基于ARM的高阻气敏传感器测试电路
KC04050204-m06-气敏传感器的检测电路学习辅导.
气敏传感器的检测电路1、用于监测酒精气体浓度的气敏传感器电路图陶瓷气敏传感器也可以用于分析酒精蒸汽的含量。
传感器与相应的电路配合能够检测血液中的酒精含量。
其工作原理非常简单，如果血液中含有一定比例的酒精成分，那么他必定会发散到空气中来，血液中酒精浓度越高发散在空气中的的比例也越高。
如果用含有一定浓度酒精的空气喷吹传感器，传感器的电阻将发生与酒精浓度相应的变化，这个变化可以用合适的测量电路鉴别。
这样的电路示于图8-24。
使用的气敏传感器TGS 822是Figaro公司制造。
电路由稳压直流电源+5V供电。
传感器负载电阻上的输出电压反相加载到三个运算放大器的输入端，三者互联成比较器。
实际上，电阻R1和R2是基准电压的发生器。
基准电压的上限有可变电阻RP1设定，而下限则由RP2设定。
接通电源，并按下复位电钮后，触发器进入逻辑O的状态。
这时，发光二极管LED1~LED3不发光。
当酒精蒸汽作用在传感器上时，负载电阻上的压降开始变化（逐渐升高）。
这些分立的比较器顺序工作的结果导致相应的触发器开启，因而与它们相接的LED点亮。
如果酒精蒸汽停止对传感器作用，那么负载电阻上的电压将缓慢下降。
按动复位钮后，恢复到起始状态。
为了补偿纬度和湿度对传感器特性的影响，同时为了获得更高的精度，建议使用热敏电阻和（或）湿敏电阻传感器对电路进行补偿。
2、家用有毒气体探测报警器一氧化碳、液化气、甲烷、丙烷、都是有毒可燃气体，当空气中达到一定浓度时，将危及人的健康与安全。
图5所示电路为家用有毒气体探测报警电路，本电路线路虽然简单，但具有很高的灵敏度，对探测上述有毒气体是非常有效的。
该探测器报警电路用QM——N10气敏传感器作为探头。
当空气不含有毒气体时，A、K两点的电阻很大，流过RP的电流很小，K点为地点位，达林顿管U850不导通；当空气中含有还原性气体时（如上书有毒气体），A、K两点间的电阻迅速下降，通过RP的电流增大，K点电位升高，想C2充电直至达到U850导通电位（约1.4V）时，U850导通，驱动发声集成片KD9561发声。
基于单片机的危险气体远程检测报警系统设计和实现机械自动化专业
目录摘要 (I)Abstract ........................................................ I I 绪言 (3)1 控制系统设计 (5)1.1 系统方案设计 (5)1.2 系统工作原理 (5)2 硬件设计 (6)2.1 主电路 (6)2.1.1 单片机最小系统 (6)2.1.2 STM32F103单片机 (6)2.1.3 晶振电路 (8)2.1.4 复位电路 (8)2.2 按键控制电路 (9)2.3 报警电路 (10)2.4 LCD1602液晶显示电路 (10)2.5 ESP8266模块电路 (11)2.6 传感器模块电路 (11)3 软件设计 (13)3.1 系统主程序设计 (13)3.2 系统子程序设计 (13)3.2.1 LCD1602显示设计 (13)3.2.2 ESP8266无线通信设计 (13)3.2.3 按键子程序设计 (15)3.2.4 气体浓度检测程序设计 (16)3.2.5 报警程序设计 (16)结论 (17)参考文献 (18)附录源程序清单 (20)致谢 (26)摘要为了尽早发现和预防各类危险气体减少对人的危害，保护自己和个人或公共财产的安全，需要使用自动报警器对人进行预警。
本文中作为危险气体检测系统的主要技术采用了传感器和单片机，该系统基于STM32F103单片机无线数据传输系统和通过气体传感器MQ-4对危险气体的浓度进行监测，并通过AD模数转换模块将模拟量转换为数字值，再发送给单片机，LCD1602液晶显示屏显示当前检测到的气体浓度值，单片机通过ESP8266无线模块和手机进行传通讯将当前数据发送至手机上显示，通过按钮设置气体浓度报警上限数值，当气体浓度超过上限值时，启动蜂鸣器进行报警。
实现了液晶显示危险气体的浓度和报警的功能，对气体检测报警系统的实现技术展开了较为深入地研究，为有害气体监测技术的实现提供了参考。
关键词：气体监测；传感器；单片机；无线数据传输AbstractIn order to find and prevent all kinds of dangerous gases as soon as possible to reduce the harm to people, protect themselves and personal or public property safety, it is necessary to use automatic alarm to warn people.The system is based on STM32F103 microcontroller wireless data transmission system and gas sensor MQ-4 to monitor the concentration of dangerous gases, and then send the analog quantity to digital value through AD digital-to-analog conversion module, then send to the microcontroller, LCD1602 LCD display to display the current detected gas concentration value, the microcontroller through ESP8266 wireless module and mobile phone transmission, send the current data to the mobile phone display, set the upper limit value of gas concentration alarm through the button, when the gas concentration exceeds the upper limit value, start the buzzer for alarm. The liquid crystal display function of hazardous gas concentration and alarm is realized, and the technology of gas detection and alarm system is studied in depth to provide reference for the realization of hazardous gas monitoring technology.Keywords: gas monitoring; the sensor; single chip microcomputer; wireless data transmission.绪言为了加快经济的发展，人们几乎无休止的开采资源，破坏环境，使本来就已经污染严重的环境再次受到了重大的影响，人类的生存环境变得十分恶劣，人们面临着环境污染不断的严重问题。
