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摘 要：随着汽车的迅速增加，车内气体安全事故频发已经是一个不争的事实。本次研究的是一种车载气体检测控制仪，它是通过气敏传感器TGS842来检测空气中的甲烷浓度，以及其他气敏传感器检测一氧化碳和酒精浓度，经AD转换为数字信号，送入单片机处理，单片机对数字信号进行分析处理，并将所得的结果显示在液晶屏上。若超过临界值则发出报警声等。
关键词：51单片机；气敏传感器；模数转换器；报警
一、车载气体检测控制仪设计的目的
本次作品设计的目的是设计一款车载气体检测仪器从而让汽车气体安全隐患消除，出行和行车安全得以保证。各种安全事故发生的概率大大降低，为您的安全保驾护航，免去家人不必要的担心。不用承担不必要的经济损失，让你清楚知道现在车内有害气体是否浓度过高影响行车安全。
二、车载气体检测控制仪系统设计
车载气体检测控制仪通过针对汽内有害气体（酒精、C0气体、甲醛气体）含量的检测，从而保障行车安全，所以我们要有一个精确的酒精浓度传感器，一级湿敏传感器用于检测是否有人对仪器吹气，包括甲烷与一氧化碳在空气中的浓度是否会影响健康。因为单片机处理的是数字信号，而传感器传过来的是模拟信号，所以要经过运放和AD模块处理后再送入单片机处理，单片机处理之后给出相应的显示及警报等。
三、 车载气体检测控制仪的硬件设计
3.1 TGS203气体传感器
TGS203气体传感器对可以很灵敏的检测到空气中的一氧化碳，Figaro公司生产的传感器TGS 203用于丈量混合气体中的CO含量。它对混合气体中的CO和酒精蒸汽的灵敏度最低。随着四周空气中CO含量的增加，敏感元件的电阻下降。相对于敏感元件最大灵敏度的最佳工作温度在100℃左右。
3.2 TGS842气体传感器
这种具有高稳定性的传感器需要在一定的高温下工作，以实现其氧化还原反应，所以必须要有电压来为其加热，而加热电压是由+5 V的电源提供。该传感器的测量方式为：由其构成惠斯登检测桥路，当含有可燃性的混合气体扩散到检测元件上时，在气敏元件表面将会发生氧化还原反应，使电阻阻值发生变化，打破电桥平衡，产生大小与可燃气体浓度成正比的微小电压差信号，从而达到检测甲烷气体浓度的目的。
3.3TGS882气体传感器
3TGS882气体传感器对可以很灵敏的检测到空气中的酒精气体，使用温度在-20度到50度，相对湿度在40RH到70RH之间。使用时需预热5-10分钟，相应时间小于10s，恢复特性快速，寿命长和可靠高，。
3.4 微处理器的选择
为了减少功耗，我们采用的是STC89C51单片机。该单片机主要包含：4KB的闪存，512B的内存，看门狗定时电路，三十二个I / O口以及三个定时器/计时器，五个中断源，内置有4KB的EEPROM，具有八位CPU，它的片内还有FLASH，可以很方便的根据需要进行电擦除改写，也可以利用常规的编程器对其进行编程，内置系统ISP监控程序，集成 MAX810专用复位电路。超低功耗，正常功耗为4MW～7MW，单片机进入掉电模式时，由外部中断唤醒，适用于电池供电的系统。
3.5 A/D转换电路
由于这三种传感器输出的是模拟信号，所以我们要转化为数字信给单片机。A/D芯片用的是ADC0832，这是一款8位分辨率最高可以到256级、双通道 A/D 转换芯片。5v电源供电时，可以输入电压在0到5v之间，芯片的转换时间仅为32us左右，正常工作的时候功耗为15MW，有双通道的数据输出校验，可以减少误差，转换速度快，稳定性好。它体积小，兼容性强，性价比高。
3.6 显示单元设计
我们使用的是LCD1602液晶显示模块，我们使用并口模式。
液晶显示器LCD1602具有以下几个有点：
1、供电为单5V，对比度可调，具有功耗低、寿命长、可靠性高。
2、内置192种字符（160个5*7点阵字符和32个5*10点阵字符）
3、具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个5*8点阵字符或四个5*11点阵字符
