基于AT89S51的多参数气体检测仪的研制

0 引言

　　井下作业环境中氧气、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢及甲烷浓度的高低，直接影响到煤矿的安全生产和矿工的生命安全。同时，随着各种天然气、煤制气、液化气的开发和使用,各种可燃性气体散发在工作场所和人们生活中，因此连续、直接检测工作环境和生活环境中有毒气体、可燃性气体有着极其重要的意义。目前，气体检测大多采用单气体检测方式，即每测量一种气体需要携带一种测量仪表。研制能用一种仪器同时检测多种不同气体是气体检测仪的发展趋势,即进行多参数测量,多种气体检测,实现对多种气体种类的识别和浓度的判断,从而更全面地反映被测气体在特定环境中所显示的特性。

　　本文介绍基于AT89S51单片机控制的多参数气体检测仪的设计和实现方法。

1 多参数气体检测仪的功能及测量原理

　　1.1系统功能

　　系统的功能如图1所示。

图1 系统功能框图

　　由图1可知,系统由8个功能模块构成:进气过滤系统（包括采样泵、滤膜、气室、进出气管路）、传感

器及信号处理单元（红外传感器、电化学传感器）、主控电路板（微处理器、通讯接口、数据管理等）、

LCD显示屏、人机对话单元（组合功能键、指使灯板）、供电单元（直流稳压电源、电池组、稳压电路）

以及时钟输入单元。

　　1.2系统检测原理

　　系统检测原理如图2所示。

图2系统检测原理图

　　红外气体传感器和电化学传感器分别对氧气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢和甲烷五种气体进行检测。其中，二氧化碳和甲烷采用红外传感器检测，氧气、一氧化碳、硫化氢由电化学传感器检测。被测气体通过两类传感器时产生的信号经放大、A/D转换后，由微处理器AT89S51进行采集、计算、数据处理产生浓度结果数据，并对数据结果进行超限比较，当被测气体的浓度超过仪器设定的报警限时，仪器产生声光报警，并在显示屏上显示报警状态、故障状态、时间参数等数据信息，同时保存数据结果。

　　在进气过滤系统中，至少需要1个I/O端口来控制采样泵的工作;在传感器及信号处理单元，经过A/D转换电路把传感器产生的关于气体浓度的有关信息转化为单片机能识别的数字信号，选择8路输入的ADC0809芯片;在显示模块中，采用KS0713液晶显示器，需要单片机提供3个I/O控制端口;时钟的显示系统采用DS12887芯片与单片机进行通讯，需要1个中断输入和1个I/O控制端口;由于系统要存储至少500组测试信息，而且AT89S51单片机只有128KB的RAM，我们外扩8K的外部数据存储器6264;由于系统可以设定报警的限值和变更时间，则需要5个键盘接口，来控制设置、上升、下降、右移和打印，用到5个I/O接口;由于AT89S51单片机接口有限，利用8255A对I/O接口进行扩展。

2 硬件电路设计