6.1气敏传感器基本原理及测量电路.pptx
其目的是加速被测气体的化学吸附和电离的过程并烧去气敏电阻表面的污物（起清洁 作用）。
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8. 气体检测使用注意事项
2）温度补偿 半导体气敏电阻在气体中的电阻值与温度和湿度有关。当温度和湿度较低时，电
测量转换电路
据分压比定律，Uo不受温度影响，减小了
测量误差。
汽车尾气分析
二氧化钛氧浓度传感器可 用于汽车或燃烧炉排放气 体中的氧浓度测量。
观察右图看说明非线性特性对 浓度超限报警是否有利？
气敏半导体的灵敏度特性曲线
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8. 气体检测使用注意事项
1）气敏电阻使用时一定要加热 一般由变压器二次绕组交流输出或直流电压提供低电压加热。加热温度对气敏电
阻值较大；温度和湿度较高时，电阻值较小。因此，即使气体浓度相同，电阻值也会 不同，需要进行温度补偿。
如前所述，TiO2氧浓度传感器的测量转换电路中，与TiO2气敏电阻串联的热敏电 阻Rt 起温度补偿作用。
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8. 气体检测使用注意事项
• 温度补偿中实用的热敏电阻工作原理 • 半导体热敏电阻简称热敏电阻，是一种新型的半导体测温元件。 • 热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测
气敏传感器类型：
半导体气敏传感器 接触燃烧式气敏传感器 电化学气敏传感器
2.气敏传感器外形
— 5—
半导体气敏传感器应用最多。它的 应用主要有：一氧化碳气体的检测、 瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟 利昂的检测、呼气中乙醇的检测、 人体口腔口臭的检测等等。
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KC04050204m01气敏传感器的检测电路教学课件.pptx
2. 辅助电路 采用温度补偿电路，可减少气敏元件的温度系数 引起的误差； 设置延时电路，防止通电初期，因气敏元件阻值 大幅度变化造成误报； 使用加热失效通知电路，防止加热器失效导致漏 报现象。
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检测电路的组成
气敏传感器的 检测电路
3. 检测工作电路 是气敏元件应用电路的主体部分，气敏元 件阻值随着环境中可燃气体浓度变化而变化 ，检测工作电路将电阻值的变化进行适当的 处理和转换，产生报警信号或者送至后续电 路进行处理。
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气敏传感器的原理性测试电路一
气敏传感器的 检测电路
➢ 加热电源电路采用交流/直流5V； ➢ 气敏传感器与RL串联连接； ➢ 输出信号取自RL的串联分压，为模
拟信号；
8
气敏传感器的原理性测试电路二
气敏传感器的 检测电路
➢ 加热电源电路采用直流5V； ➢ 气敏传感器与R2串联连接； ➢ 输出信号既有模拟量输出AOUT，
燃气检测仪
家用燃气报警器
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工业可燃气体监控
检测电路的组成气敏传感器的 Nhomakorabea测电路1. 电源电路 一般气敏元件的工作电压不高（3~10V） ，其工作电压，特别是供给加热的电压，必 须稳定。否则，将导致加热器的温度变化幅 度过大，使气敏元件的工作点漂移，影响检 测准确性。
5
检测电路的组成
气敏传感器的 检测电路
又经比较器U1A进行比较后，产生 的开关量输出DOUT；
9
气敏传感器的实际应用电路
气敏传感器的 检测电路
01 01
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谢谢关注！
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传感器及应用
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传感器及应用
项目五 物联网中的气体检测
• 任务1：驾驶员酒精气体的检测 • 任务2：可燃气体的检测 • 任务3：物联网中的气体检测-知识拓展
《基于氧化铟的半导体气敏传感器的制备与敏感提升机理研究》
《基于氧化铟的半导体气敏传感器的制备与敏感提升机理研究》一、引言随着科技的飞速发展，半导体气敏传感器在环境监测、医疗诊断、食品安全等领域得到了广泛的应用。
作为半导体气敏传感器中的重要材料，氧化铟因其具有优良的电子性质和高的气敏响应，成为传感器研究的热点材料之一。
本文旨在研究基于氧化铟的半导体气敏传感器的制备方法以及敏感提升机理，为进一步优化传感器性能提供理论支持。
二、氧化铟半导体气敏传感器的制备1. 材料选择与准备制备氧化铟半导体气敏传感器，首先需要选择高质量的氧化铟粉体。
此外，还需准备导电玻璃、银浆、电极等辅助材料。
2. 制备工艺采用溶胶凝胶法，将氧化铟粉体与其他添加剂混合，形成均匀的溶胶。
然后通过旋涂法或丝网印刷法将溶胶涂覆在导电玻璃上，形成薄膜。
最后，通过热处理使薄膜结晶，形成氧化铟半导体气敏传感器。
三、敏感提升机理研究1. 表面效应氧化铟半导体气敏传感器的敏感性能与其表面性质密切相关。
通过改善传感器表面的微观结构，如增加比表面积、引入缺陷等，可以增强传感器对气体的吸附能力和反应活性，从而提高敏感性能。
2. 掺杂效应掺杂是提高氧化铟半导体气敏传感器性能的有效方法。
通过掺入适量的金属离子（如锡、氟等），可以调整氧化铟的电子结构和电导率，改善其传感性能。
掺杂还可以引入新的能级，有助于电子的传输和分离，提高传感器的响应速度和灵敏度。
