[摘 要] 阐述了可燃性气体探测报警控制器的硬件和软件设计，介绍了核心芯片的选型，外围电路的连接以及主要流程图的设计。设计的可燃性气体探测报警控制器可以检测空气中以烷类气体为主的多种可燃性气体的浓度，还具有故障自诊断功能、快速重复检测等功能。
[关键词] 报警器 可燃性气体
可燃气体与石油、煤炭等传统原料相比，价格低廉、燃烧值高，产生的热能高；、燃烧比较充分，对于大气的污染小等优点，但最大的缺点是可燃气体是气态物质不容易控制，使用不慎就会造成泄漏。CO等有毒性的气体会导致人类中毒死亡,CH4无毒性的气体会导致人类窒息死亡，当可燃气体的浓度达到一定门限值的时候，会造成爆炸的隐患，对国家和人民生命财产造成极大的威胁。所以使用可燃气体的场合应该时刻注意对可燃气体在空气中的含量进行检测，因此研制针对CO和CH4两种气体的仪表显得非常重要，也具有广阔的市场前景和应用范围。
1、可燃气体报警控制器整体设计
本系统总体上分为6部分：传感器，前置放大电路，单片机，显示电路，声光报警电路，控制信号输出电路。其中单片机是本系统的核心部分。
根据监测区域的大小和贮气量的多少，报警控制器（以下简称报警器）可扩展到两路或四路通道信号进行检测报警，届时报警器以巡检的方式工作(可按键锁定某一通道)。报警控制器的功能应该有：(1)故障自诊断报警功能(2)可燃性气体浓度值显示(3)多种状态显示(4)可燃性气体报警(5)防止报警器误报(6)远程观测和控制(7)自动控制相关安全装置
2、报警控制器的硬件设计
在众多半导体气体传感器中，根据设计要求及使用环境、成本等因素，选用日本费伽罗(FIGARO)公司生产的TGS-813型半导体陶瓷式可燃性气体敏感器件。
TGS-813型可燃性气体传感器是一种对以烷类气体为主的对多种可燃性气体有良好敏感特性的广谱型半导体敏感器件。该器件灵敏度适中，响应与恢复特性好，初期恢复特性快，长期工作稳定性重现性、抗环境气氛影响及抗温湿度影响等性能均优，是高质量、高可靠性的气敏器件，广泛地应用于各种报警装置。
气体传感器主要性能指标有(1)灵敏度特性气体传感器在最佳工作条件下，接触同一种气体，其电阻值随气体浓度变化的特性称之为灵敏度特性(2)初期稳定特性半导体气体传感器在不通电状态存放一段时间后，再通电时，器件并不能立即投入正常工作，在通电时电阻值达到稳定所需要的时间，定义为初期稳定时间。一般地，不通电时间越长，初期稳定时间也越长，当不通电存放时间达到十天左右时，初期稳定时间一般需要5分钟以上。(3)初期恢复时间SnO2气体传感器长时间不通电存放，会出现高阻现象，即器件电阻比初始稳定值要高，一般高20%左右。(4)加热特性气体传感器需要在加热状态下工作，加热温度直接影响器件的性能。一般地，温度越高，反应越快，气体吸附和脱附越快，所以响应时间和恢复时间就越快。
3、探测报警控制器的软件设计
嵌入式系统的开发往往借助于开发系统工具，而各种开发系统一般都比待开发调试的嵌入式系统要复杂得多。MSP430系列单片机的调试、开发工具由硬件和软件两部分组成，硬件只需一台PC机、目标板和一个称为FET(FlashEmulationTool)的JTAG控制器。
本设计中，软件要解决的主要问题是检测四路传感器送来的可燃性气体浓度信号，进行线性化处理，LED显示浓度，若浓度值超出限定值，报警器发出声光报警。
主程序流程如下。首先对传感器预热三分钟，由于TGS-813型气体传感器在不通电状态下存放一段时间后，再通电时，器件并不能立即投入正常工作，需要一定的时间预热。本设计对传感器预热三分钟。预热同时，对加热丝故障检测，采用中断方式检测传感器加热丝或电缆线是否断线或接触不良。程序初始化后，系统进入监控状态。对四路通道浓度信号进行巡回检测，经A/D转换、线性化处理后，由LED显示其浓度值。同时将浓度值与上、下限报警设定值相比较，以判断是否需要报警处理。主程序中断服务子程序等，以完善报警器的功能，给检测人员带来方便。
4、误差分析
在测量仪器的实际使用中，造成误差的来源很多，通常是多种误差源综合作用的结果。就本仪器而言，误差来源主要有软件和硬件两个方面。软件误差主要来自以下两个方面：
(1)A/D转换器的量化误差
(2)数字运算过程中的有限字长效应
硬件误差主要来自以下四个方面:
(1)传感器非线性误差
本系统选用TGS-813型半导体陶瓷式气体传感器，气体浓度与输出电压存在一定的非线性，使用折线插值方法进行线性化处理，必然带来一定的误差。
(2)电子元器件参数的离散性、温度不稳定性造成的误差。
(3)电源造成的误差
(4)环境、外部噪声引起的误差
5、结论
本文设计的可燃性气体报警控制器由传感器与单片机控制电路两大部分构成。根据本设计要求及使用环境、成本因素，选用TGS-813型气体传感器和MSP430F133单片机控制器。TGS-813型半导体可燃性气体敏感器件是一种对烷类气体为主的多种可燃性气体有良好敏感特性的广谱型半导体敏感器件。该器件灵敏度高，响应恢复快，功耗低，寿命长，驱动电路简单，温湿特性好。在系统单片机控制电路的设计上，采用了高性能、高整合度的MSP430F133单片机作为核心，充分利用了MSP430F133的高速数据处理能力和丰富的片内外设，实现了仪器的小型化和智能化，使仪表具有结构简单、性能稳定、成本低等优点。应用程序以汇编语言编写，充分利用芯片资源，提高了测量精度和代码执行效率，减小代码容量。利用单片机的PWM口以及V/I转换电路实现了4～20mA标准信号输出，此电路具有结构简单，调试方便，线性度好，温漂小等优点。■
参 考 文 献
[1]陈连生可燃气体探测器及其设置安装要领.石油工程建设.1996,(1):1～3
[2]国务院《可燃气体检测报警器规程》，2004,10
[3]济南聚鑫安防器材有限公司2009-04-27
[4]赵祺智能便携式可燃气体检测仪的开发与研制.吉林大学硕士学位论文2007
[5]唐红可燃性气体报警器的研制.哈尔滨工业大学硕士学位论文.2005-06-01