民用基于智慧平臺的智能高精度可燃氣體探測器的研發與實現

伍孝雄 陽志亮

摘?要：民用智能高精度可燃氣體探測器可以在工程生產以及家庭生活等領域發揮重要的作用，當可燃氣體的含量或濃度超過探測器所設定的范圍時，其會通過軟件編輯的程序運行對使用者發出警告，提醒使用人員可燃氣體超標，從而減少可燃氣體超量導致的爆炸等危險問題。本文將就如何在智慧平臺上對智能高精度可燃氣體探測器進行研發與實現提一些意見和建議。

關鍵詞：民用;智慧平臺;智能高精度可燃氣體探測器

一、緒論

居民生活水平的提高對智能高精度可燃氣體探測器提出了更高的要求。可燃氣體探測器不再是簡單地探測氣體含量，而是綜合了軟件編程技術、虛擬技術以及傳感器技術等多種現代化技術綜合制成的探測器，可以在復雜環境下進行可燃氣體的精確檢測，并將探測數據實時傳輸至計算機設備中，同時氣體含量超標報警的時間也會縮短，降低了人員及財產安全損失。接下來將就智能高精度可燃氣體探測器的研發與實現進行探究，并介紹幾種方式或方法，為民用探測器的研發盡綿薄之力。

二、如何對智能高精度可燃氣體探測器進行研發與實現

（一）選用合適的虛擬儀器與主體元件

要想對智能高精度氣體探測器進行研發與實現，第一步需要做的是選用合適的虛擬儀器與主體元件。氣敏傳感器是可燃氣體探測器的主體元件，主要包括半導體氣敏傳感器、電化學型氣敏傳感器、固體電解質氣敏傳感器等類型，其中，半導體氣敏傳感器主要是以氣體分子運動引起半導體表面電位變化以及伏安特性變化作為工作原理，同時半導體材料還具有靈敏度高、選擇性較好以及輸出信號近似呈線性等優點，并且半導體材料的應用價值遠遠高于其余氣敏傳感器，主要用于氨、氮氧化合物以及硫化氫等有毒氣體的探測或者可燃氣體的探測。而電化學型氣敏傳感器可以細分為原電池型、離子電極式、電量式以及可控電位電解式。四種類型的氣敏傳感器都是用于測量氣體的體積分數，利用各氣敏傳感器所產生的不同形式的電流，可以得到氣體體積分數的變化情況，此類儀器具有靈敏度較高等優點，但由于其設備的限制，對高含量的氣體體積分數檢測不夠靈敏，因此其只適用于低濃度的可燃氣體探測。對固體電解質氣敏傳感器來說，由于其以離子導體作為電解質，因此其電導率較其他傳感器較好，同時選擇性也較好。技術人員需要根據探測氣體的類型，選擇合適的氣敏傳感器，使其發揮應有的作用。

另外，在虛擬儀器的選擇上，需要根據探測器使用環境的差異選擇不同的總線形式，如GPIB總線傳輸速率與傳輸距離無法滿足要求，串行總線對數據傳輸率與實時性的要求不高，因此適用于要求較低的虛擬儀器。VXI總線結構符合要求，數據傳輸以及精確性都可以得到保證，但使用成本較高。PXI總線具有成本低、運行速度快等優勢。而對可燃氣體探測器的研發來說，可以選用使用PXI總線形式的虛擬儀器，技術人員根據使用環境來定義虛擬儀器的功能，從而發揮虛擬儀器的實時性與經濟性的優勢，為可燃氣體探測器的研發提供硬件保障[1]。

（二）采用軟件編程設計技術

另一個需要采取的措施是采用軟件編程設計技術。對民用智能高精度可燃氣體探測器來說，僅僅使用虛擬儀器與氣敏傳感器來進行研發無法滿足氣體探測器的精度要求，而針對智慧平臺的高精度要求，采用軟件編程設計技術可以幫助可燃氣體探測器探測至氣體的微弱變化，并在氣體變化超過設定范圍時及時地發出警報，相較于傳統的可燃氣體探測器，此儀器完全使用程序編程來實現氣體的含量、體積分數以及分布范圍的探測，通過向單片機等集成電路上輸入控制指令來實現對可燃氣體的檢測。而在實際的研發過程中，技術人員可以對單片機進行初始化、將其與計算機控制系統或者網絡進行連接、在確認連接完成后，向單片機發出聯絡信號，接收聯絡信號之后，利用A/D轉換器對探測數據進行采集，將其轉換為系統可以識別的數據類型，在采集信號完成之后，采用多種算法進行計算與存儲，并向計算機設備再次發送聯絡信號，從而返回采集數值。

該探測器的軟件編程設計分為數據采集與串口通信兩個部分，數據采集是指通過單片機上的應用模塊對其所處區域的氣體含量進行探測，并利用計數器等模塊對數據進行存儲與計算。串口通信則是建立單片機與計算機之間的串口通信，技術人員可以輸入初始化以及連接程序將二者進行連接，從而進行數據的傳輸通信[2]。

（三）按照要求進行系統功能測試

除了選擇合適的虛擬儀器與主體元件以及采用軟件編程設計技術之外，按照要求進行系統功能測試也是可燃氣體探測器研發的關鍵環節。技術人員需要根據智能高精度可燃氣體探測器的設計理念對整個系統的硬件電路以及后臺監控運行軟件進行功能測試，在系統測試的過程中，為了降低測試難度以及工作人員的工作強度，可以采用分塊測試的方法，首先對系統的硬件電路進行測試，主要測試硬件電路的連接是否正常，虛擬儀器的總線形式是否符合要求。并將測量數據進行合理的運算，計算其與設計圖紙所設定數據的誤差范圍，同時多次測試，獲取較為合理的數據。而對軟件編程系統進行測試時，可以對程序進行編譯，對程序進行修改與完善，使其符合智能高精度可燃氣體探測器的研發要求[3]。

三、總結

民用智能高精度可燃氣體探測器的研發與實現，不僅需要氣敏傳感器以及虛擬儀器等主體元件，也需要利用軟件編程設計技術對其應用過程進行編程，發揮軟件編程技術的優越性與經濟性，并在研發過程中做好系統的功能測試工作，從而為民用智能高精度可燃氣體探測器的后續應用提供數據保障。

參考文獻：

[1]毛文安，張海峰，等.基于MSP430單片機的可燃氣體探測器設計[J].杭州電子科技大學學報（自然科學版），2017，27（6）：21-24.

[2]陸國平.催化燃燒與紅外吸收原理可燃氣體探測器探討[J].化工與醫藥工程，2014，35（3）：61-64.

[3]岑卓倫，劉濤，王磊，等.大型LNG船發電機間燃氣管線泄漏分析與氣體探測器布置優化[C].2018.