3. 界面效应传感器中的界面效应对敏感性能具有重要影响。
通过优化电极材料、改善电极与氧化铟薄膜之间的接触等手段，可以降低界面电阻，提高电子传输效率，从而提升传感器的敏感性能。
四、实验结果与讨论通过制备不同工艺参数的氧化铟半导体气敏传感器，测试其气敏性能。
实验结果表明，通过表面效应、掺杂效应和界面效应的优化，可以有效提高传感器的敏感性能。
具体表现为传感器对目标气体的响应值增大、响应时间缩短、恢复时间加快等。
此外，优化后的传感器还具有较好的稳定性和重复性。
五、结论本文研究了基于氧化铟的半导体气敏传感器的制备方法以及敏感提升机理。
高精度气敏传感器测试系统的研制
高精度气敏传感器测试系统的研制
张庆荣;张鹏波;李成贵
【期刊名称】《微计算机信息》
【年(卷),期】2006(000)09S
【摘要】本文介绍以高速的80C196单片机为基础的多通道气敏传感器的高精度参数测定系统。
计算机与单片机之间采用串口通信，采取软硬件措施解决多通道数字电路开关切换所产生的干扰，提高了测量的准确性，安全性，计算机还可以通过串口快速读取测量数据并加以分析和保存。
【总页数】3页(P152-154)
【作者】张庆荣;张鹏波;李成贵
【作者单位】北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB318
【相关文献】
1.一种基于虚拟技术的气敏传感器测试系统 [J], 祁昌禹;韩根亮;徐武德;杨旭辉;马宏伟;尚丽萍
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3.基于Compact FieldPoint模块的气敏传感器阵列自动测试系统 [J], 费跃;王学文;刘瑞;丁海燕;张珽
4.高精度气敏传感器测试系统的研制 [J], 张庆荣;张鹏波;李成贵
5.一种多孔硅气敏传感器的响应时间测试系统 [J], 夏曙光; 严达利; 李申予; 郑子朝
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《基于氧化铟的半导体气敏传感器的制备与敏感提升机理研究》
《基于氧化铟的半导体气敏传感器的制备与敏感提升机理研究》一、引言随着科技的发展，气体检测在环境监测、工业生产、医疗诊断等领域的应用越来越广泛。
其中，半导体气敏传感器以其高灵敏度、快速响应和低成本等优势，成为气体检测领域的研究热点。
本文将针对基于氧化铟的半导体气敏传感器的制备方法及其敏感提升机理进行研究，旨在提高传感器性能，满足实际应用需求。
二、氧化铟半导体气敏传感器制备1. 材料选择与准备制备氧化铟半导体气敏传感器的主要材料为氧化铟（In2O3）纳米材料。
此外，还需准备导电玻璃基底、银浆等辅助材料。
2. 制备过程（1）采用溶胶-凝胶法或水热法等制备氧化铟纳米材料。
（2）将制备好的氧化铟纳米材料涂覆在导电玻璃基底上，形成敏感膜。
（3）在敏感膜上印刷银电极，并进行烧结处理，以增强电极与敏感膜之间的结合力。
（4）对制备好的传感器进行性能测试，如灵敏度、响应时间等。
三、敏感提升机理研究1. 氧化铟的物理化学性质氧化铟作为一种n型半导体材料，具有较高的电子迁移率和良好的化学稳定性。
其表面吸附气体分子后，会发生电子转移，导致电阻发生变化，从而实现气体检测。
2. 敏感提升途径（1）纳米材料制备：通过控制纳米材料的尺寸、形貌和结构，提高其比表面积和表面活性，从而提高传感器的灵敏度。
（2）掺杂改性：通过引入其他元素（如Sn、Sb等）对氧化铟进行掺杂改性，改变其电子结构和能带结构，提高传感器的选择性和灵敏度。
（3）敏感膜优化：通过调整敏感膜的厚度、孔隙率等参数，优化气体分子的吸附和扩散过程，提高传感器的响应速度和稳定性。
四、实验结果与分析1. 制备不同条件下的传感器性能对比通过改变纳米材料的制备方法、掺杂元素种类及浓度、敏感膜参数等条件，制备出不同性能的传感器，并进行性能对比。
结果表明，通过优化制备条件和掺杂改性，可以有效提高传感器的灵敏度和选择性。
2. 敏感提升机理分析通过对传感器敏感过程中的电学性能、表面形貌、化学成分等进行表征和分析，揭示了敏感提升的机理。
基于纳米材料制备的气敏传感器性能研究
基于纳米材料制备的气敏传感器性能研究基于纳米材料制备的气敏传感器性能研究摘要: 随着科技的发展，气敏传感器在环境监测、工业控制和医疗诊断等领域中起着重要的作用。
纳米材料作为一种新型材料，具有高表面积、优异的电化学性能和独特的光学特性，被广泛应用于气敏传感器的制备中。
本文将综述基于纳米材料制备的气敏传感器的性能研究，包括纳米材料的选择与制备方法，以及纳米材料在气敏传感器中的应用。
关键词: 纳米材料，气敏传感器，选择，制备方法，应用第一章引言1.1 研究背景气敏传感器是一种能够检测和识别气体分子的装置，其在环境监测、工业生产和医疗诊断等领域中具有重要的应用价值。
传统的气敏传感器通常采用金属氧化物作为敏感材料，但其性能存在诸多不足之处，如灵敏度低、选择性差等。
纳米材料因其独特的物理、化学和电化学性能，在气敏传感器的制备中得到了广泛的应用。
1.2 论文目的本文旨在综述基于纳米材料制备的气敏传感器的性能研究，包括纳米材料的选择与制备方法，以及纳米材料在气敏传感器中的应用。
通过对已有研究成果的总结和分析，为进一步提高气敏传感器的灵敏度和选择性提供理论和实验依据。
第二章纳米材料的选择与制备方法2.1 纳米材料的选择在基于纳米材料制备气敏传感器时，纳米材料的选择至关重要。
纳米材料应具备高表面积、优异的电化学性能和独特的光学特性。
常见的纳米材料包括金属氧化物纳米颗粒、碳基纳米材料、二维纳米材料等。
2.2 纳米材料的制备方法纳米材料的制备方法有物理法、化学法和生物法等。
常见的制备方法包括溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法等。
不同的制备方法可以得到不同形貌和尺寸的纳米材料，从而影响气敏传感器的性能。
第三章纳米材料在气敏传感器中的应用3.1 纳米材料在一氧化碳传感器中的应用纳米材料在一氧化碳传感器中具有很高的灵敏度和选择性。
研究表明，采用金属氧化物纳米颗粒制备的一氧化碳传感器具有较高的灵敏度和选择性，且对低浓度的一氧化碳也具有很好的响应。
基于红外传感器和ARM的大气有害气体浓度监测系统