4、内容为16X2，显示两行，每行16个字符（显示字符和数字）。
5、内含复位电路，提供多种命令如清屏，光标闪烁等。
四、系统软件设计
4.1 主程序框图
系统上电初始化，然后检测气体浓度，气体传感器输出模拟信号，通过ADC0832转换再送到单片机，经过计算将浓度显示到LCD上，以阀值比较各个气体浓度是否超标，如果超标，则系统锁定，如果没超标，以确定是否在进行检测。主程序框图如下：
4.2 数据采集
我们所采用的几款气体传感器输出的全为模拟量，所以就要将其转换为数字量再传给单片机。ADC0832的精度为v=5/256 V，先将模拟量转化为数字量，再进行运算存后存放在字符串中，并多次测量取平均值与设定的值进行比较。
所选几款气体传感器工作时阻抗大约在100K数量级，一般检测时将其和一个电阻串联，外加电压一般10V（便于和數据采集卡匹配），通过测量串联电阻上电压来计算TGS842上电压的变化。这样它的输出范围也应该为0-10V。
TGS203气体传感器对CO气体识别和检测，TGS842气体传感器主要对甲醛气体识别和检测，TGS882气体传感器可以对酒精气体进行检测。通过观察具体某个气体传感器的检测数据来确定车载气体的种类和浓度。
4.3 报警电路
将系统设定的数值放在字符串里，三次读取各传感器输出的数据后取平均值，与设定数值比较，一旦检测到气体含量超标，LED闪烁三次，蜂鸣器发出报警，提醒车内人员汽车内部环境存在威胁。
五、结束语
本文以实际情况出发，设计了基于单片机的车载气体检测控制仪。通过大家一起努力，想法和设计思路得到完善，实物经过多次调试，已经能够完成指标。由于该系统采用单独模块设计，将各个模块组装在一起，因此作品方便调试、维修。
参考文献
[1] 高玉芹.单片机原理与应用及c51编程技术（M）.北京：机械工业出版社，2011.11～36.
[2] 张洪润，张亚凡，邓洪敏.传感器原理及应用（M）.北京：清华大学出版社，2008.256～257.
[3] 郭天祥.51单片机c语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略（M）.北京：电子工业出版社，2009.95～167.
作者简介：司晓龙（1993—），男，汉族，河北邯郸市人，本科，单位：江西科技师范大学，专业：电子信息工程。
关键词：51单片机；气敏传感器；模数转换器；报警
一、车载气体检测控制仪设计的目的
本次作品设计的目的是设计一款车载气体检测仪器从而让汽车气体安全隐患消除，出行和行车安全得以保证。各种安全事故发生的概率大大降低，为您的安全保驾护航，免去家人不必要的担心。不用承担不必要的经济损失，让你清楚知道现在车内有害气体是否浓度过高影响行车安全。
二、车载气体检测控制仪系统设计
车载气体检测控制仪通过针对汽内有害气体（酒精、C0气体、甲醛气体）含量的检测，从而保障行车安全，所以我们要有一个精确的酒精浓度传感器，一级湿敏传感器用于检测是否有人对仪器吹气，包括甲烷与一氧化碳在空气中的浓度是否会影响健康。因为单片机处理的是数字信号，而传感器传过来的是模拟信号，所以要经过运放和AD模块处理后再送入单片机处理，单片机处理之后给出相应的显示及警报等。
三、 车载气体检测控制仪的硬件设计
3.1 TGS203气体传感器
TGS203气体传感器对可以很灵敏的检测到空气中的一氧化碳，Figaro公司生产的传感器TGS 203用于丈量混合气体中的CO含量。它对混合气体中的CO和酒精蒸汽的灵敏度最低。随着四周空气中CO含量的增加，敏感元件的电阻下降。相对于敏感元件最大灵敏度的最佳工作温度在100℃左右。
3.2 TGS842气体传感器
这种具有高稳定性的传感器需要在一定的高温下工作，以实现其氧化还原反应，所以必须要有电压来为其加热，而加热电压是由+5 V的电源提供。该传感器的测量方式为：由其构成惠斯登检测桥路，当含有可燃性的混合气体扩散到检测元件上时，在气敏元件表面将会发生氧化还原反应，使电阻阻值发生变化，打破电桥平衡，产生大小与可燃气体浓度成正比的微小电压差信号，从而达到检测甲烷气体浓度的目的。
3.3TGS882气体传感器
