3 模数转换器ADC0809介绍

2.3.1 内部结构

ADC0809是一种8路模拟输入8位数字输出的逐次逼近式A/D转换器。目前在8位单片机系统中有着广泛的使用。其内部结构如下图2-4所示。

由图可知，ADC0809主要包括：一个8路模拟开关、一个3位地址锁存和译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存缓冲器。

（1）8路模拟开关：可对8路0～5V的输入模拟电压信号分时进行转换。

（2）3位地址锁存和译码器：当地址锁存允许信号ALE有效时，将3位地址ADDC～ADDA锁入地址锁存器中，经译码器选择8路模拟量IN0～IN7中的一路通过8位A/D转换器转换输出。

（3）A/D转换器：实现A/D转换功能。

（4）三态输出锁存缓冲器：对变换数据进行锁存，因内部有缓冲器，故可以直接与CPU系统总线相连接。

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