基于红外传感器和ARM的大气有害气体浓度监测系统谭韦君;丁万山【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2011(024)003【摘要】介绍了以ARM处理器S3C44B0为核心、利用红外光谱原理对大气有害气体浓度进行监测的实时在线检测系统.通过对测试原理和方法的充分论证之后,设计了气体浓度检测的红外传感器.开发了以S3C44B0为核心,包括A/D转换模块、LCD液晶显示模块、RS485通讯模块等在内的ARM中央硬件处理平台.与传统的同类传感器相比,具有响应速度快、重复性好、高精度等优点.实验表明:测试精度可达到5×10-6,可以广泛用于工业废气、大气环境等领域的监测和预报.%A real-time detecting testing system for harmful gas concentration with infrared laser spectral detection principle centralizing on ARM mieroprocessor-S3C44B0 is introduced. With the sufficient demonstration of the test principle and methods, the infrared sensor for density detection is designed. ARM hardware platform centralizes on S3C44B0 is developed. It consists of AD conversion module, LCD display module and RS485 communication module. Compared with the traditional instruments, it has rapid respond speed, good at repetition and high accuracy. Experimental results show that:testing precision up to 5 × 10-6, it can be widely used to monitor and forecast the situation in the field of industrial emissions and atmospheric environment.【总页数】4页(P321-324)【作者】谭韦君;丁万山【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,南京,210016;南京航空航天大学自动化学院,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】TP212【相关文献】1.基于红外传感器的焊接环境有害气体监测系统 [J], 王春;陶跃珍;李志荣2.基于ARM的红外气体浓度检测系统的设计 [J], 靖相坤;丁万山3.基于ZigBee通信和ARM控制器的车内有害气体浓度带电检测 [J], 刘雁4.基于无线传感器技术的室内有毒气体浓度监测系统的设计与实现 [J], 杨坤;5.基于热释电红外传感器的红外监测系统 [J], 王鹏云;闫赞先;王冠一;王志远因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于ARM Cortex-MO的可燃气体无线检测系统
基于ARM Cortex-MO的可燃气体无线检测系统
徐明;黄义;滕哲
【期刊名称】《舰船电子工程》
【年(卷),期】2013(033)002
【摘要】为了满足舰船上可燃气体检测的需求,开发了一种以具有低功耗ARM Cortex-M0内核的32位微控制器为核心的可燃气体无线检测系统.介绍了有无线
传输功能,由检测节点,采集节点和上位机组成的三层结构的设计方案.设计了各个节点中传感器、无线传输、通信接口等模块的硬件电路,并给出了各个节点和上位机
的控制、通讯的软件设计方案.实际测试表明,此系统具有操作安装简单、实时性强、低功耗、低成本等特点,应用前景广泛.
【总页数】3页(P132-134)
【作者】徐明;黄义;滕哲
【作者单位】海军大连舰艇学院大连 116018;海军大连舰艇学院大连 116018;海军大连舰艇学院大连 116018
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.基于ARM Cortex-MO无线控制器 [J], 郭昕刚;胡朗
2.基于AVR单片机及MCGS软件的可燃气体检测系统 [J], 陆旭明
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5.基于Zigbee的多点布设式可燃气体检测系统设计 [J], 王铁;门群;范凌云;
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基于ARM的高阻气敏传感器测试电路
关键词 ：Ｒ 高阻测量 ； Ａ Ｍ； 气敏 传感器
中图分类号 ：Ｐ １． ；Ｐ １ Ｔ ２２ ６Ｔ ２６
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０２—１４ （０６ １ ０ ４ —０ １０ ８ １２０ ）０— ０ ５ ３
பைடு நூலகம்
Ｎ ｗ Ｔ ｓｉｇＣ ｒｕｔ ａｅ ｎＡＲ ｆｒＨｉｈＥ ｓ ｔｎ ｅＧａ ｅ ｓｒ ｅ ｅｔ ｉｃｉ Ｂ ｓｄｏ Ｍ ｏ ｇ ｅｉ ａ ｃ ｓＳｎ ｏｓ ｎ ｓ
０ 引言
近些年来 ， 国的气敏 传感器 研究 发展 迅速 ， 气敏 传感 我 对 器 的检测与应用 也越来 越普 遍ｌ＿ 。文 中采用 了 当前普 遍用 Ｉ ｌ 于工业控制与测量 中 的具有 Ａ ７内核 的 Ｉ＇ １１ 成 功设计 Ｍ Ｒ Ｙ ２３， Ｃ 了高阻值气敏传 感器测 量 电路 。Ａ ７系列 为低 功耗 ３ Ｍ Ｒ ２位微
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仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉｓｒｍｅ ｔ Ｔ ｃ ｎｑ ｅ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎｔ ｕ ｎ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｅ ｓｒ
２ ６ ０Ｏ Ｎｏ． ０ １
第 ｌ 期 ０
基 于 Ａ Ｍ 的高 阻气 敏传 感 器测 试 电路 Ｒ
实现 对温度 的准确控 制 ， 并测量 气敏 薄膜 的电阻。经气体 浓度和元件 阻值的校准后 ， 电路 可显示被测 气体浓度 ， 同时提供
一
个友好 的用户界 面 ， 并具备报警功 能， 实现 了智能气敏传 感器的测量电路 。完全 满足 气敏测试 需要 ， 电阻的测量精度 达
