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中国是遭受农业火灾最严重的国家之一。在农业生产中,一旦发生火灾,不仅会使利益受到巨大损失,更有可能威胁到生命安全。所以,及早发现火灾可以保障人民的生命财产安全,农业火灾探测也逐渐成为了亟需解决的问题。农作物燃烧是非常复杂的化学反应过程,火灾阴燃阶段产生的特征气体,如一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）,早于其它火灾特征（如烟、热、光）,使得探测火灾阴燃气体成为早期预警火灾的主要方法。相比电化学、固体电解质、光干涉等气体检测方法,红外吸收光谱法具有高选择性、高灵敏性、快速响应等优越特性。相较于现有的农业火灾报警技术,如视频图像检测技术和感烟感温报警技术,作为红外吸收光谱技术之一,光声光谱（Photoacoustic Spectroscopy,PAS）技术属于一种间接吸收光谱,因此具有极高的灵敏度,且不存在背景噪声干扰,对于火灾探测中低浓度的特征气体的检测有较好的优势。本论文利用PAS技术,结合宽带热光源和非谐振光声腔,实现了一种农业火灾报警系统。在硬件方面,为了保证农业火灾报警系统的稳定性和检测灵敏度,从实际应用环境要求出发,设计了麦克风传感信号处理电路、光学斩波器的精密控制电路、频率自适应锁相放大电路和系统电源电路等。斩波器控制电路以光电耦合器的输出作为反馈信号,使用积分分离的比例—积分—微分（PID）算法控制H桥驱动电路的输出,将斩波片的转速稳定在设定值,分别以43 Hz和50 Hz作为目标频率对斩波器进行15 min的监测,其频率波动范围为±0.02 Hz,响应时间为10～10.5s;频率自适应锁相放大电路通过增强型捕获（Enhanced Capture,e CAP）模块读取输入信号的频率实现任意频率信号自动跟踪锁相并输出一次谐波的幅值,对研制的锁相放大电路进行多频率标定,结果表明当频率小于5 k Hz时,具有良好的线性度,1σ检测下限为0.13mV,背景噪声为203.58mV～203.78mV;电源电路为系统提供独立且稳定的电源,分别对5 V的光源电源和3.3 V的探测器电源进行了30 min的带负载监测,结果显示光源电源波动为2.958 m V,探测器电源波动为1.644 m V。在软件方面,设计了光学斩波器精密控制电路和频率自适应锁相放大电路的控制程序,详细说明了PID控制程序、脉冲捕获程序和有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode,OLED）屏幕驱动程序的设计思路。开发了基于Lab VIEW的农业火灾探测与报警平台,介绍了平台的整体框架,设计了数据解析与处理模块和语音报警模块的程序,制定了仪器与上位机之间的通信协议,保证了数据与命令信号的无失真传输。在系统集成与应用方面,本论文利用研制的光学斩波器的精密控制电路、频率自适应锁相放大电路和电源电路等集成了火灾探测系统。对系统的性能进行了实验测试。结果显示,该系统响应时间为8.7～12.4 s,对纯氮气（N2）样品进行了连续30 min的监测,其浓度波动范围为-6.5×10-4～5.4×10-4,当积分时间为0.3s时,系统的检测下限为8.1×10-5;当积分时间为79.2 s时,理论上系统的检测下限可达1.1×10-5。引入卡尔曼（Kalman）滤波算法来提高系统的稳定性,对纯氮气进行了连续30 min的监测,引入该算法后系统的检测下限降低到原来的17%,同时,当积分时间为0.3 s时,检测下限降低到13.96×10-6。利用该系统开展了的火灾阴燃实验,研究了CO2浓度随阴燃时间的变化关系,验证了可通过CO2浓度的变化来探测火灾发生的方法,证实了该传感系统呈现出良好的早期火灾探测能力。本论文工作的创新性在于:1.为了提高本系统中光源调制的准确性和稳定性,研制了一种用于光学斩波器的精密控制电路,实现了±0.02 Hz的频率控制精度,与市场上现有的商用仪器相比,该指标处于先进水平。2.为了解决自动跟踪参考频率的问题,研制了一种频率自适应的锁相放大电路,达到了mV量级的探测灵敏度,同商用锁相放大器相比,该电路具有自适应频率跟踪、功耗低、体积小和便于集成等优势。3.针对农业火灾报警系统的需要,设计了基于Lab VIEW的农业火灾探测与报警平台,设计了上位机平台与系统的通信协议,实现了数据的实时解析与处理。