基于多传感器的实验室气体检测报警系统设计与实现

基于多传感器的实验室气体检测报警系统设计与实现

张雲豪 李鸽鸿

绍兴文理学院 浙江 绍兴 312000

摘 要：空气污染逐渐成为关注的焦点。但实验室气体的安全检测却没有引起人们更多的重视，实验室中的化学材料包含了许多易挥发、可燃且有毒的物质，其污染以及危害不言而喻。本实验通过基于空气质量传感器和可燃气体传感器来对实验室中气体进行实时监测，对实验室空气浓度改变进行实时反馈，并设定正常的空气浓度范围，在检测结果超出其浓度范围时响应对应的报警系统，达到提醒实验室人员的作用。

关键词：空气质量传感器、可燃气体传感器、报警系统

1 系统的设计思想

该系统可以实现实时监控实验室中空气的质量，保障实验室研究人员的安全，并且对于空气污染程度较高的实验环境，其空气质量传感器也会在其检测数值较高的情况下发送报警提醒，保证实验环境空气良好的状态。。主要功能包括：(i) 利用空气质量传感器实时监测并采集实验室空气质量的数据值；(ii) 利用可燃气体传感器实时监控实验室空气中是否存在易燃气体并反馈；(iii) 通过空气质量传感器和可燃气体传感器采集到的气体数值与对应的临界点进行比较，如果超过临界值，则将信息反馈给报警系统，；(iv) 报警系统接收到空气质量传感器或可燃气体传感器反馈过来的信息，则触发报警装置，启动报警；(v)报警装置触发之后，查看其报警装置反馈的信息，判断空气质量传感器还是可燃气体传感器触发的报警，区分气体性质，然后根据其数值的大小程度来判断其严重程度，之后采取相应的措施来改善其实验室空气质量，保证实验室环境安全。

2 系统的开发与实现

2.1 系统组成

气体检测报警系统由空气质量传感器模块、可燃气体传感器模块和报警装置模块组成。

2.2 系统各传感器的实验原理

（1）空气质量传感器

空气质量传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO₂)。当传感器所处环境中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

空气质量传感器（MQ-135）对氨气、硫化物、苯系蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其它有害气体的监测也很理想。这种传感器可检测多种有害气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

当检测到空气质量有变化时，ADC转换的值会发生变化。

（2）可燃气体传感器

MQ-2 型可燃气体/烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式 N 型半导体。MQ-2/MQ-2S 气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

当检测到附近有可燃气体时，ADC 转换的值会发生变化。

2.3 系统功能实现

(1) 空气质量传感器采集数据

空气质量数值采集是针对实验室环境空气进行24小时实时监测的功能实现，对于其检测出的数值来进行比对临界值，当其数值超过设定的临界值500时，就将其采集到的信息发送给报警系统，报警系统接收到传感器传送过来的信息，就触发报警装置，报警信号灯提示。

(2) 可燃气体传感器采集数据

可燃气体数值采集同样是针对实验室环境空气进行24小时实时监测的功能实现，对于其检测出的数值来进行比对临界值，当其数值超过设定的临界值800时，就将其采集到的信息发送给报警系统，报警系统接收到传感器传送过来的信息，就触发报警装置，报警信号灯提示，与空气质量传感器不同的是其数值的变化只会在有可燃气体环境下出现较大的数值变化，专用于判断可燃气体的泄漏。

(3) 数据对比临界值

数据对比是利用空气质量传感器和可燃气体传感器采集到的数值分别与其设定的临界值进行比较，判断是否高于所设定的临界值，如果高于，则发送反馈信息给报警装置，报警装置触发报警信号；如果低于，则不发送反馈信息，继续进行实时监测。

(4) 报警装置响应

报警装置接收到反馈信息后，开启报警灯循环呼吸灯，颜色为红色并闪烁，蜂鸣器发出声响，提醒人们有可燃气体泄漏或污染气体，为后续的解决措施做准备。

3 系统测试

3.1 空气质量传感器测试

启动空气质量传感器测试，开始进行空气质量检测，首先正常环境状态下空气质量数值为257左右，然后改变传感器感应装置附近的空气质量，使用打火器代替进行气体的排放，然后可以发现其数值飙升到了2047，对比临界值500可以发现其远超其数值，然后将该信息反馈给警报装置来进行报警信号。

3.2 可燃气体传感器测试

启动可燃气体传感器测试，开始进行判断可燃气体是否存在的检测，首先正常环境状态下可燃气体数值为280左右，然后开始释放可燃气体，选择使用打火器进行可燃气体的排放，然后可以看到其数值飙升到了2047，对比临界值800可以发现其远超其数值，然后将该信息反馈给警报装置来进行报警信号。

3.3 报警装置测试

报警装置是对实验环境下是否存在可燃气体以及污染气体的一项最直接的说明，通过查看报警装置是否出现红灯闪烁以及持续蜂鸣可以判断实验环境是否安全，所以报警装置是实验室气体检测报警系统最后的一个环节，同时也是最直观反应现状的装置。

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