到 ±０２ 。 ．％
ｔ ｃ ｆ ａ ｎ ｉｖ ｌ ．Ａ ｔｒｃ ｌ ｒｔ ｎ ｏ ｌｔ ｎ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅｇ ｏ ｃ ｎｒｔ ｎ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｅ ｉ ｎ ｅ ｈｓ ｃ ｃ ｉ ｎ ｔｏ ｌ ａ ｅ ｏ ｓ ｓ ｓｔ ｅ ｆｍ ｎ ｇ ｅ ｉ ｉ ｆ ａｉ ａｉ ｆｒ ａｉｓ ｉ ｅｗ ｅ ａ ｃ ｎ ｅ ｔ ｉ ｏ ｅ ｔ ｓ ｔ ｃ ，ｔｉ ｉ ｕｔ ｏ ｎｙ ｅ ｂ ｏ ｅ ｏ ｈ ｓ ａｏ ｎ ｏ ｒ ｓ ａ ｒ Ｃ ｉ ｌｙ ｔｅｇ ｎ ｒ ｓｓ ｎ ｅａ ｄ ｔｅ ｔ ｔｄｇ ｏ ｃ ｎｒ ｔ ｎ ｕ ｌ ａ ｒｖｄ Ｓｗ ｔ ｓｒ ｎｅ ａ ｅｖ ｒ ｉｎ ｌ ，ｔ ｕ一 ｎ ａ ｄｓ ａ ａ ｓ ｓ ’ ｒ ｉ ａ ｃ ｓｅ ａ ｃ ｎ ｅ ｔ ｉ ，ｂ ｔａｓ Ｃ ｐ ｉｅ Ｕ ｈ ａ ｕ ｅ ’ ｉ ｔｒ ｃ ｅｙ ｆ ｅ ｄｙ ｉ ｆ ｐ ｈ ｓ ｅ ｏ ｓｅ ｔ ｎ ｈ ｅ ｓ ａｏ ｏ ｎ ｏ ｉ Ｓ ｆ ｒ ｌ
基于ARM7微控制器的CE芯片安培检测器的研制-电气自动化专业毕业设计
毕业设计（论文）基于ARM7微控制器的CE芯片安培检测器的研制（Development of the CE Chip Amperometric Detector Based onARM7 Micro-controller）摘要当前，毛细管电泳芯片因为具有易于实现微型化的特点而发展十分迅速，由于毛细管电泳芯片的样品体积很小，因此采用高灵敏度的检测方法是十分必要的。
电化学检测中的安培检测技术，由于灵敏度较高、仪器简单、价格成本低、线性范围宽、操作简便等优点，己经成功与毛细管电泳联用并得到了广泛的应用。
本论文就是基于这一背景，设计了一种以ARM微控制器为核心的新型微毛细管电泳芯片安培检测器本文研究了毛细管电泳及安培检测的原理和发展等设计背景，确定了系统的总体设计方案并进行了分析与论证。
对微安培检测器中的核心器件——恒电位仪提出了新的设计方案。
整个系统是以ARM7—LPC2131微控制器为核心搭建的硬件平台，实现了程控电压源、自动增益电路的控制、A/D转换结果的读取与处理、LCD 实时显示、与上位机的串行通讯、按键以及报警等功能。
软件设计采用C语言编程，实现检测过程的软件控制；并进行了相应的软硬件调试。
实际运行结果表明，该系统能够实现电化学池中微弱电流信号的实时采集与处理，具有较高的实用价值和应用前景。
关键词：安培检测毛细管电泳芯片恒电位仪 ARM7-LPC2131微控制器AbstractAt present, because of easily being miniaturized, the capillary electrophoresis chip develop very rapidly .As the sample vessel of the capillary electrophoresis chip is small, using high-sensitivity detector is extremely necessary. Amperometric detection technology has been successfully combined with the capillary electrophoresis and has been widely used, being due to its high sensitivity, simple instrument, the low prices , widely linear range , easy to operating and so on. This paper is just based on this background to design a new amperometric detector of micro-capillary electrophoresis chip with a ARM microcontroller.This paper gives an overview of the design background that of the principles and development of the capillary electrophoresis and amperometric detection.Determined the system’s design project which carried out the analysis and feasibility studies. Proposed a new design proposal for the potentiostatic instrument as the core of micro-amperometric detector. The whole system is based on ARM7-LPC2131 microcontroller as the core structures of the hardware platform. It can realize manyfunctions that include programmable voltage source, the automatic gain control, pocessing the results of A/D conversion,real-time LCD display ,the serial communication,the circuit of keystroke and alarm, and so on. Software design adopt C-language to realize the software control of the examination process .At last, carring out the corresponding hardware and software debugging.The results showed that the system can realize gathering the weak current signal and taking real-time processing, and have a good practical value and prospect of application .Key words: Micro-amperometric detection capillary electrophoresis chip Potentiostatic instrument ARM-LPC2131microcontroller1 引言1.1 课题背景分析化学是化学家最基础的训练课题之一，化学家在实验技术和基础知识上的训练，皆得力于分析化学。
