用于可燃气体信号采集的数字显示探头设计方案

路采用霍尔元件A44，它可置于表头内部，提高了探头的安全性，从而改进了按键易受腐蚀，不利于装置密封的缺点。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值时，霍尔输出管导通，输出低电平。相反，则霍尔输出管截止，输出高电平。对于可燃气体检测仪，声光报警部分必不可少。当可燃气体浓度小于安全值时绿灯亮，但可燃气体浓度大于安全值时红灯亮，同时伴随蜂鸣器响。即当检测到可燃气体在空气中所占的比例超标时，就发出声光警报，防止由可燃气体含量过高而发生意外事故。如图3所示。

　　2.5 电源模块设计

　　控制系统采用统一的24 V直流电源供电，但是AT89C51和TGS842传感器需要+5 V电源，而OP07需要-5 V电源，这就需要电压转换单元。可用MC34063芯片来实现+24 V到+5 V的电压转换。MC34063芯片是单片式DC/DC变换器。图4为采用MC34063芯片构成的开关降压电路。当芯片内部开关管导通时，电流经 MC34063的1脚、2脚给电感L1，L2，电容G3和负载供电，同时电感L1，L2存储能量;当内部开关管断开时，由电感L1，L2继续给电容C3和负载供电，输出+5 V电源电压。如图5所示。

　　ICL7660内含四个模拟开关S1～S4，由内部振荡器控制、按一定顺序通断。两个普通的电解电容C2和C3分别接到脚2和脚4以及脚5。当S1和S3 闭合，S2和S4断开时，C2被充电至+5 V。过一段时间，当S1和S3断开，S2和S4闭合时，C2上的电荷便向C3上转移。数次循环后，C3上的电压便等于-5 V，从而实现了正电压到负电压的变换。

　　3 软件设计

　　系统的软件功能主要包括：被检测气体浓度信号A/D转换、防脉冲干扰平均值滤波、状态指示灯及按键功能设置、用液晶显示模块显示气体浓度值和报警电路设计等。主程序流程如图6所示。

　　3.1 报警电路的设计

　　报警程序的设计思想是首先将报警值输入Xmax单元，然后获取本次采样值Xi与Xmax进行比较。若小于报警值，则本次采样正常，可将正常值送入 RESULT单元，并置标志位O(表示正常)。若大于报警值，则转入报警处理。进行报警处理时，首先判断上一次采样是否正常，如果正常，即可重新采样，置允许检测不正常次数N，然后在转入报警处理程序;如果不正常，则检测一下是否连续N次不正常。是，则报警;不是，则再把剩下的允许连续不正常的次数Z存入计数单元，然后再进行报警处理，置本次采样不正常标志返回主程序。报警电路程序流程如图7所示。

　　3.2 滤波电路的设计

　　工作环境的变化可能会使气体传感器在对气体浓度采样时遇到尖脉冲干扰。这种干扰一般持续时间短，峰值大。在对其进行数字滤波处理时，仅仅采用算术平均或移动平均滤波只能对脉冲干扰进行1/n处理，其剩余值仍然较大。最好的策略是去掉将受干扰信号的数据，即防脉冲干扰平均值滤波法。算法是：对连续的n个数据进行排序，去掉最大和最小的2个数据，将剩余数据求平均值。为了加快数据处理速度，n的取值为8。

　　但是该算法还存在一个不足之处，就是每采集一个数据就要进行一次排序，这样会大量占用系统时间解决的办法就是在系统中用两个变量来存储当前n个数据的最大值和最小值在这个数组中的偏移量，只有被新输入数据覆盖的数据正好是当前的最大或最小值时，才会在下个数组中查找最大或最小值;这样在其他情况下，只要将输入数据与最大值和最小值比较就可以修改最大值和最小值了，而且不用进行数据排序。滤波电路软件流程图如图8所示。

　　4 结语

　　本文所设计的可燃气体数字显示探头具有结构稳定、测量精度高、利于密封和可维护性好等特点。该仪器用LCD显示可燃性气体浓度，在其浓度达到设定浓度时发出声光报警。具有的故障自诊断功能能快速重复检测和延时报警。同时报警器还能与上位机控制系统进行通信，既可以实时传送气体浓度检测数据给控制系统以记录保存，也可以利用上位机控制系统实现远程实时检测和联动装置的控制等功能。