3TGS882气体传感器对可以很灵敏的检测到空气中的酒精气体，使用温度在-20度到50度，相对湿度在40RH到70RH之间。使用时需预热5-10分钟，相应时间小于10s，恢复特性快速，寿命长和可靠高，。
3.4 微处理器的选择
为了减少功耗，我们采用的是STC89C51单片机。该单片机主要包含：4KB的闪存，512B的内存，看门狗定时电路，三十二个I / O口以及三个定时器/计时器，五个中断源，内置有4KB的EEPROM，具有八位CPU，它的片内还有FLASH，可以很方便的根据需要进行电擦除改写，也可以利用常规的编程器对其进行编程，内置系统ISP监控程序，集成 MAX810专用复位电路。超低功耗，正常功耗为4MW～7MW，单片机进入掉电模式时，由外部中断唤醒，适用于电池供电的系统。
3.5 A/D转换电路
由于这三种传感器输出的是模拟信号，所以我们要转化为数字信给单片机。A/D芯片用的是ADC0832，这是一款8位分辨率最高可以到256级、双通道 A/D 转换芯片。5v电源供电时，可以输入电压在0到5v之间，芯片的转换时间仅为32us左右，正常工作的时候功耗为15MW，有双通道的数据输出校验，可以减少误差，转换速度快，稳定性好。它体积小，兼容性强，性价比高。
3.6 显示单元设计
我们使用的是LCD1602液晶显示模块，我们使用并口模式。
液晶显示器LCD1602具有以下几个有点：
1、供电为单5V，对比度可调，具有功耗低、寿命长、可靠性高。
2、内置192种字符（160个5*7点阵字符和32个5*10点阵字符）
3、具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个5*8点阵字符或四个5*11点阵字符
4、内容为16X2，显示两行，每行16个字符（显示字符和数字）。
5、内含复位电路，提供多种命令如清屏，光标闪烁等。
四、系统软件设计
4.1 主程序框图
系统上电初始化，然后检测气体浓度，气体传感器输出模拟信号，通过ADC0832转换再送到单片机，经过计算将浓度显示到LCD上，以阀值比较各个气体浓度是否超标，如果超标，则系统锁定，如果没超标，以确定是否在进行检测。主程序框图如下：
4.2 数据采集
我们所采用的几款气体传感器输出的全为模拟量，所以就要将其转换为数字量再传给单片机。ADC0832的精度为v=5/256 V，先将模拟量转化为数字量，再进行运算存后存放在字符串中，并多次测量取平均值与设定的值进行比较。
所选几款气体传感器工作时阻抗大约在100K数量级，一般检测时将其和一个电阻串联，外加电压一般10V（便于和數据采集卡匹配），通过测量串联电阻上电压来计算TGS842上电压的变化。这样它的输出范围也应该为0-10V。
TGS203气体传感器对CO气体识别和检测，TGS842气体传感器主要对甲醛气体识别和检测，TGS882气体传感器可以对酒精气体进行检测。通过观察具体某个气体传感器的检测数据来确定车载气体的种类和浓度。
4.3 报警电路
将系统设定的数值放在字符串里，三次读取各传感器输出的数据后取平均值，与设定数值比较，一旦检测到气体含量超标，LED闪烁三次，蜂鸣器发出报警，提醒车内人员汽车内部环境存在威胁。
五、结束语
本文以实际情况出发，设计了基于单片机的车载气体检测控制仪。通过大家一起努力，想法和设计思路得到完善，实物经过多次调试，已经能够完成指标。由于该系统采用单独模块设计，将各个模块组装在一起，因此作品方便调试、维修。
参考文献
[1] 高玉芹.单片机原理与应用及c51编程技术（M）.北京：机械工业出版社，2011.11～36.
[2] 张洪润，张亚凡，邓洪敏.传感器原理及应用（M）.北京：清华大学出版社，2008.256～257.
[3] 郭天祥.51单片机c语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略（M）.北京：电子工业出版社，2009.95～167.
作者简介：司晓龙（1993—），男，汉族，河北邯郸市人，本科，单位：江西科技师范大学，专业：电子信息工程。