基于恒电流源的电阻式气敏传感器检测系统
源 ， 传 感 元 件 电阻 与 电压 变 化 呈 线 性 关 系 ， 使 以提 高 气 敏 元 件 阻值 随 气 体 浓 度 变 化 的 准 确 度 。恒 电 流 源 包 括 基
准 稳 压 电源 、 电流 负 反 馈 电路 、 压 二 极 管 和 待 测 气 敏 元 件 。 经过 参 数 整 定 ， 测 电阻 范 围 可 达 Ｏ １ ０ ｆ， 稳 其 ～ ０ｋｌ平 ０
ＪｌｎＵ ｎｖ ｒｉｙ， ａ ｇ ｈｕ ３ ０１ Ｃｈｎａ ｉ ｉｅｓｔ Ｃｈ ｎ ｅ ｎ １ ０ ２， ｉ ） ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｅ ｓ ｅ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｔ ｐ ｅ ｓ ｒ ａ ｇ ｓ ｄ ｔ ｃｉ ｇ ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｓｒ ｃ ：ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｎ ｕｒ ｈ ａ ｕ ｉ ｇ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｒ ｓｓ ａ ｃ ｙ ｅ ｓ ｎ ｏ ， ａ ｅｅ ｔｎ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ
均 测 量 误 差 小 于 ０ ０ ７２ 。利 用 Ｓ Ｏ 传 感 器 检 测 浓 度 为 ０ ２ ５ ． ７ｍｇ ｍ。 乙 醇气 体 ， 量 出 传 感 器 电 阻 ． ２ ｎ ４ ３ ５ ／ 的 ０ 测 随浓 度 增 加 呈 ｅ 数 下 降 趋 势 ， 指 系统 最 大 测 量 误 差 小 于 ±１ ５ 。 ．
ｒ ｎ ｉｃ ｉ ｏ ｓｓ ｓ ｏ ｅｅ ｅ ｃ ｏ ｔｇ ｕ ｐ ｙ， ｕ ｒｎｔｎｅ ａ ｉｅ ｆ ｅ ｂ ｃ ｉｃ ｉ， ｏ ｔ ｇ ｔ ｂ ｌ ｉｇ ｄｏ ｅ， ｎ ｅ ｔｃｒ ｕ ｔｃ ｎ ｉｔ ｆｒ ｆｒ ｎ ｅ ｖ ｌａ ｅ ｓ ｐ ｌ ｃ ｒｅ ｇ ｔｖ ｅ ｄ ａ ｋ ｃｒ ｕｔ ｖ ｌａ ｅ ｓａ ；ｎ 传感 器 ； 量误 差 气 ＳＯ 测
气敏传感器_实验报告
一、实验目的1. 了解气敏传感器的工作原理和基本特性；2. 掌握气敏传感器的检测方法及实验操作步骤；3. 分析气敏传感器在不同气体环境下的响应特性。
二、实验原理气敏传感器是一种将气体浓度转换为电信号的传感器。
其基本原理是：当气体分子与半导体材料发生作用时，会引起半导体材料电阻率的变化，从而实现气体的检测。
气敏传感器主要分为半导体气敏传感器和金属氧化物气敏传感器两大类。
三、实验仪器与材料1. 气敏传感器：MQ-2、MQ-3、MQ-5等；2. 气体发生装置：酒精、甲烷、丙烷等；3. 信号发生器：直流稳压电源、信号放大器等；4. 测量仪器：数字多用表、示波器等；5. 实验装置：气敏传感器实验台、实验电路等。
四、实验步骤1. 准备实验装置，将气敏传感器连接到实验电路中；2. 设置实验参数，包括气体种类、浓度、温度等；3. 通电预热气敏传感器，使其达到稳定状态；4. 调节气体发生装置，控制气体浓度；5. 测量气敏传感器的输出电压或电流，记录数据；6. 分析气敏传感器的响应特性，绘制响应曲线。
五、实验结果与分析1. 气敏传感器在不同气体环境下的响应特性（1）MQ-2气敏传感器对酒精的响应特性实验结果表明，MQ-2气敏传感器对酒精的检测灵敏度高，在低浓度下即可检测到酒精。
随着酒精浓度的增加，气敏传感器的输出电压逐渐增大。
在酒精浓度为0.5%时，气敏传感器的输出电压达到最大值。
（2）MQ-3气敏传感器对甲烷的响应特性实验结果表明，MQ-3气敏传感器对甲烷的检测灵敏度高，在低浓度下即可检测到甲烷。
随着甲烷浓度的增加，气敏传感器的输出电压逐渐增大。
在甲烷浓度为0.5%时，气敏传感器的输出电压达到最大值。
（3）MQ-5气敏传感器对丙烷的响应特性实验结果表明，MQ-5气敏传感器对丙烷的检测灵敏度高，在低浓度下即可检测到丙烷。
随着丙烷浓度的增加，气敏传感器的输出电压逐渐增大。
在丙烷浓度为0.5%时，气敏传感器的输出电压达到最大值。
气敏传感器电路图
第五章可燃性气体抠借电路町燃性气体检测报警装置广泛应用在国民经济的各个领域.同时在人们的日常生活中. 在保证家庭安全方面也起到了不可忽视的作用。
本章将对可燃性气体检测报警的基本知识及 i荃实用报警电路进行介绍。
第一节可燃性气体检测报警基本知识-x可燃性r体检测用传感器可燃性气体检测用传想赭乂称为气体传感器或气峨元件，主察用于工业中天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆.有毒、有害气体的呛滞，并进行自动控制及安全报警。
二、可燃性气体检测及报畫装■的便用1.气敏元件的安装可燃性气体粉测及报警装置中的主要器件为气救元件.它可以将某种气体浓度的变化转换为由信号并送井善由跌.閃曲.峠峪云件常1方46获口独韭张宜曹口右冷培一木3血出第二节燃气熄火报警电路一、燃气熄火报畫霍燃气灶的火焰如眾发生非正常的熄灭. 往往会形成可燃性气体犬量泄漏〉如未及时发现，将可能发生安全亭故，逍成不必要的拥失「燃气熄火报警器是一个燃气火焰檢测报警电路•如图5・1所示。
火焰检测传想器由光敏电Rt RL担任。
光敏电阻是由半导体材料制成的，当光敏电阻的受光面受到光照作用时.其电导率将发生变化。
无光照射，光戦电阻的阻値很大• 约在1 -100MQ之间.使得流过电路中的电流很小；当有光照射时，光敏电阻的阻值变小.一般在10kC以下。
由于光敏电阻RL与电位器Rh组成分压电路.当燃烧正常时.光敏电阻RL受火焰光线照射而呈现低阻值.它与RR的分压值通过R为半导体管VT|提供足够的旱极电流，使VT•侦和导適.VT,的你申帜輸出低由平.伸抿蜃理曲曲总IC・的伸能地©Jffillta"卜干低由单煤气熄火报警电路如图5・3所示。
恿火探测传想器为两根直径大J1 Imm的金属丝A、B. 亡们的问距为5mm3金处丝探头A、B放1tt在产生火焰的地方，在无火焰时它们足绝缘的. 但往高温F由于空气的电离，A. B间便可导电。
在煤气正常燃烧时.探头A、B间形成导体，Vh和VT2绍成的复合管导通• 1G的触发瑞呈低电平而不工作.其输出端无报警信号. 扬車器无报警声发出。
KC04050204-m03-气敏传感器的检测电路课程教案
教案
任务四气敏传感器的检测电路
授课主要内容或板书设计
气敏传感器的使用分为检测、报警、监控等几种类型。
一般由电源电路、辅助电路和检测工作电路等几部分组成。
1. 电源电路
一般气敏元件的工作电压不高（3~10V），其工作电压，特别是供给加热的电压，必须稳定。
否则，将导致加热器的温度变化幅度过大，使气敏元件的工作点漂移，影响检测准确性。
2. 辅助电路
采用温度补偿电路，可减少气敏元件的温度系数引起的误差；设置延时电路，防止通电初期，因气敏元件阻值大幅度变化造成误报；使用加热失效通知电路，防止加热器失效导致漏报现象。
3. 检测工作电路
是气敏元件应用电路的主体部分，气敏元件阻值随着环境中可燃气体浓度变化而变化，检测工作电路将电阻值的变化进行适当的处理和转换，产生报警信号或者送至后续电路进行处理。
1. 加热电源电路采用交流/直流5V；
2. 气敏传感器与RL串联连接；
3. 输出信号取自RL的串联分压，为模拟信号；
4. 加热电源电路采用直流5V
5. 加热电源电路采用直流
6.气敏传感器与R2串联连接；
7.输出信号既有模拟量输出AOUT，又经比较器U1A进行比较后，产生开关量输出DOUT；
气敏传感器的实际应用电路
教学方法设计和注意事项。
一种新型的气敏传感器测量装置
一种新型的气敏传感器测量装置
边翠华;孙以材;潘国峰
【期刊名称】《传感器世界》
【年(卷),期】2009(015)004
【摘要】介绍了一种新型、高精度的智能气体体积分数测量设备.该设备将ARM7应用到电路中,利用其强大的数据计算处理能力及控制能力,设计出了显示气体体积分数值的测试电路.传感器输出的电信号采用归十法与多项式拟合相结合的方法进行转换,有效地校正传感器的非线性,提高测量的精度.通过C语言编程实现该算法,经测试,该装置的精度误差保持在±1.5%,能够准确地对环境中的气体进行监控,并具有到限报警功能.
【总页数】4页(P14-17)
【作者】边翠华;孙以材;潘国峰
【作者单位】河北工业大学信息工程学院,300130;河北工业大学信息工程学
院,300130;河北工业大学信息工程学院,300130
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.2
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收稿日期:2006-04-16 收修改稿日期:2006-05-30基于ARM 的高阻气敏传感器测试电路潘国峰,刘兰普,孙以材,何 平(河北工业大学,天津 300130) 摘要:将ARM7应用到气敏传感器中,利用其强大的数据计算处理能力及控制能力,结合气敏薄膜材料的高阻值特点,设计出了显示气敏元件阻值及其所处气体浓度的测试电路。
该电路以LPC2131实时监测电源电压,自动调整占空比,实现对温度的准确控制,并测量气敏薄膜的电阻。
经气体浓度和元件阻值的校准后,电路可显示被测气体浓度,同时提供一个友好的用户界面,并具备报警功能,实现了智能气敏传感器的测量电路。
完全满足气敏测试需要,电阻的测量精度达到±012%。
关键词:ARM ;高阻测量;气敏传感器中图分类号:TP212.6;TP216 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2006)10-0045-03N e w Testing Circult B ased on ARM for H igh Eesistance G as SensorsPAN G uo 2feng ,LI U Lan 2pu ,S UN Y i 2cai ,HE Ping (H ebei U niversity of T echnology ,Tianjin 300130,China)Abstract :The increasingly popular ARM microprocess or was applied to the testing circuit for gas sens ors.C ombining the powerful data calculation and control capability of ARM with the high resistance characteristic of gas sensitive film ,the microprocess or LPC2131controls instantly power πs v oltage ,the functions of the circuit are controlling the gas sens ors w orking temperatures ,and measuring the re 2sistance of gas sensitivefilm.A fter calibration of relationship between the gas concentration and component resistance ,this circuit not on 2ly can display the gas sens or πs resistance and the tested gasconcentration ,but als o can provide us with a user πs interface very friendly ,it fulfill the needs of gas sens or test perfectly ,the resistance measuement precision is 012%.K ey w ords :ARM ;high resistance test ;gas sens ors 0 引言近些年来,我国的气敏传感器研究发展迅速,对气敏传感器的检测与应用也越来越普遍[1-3]。
文中采用了当前普遍用于工业控制与测量中的具有ARM7内核的LPC2131,成功设计了高阻值气敏传感器测量电路。
ARM7系列为低功耗32位微控制器,最适用于低价位、低功耗和高敏感器件的应用,它具有嵌入式在线仿真调试逻辑,非常低的功耗,能提供0.9MIPS/MH z 的3级流水线和冯・诺依曼结构。
用带ARM7核的微处理器为核心构成的系统,可以大大简化主机电路和外围电路的设计,真正做到根据仪器、仪表的功能需求进行配置、裁剪、扩充和移植,以实现强实时和高可靠性[4]。
1 气敏传感器的工作原理气敏传感器以陶瓷管为框架,外覆一层敏感膜的材料,利用膜两端的镀金引脚进行测量。
敏感膜的材料最常用的有金属氧化物、高分子聚合物材料和胶体敏感膜等。
它的两个关键部分是加热电阻和气体敏感膜,其结构原理如图1所示。
金电极连接气敏材料的两端,使其等效为一个阻值随外部待测气体浓度变化的电阻。
当待测气体的浓度发生变化时,电阻阻值也相应发生变化[6],该电路即以测量气敏传感器的电阻值为基础,通过中心处理单元———带有ARM7内核的LPC2131,进行数据处理、误差补偿,经校准气体的浓度和元件的阻值后,间接得到气体的浓度值,将其输出到显示电路进行显示。
图1 气敏传感器结构原理2 系统设计2.1 系统总体设计系统共分为6个部分:电源电路、加热电路、传感器信号采集电路、中心处理电路、显示电路、电压转换电路。
总体电路框图如图2所示。
图2 系统原理框图2.2 电源电路该系统为9V 单电源供电,但由于系统内各芯片工作电压及对电源稳定性的要求不同,所以电源部分由几部分构成:(1)微控制器的工作电压为313V ,采用的AS1117进行电 2006年 第10期仪表技术与传感器Instrument T echnique and Sens or 2006 N o 110 压变换,此芯片适宜低压差工作(112V ),输出电流大(800mA ),发热量小,外围电路简单,只需要在输入输出分别加一个10μF 电解电容。
(2)微控制器内的A/D 参考电压和被测电阻两端所加的电压要求稳定高,否则将严重影响测量的精确度,采用了带有温度补偿精度为0105%的M AX 6175,M AX 6177能够分别提供5V 和313V 电压。
(3)运算放大器LF353的负电源使用MC34063进行变换,输出电压的计算方法为:U out =1125(1+R 3/R 2)。
系统中电压转换电路有着重要作用。
其中,供微控制器使用的电源电路见图3。
图3 微控制器使用的电源电路2.3 加热电路采用了LPC2131中的PW M 功能,免去了D/A 转换电路,简化电路形式,节约开发成本。
PW M (Pluse Width M odulation )控制技术是利用电力电子开关器件的导通和关断作用把输入的直流电变成输出脉冲列,并通过控制脉冲宽度或周期来达到变压、变流或变频的目的。
基于ARM 的软件实现方法,主要是利用其内部提供的定时器,通过改变定时器的定时初值获得不同的脉冲持续时间,如果把系统的控制信号和定时器的定时初值线性对应起来,就可获得对脉宽可调制的PW M 信号。
利用PW M 占空比调节加热电压,使气敏元件获得不同的加热温度,以满足在不同测试条件下,气敏元件的灵敏度的要求。
其电路原理如图4所示。
图4 加热电路原理图2.4 气敏传感器信号采集电路信号采集电路原理如图5所示。
气敏传感器信号采集电路采用传统的电阻分压形式[7-8],图中R s 表示气敏传感器电阻,R 1为参考电阻,可根据需要设置N 种量程以便自动换档。
两端所加测量电压为V c ,一般情况下V c 为5V.根据欧姆定律,当V R 1输出为高阻时,R 1上的分压V R 1为R 1V c /(R 1+R s )。
因为电路中R s 与R 1的阻值均为高阻(其中反应溅射的SnO 2气敏薄膜一般阻值范围R s 为4～150MΩ,而溅射的T iO 2等气敏薄膜的阻值R s 则在20～400MΩ之间),故而分压电路后要有电压跟随电路,以保证V R 1不随负载而改变。
选用C M OS 器件的LM353双极型运算放大器,其输入电阻可以达到可达1012Ω,能够有效的隔离前后电路,使测量电路不受后面电路的影响。
因此便有V in =V R 1,实验测得的R s /R 1和V R 1/V C 的关系如图6所示。
图5 气敏传感器信号采集电路图6 R S /R 1和V R 1/V C 的关系 R s /R 1为110时,V R 1/V C 的斜率最大。
在这一点上,可获得探测气体浓度下的最佳信号分辨率。
因此,推荐使用使检测浓度下的R s /R 1值为110的R 1,由于气敏元件在使用过程中阻值会不断变化,要实现这一点可以通过量程转换来实现。
但常用自动换档模拟电子开关C D4051的漏电流较大,在测量高阻值时下,产生误差会很大,因此改用继电器机械开关予以实现。
尽管机械开关转换速率不如电子开关,但完全可以满足气体浓度变换不太剧烈情况下的测量需要。
仪器开始工作时,会启动默认量程工作,然后采集数据,检测量程是否合适。
如果不合适则发出控制信号,启动换档,直到合适为止。
所能测量的最高电阻值可达900M Ω,电阻的测量精度达到±012%。
2.5 中心处理单元在数据处理单元当中,利用具有ARM7内核的LPC2131取代传统的51单片机,其优点在于:LPC2131是基于一个支持实时仿真的32位ARM7T DMI -S T M CPU 的微控制器,带有32K B 嵌入的高速Flash 存储器,128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。
较小的封装和极低的功耗使LPC2131可理想的应用于小型设备中,2个32位定时器、1个10位8路ADC ,6个PW M 通道和多达47个G PI O 以及多达9个边沿或电平触发的外部中断,使其特别适用于工业控制。
LPC2131将测量电路的输出接入其A/D 转换的引脚,进行10位A/D 转换,所需测量的模拟量为2路:一路测量电源电压,因为在实际测量中,电源电压会随着使用时间逐渐减小,为保证加热电压不受其影响,应实时监测电源电压,自动调整占空比,保证一定的加热电压;另一路测量气敏传感器测量电路中的分压,转换为电阻,并利用气敏传感器电阻与气体浓度之间的标准曲线经转换后,将所测气体的浓度输出到显示电路中。
同时其G PI O 要留出足够的引脚用来与显示电路进行并行连接,以及中断处理,人机联系按键,量程控制引脚等等。
2.6 显示电路在该设备中显示部分可采用两种不同方式:(1)采用LC D1602,此方式可显示的内容较少,显示所测传感器的电阻、所在气体浓度以及加热电压,其优点在于体积小、可携带性强,能够用于手持设备中;(2)采用上位机显示多种数值,由LPC2131串行口传送到上位机,利用E ASY ARM 软件进行多数值显示。
采用LC D 显示时,可采用LPC2131的G PI O 直接相连,即并行输出,同时也可以采用I2C 接口进行串口输出。
LC D1602与LPC2131的并行接 46 Instrument T echnique and Sens orOct 12006 口如图7所示。