氢气泄露检测系统的总体方案设计案例综述
目录
TOC\o1-3\h\u23322氢气泄露检测系统的总体方案设计案例综述 1
322281.1控制器的选择 1
269051.2氢气检测传感器的选择 2
45251.3显示器的选择 2
272741.4硬件总体方案 3
1.1控制器的选择
主控制器的选择方案有几种，分别如下所示。
方案一：采用52单片机作为主控制板。选择AT89S52作为主控芯片，优势是价格低廉，控制简单，使用极为灵活，软件编程自由度高[1]。不足之处是AD等功能需要靠外部扩展，这样就大大的增加了硬件电路设计的负担，同时又给软件调试带来了压力，此外，52保护能力很差，很容易烧坏芯片，对系统的长期运行存在很大的风险隐患，但是相对于其它类型的单片机。52具有性价比极高的优势。
方案二：选择STM32F103VET6作为主控芯片，其使用的是M3内核，工作频率最高可达到72MHz，32位的处理器使用起来十分稳定且快速[2]，适合作为系统主控长期使用，具有性能良好、开发成本以及功耗低的优点。而且STM32系列单片机能够实现在线的一个硬件仿真，通过仿真器即可实现快速的程序编译和下载，大大的提高了系统的开发周期。但是32开发比较麻烦，可编程程度相比较于52高一些，使用之前还需要进行硬件的配置等[3]，且价格上比52贵很多，性价比不高。
方案三：使用32位的DSP作为系统的控制核心。第一步是把小信号的送入到DSP内置AD采集引脚上，再把采集到的电流数据发送到LCD1602液晶显示屏上，使用这种方案非常的方便，不用外设AD采集电路模块，稳定性也好[4]，但是使用这种技术成本比较高，程序的编程比较复杂，远远增大了系统的开发周期。
方案四：选择arduino单片机最为主控系统，它具有以下的特点：
1、可靠性高；扩展性好；控制功能更强；外部输入的电压的动态范围比较大、消耗的功率也比较的低[5]，可以输出的电压分别为5V，3.3V；
2、芯片内部可以保存很多信息数据，其集成了2KB的SRAM存储器，1KBEEPROM存储器。
3、微处理器ATmega328，8位微处理器，片内包含32KBFlash，运行时钟频率为十六兆[6]；
但是价格较高、有时会存在手动复位问题、性能也不是很好、编译原理和其他arduino的avr主控不太一样，深层开发有些麻烦。
综合上述，选择方案一的52作为主控芯片设计。
1.2氢气检测传感器的选择
方案一：选择MQ-8传感器
MQ-8气体检测传感器设备采用当下最常用的气敏高分子高性能材料设计而成，遇到不同浓度的空气时会导致内部的电导率发生变化，并且变化的范围是一个线性的，如果空气质量比较清洁，那么内部的电导率的参数会比较低；如果该传感器检测到空气已经被大量的污染时，那么其内部的电导率就会增加并输出到控制电路中返回给控制器进行分析和处理[7]。这款传感器的灵敏度非常的高，对氢气、氨气、硫化物等一些高浓度的气体检测比较准确，可以检测多种有害的气体，性价比也是比较高。
方案二：选择ZP07-MP503传感器
使用ZP07-MP503空气质量检测传感器作为室内空气质量检测设备，这款传感器设备对甲醛、苯、一氧化碳等多种有害气体的检测异常的灵敏，并且在投入市场之前已经经过大量的测试，如老化、标定等行业标准的测试环节，可以进行长期的室内空气质量的检测，内部还集成了自动故障判断电路，同时采用电能损耗低设计的理念进行设计，具有使用寿命长，性价比高的特点，非常适合使用在一些室内气体监测的场合[8]。
综上所述，选择方案一作为发电厂氢气泄露检测传感器设计。
1.3显示器的选择
方案一：七段数码管显示；
七段数码管是一类价格十分低廉，同时使用十分简单的器件，通过对其各个管脚输入与其相对应的电流，让其发亮，就可以显示出数字，从而可利用其显示出日期，时间，温度等用数字表示的参数。七段数码管在与日常生活贴近的领域中十分广泛，如空调，冰箱，热水器等家用电器，采用的基本都是数码管。需要注意的是，七段数码管的发光管十分容易损坏，在电流短时间过载时，发光管就可能被永久性的损坏，所以要保证数码管有恒定的工作电流，一般采用恒流驱动电路来防止这一问题[9]。
方案二：LCD液晶屏显示。
尽管七段数码管在价格上要比液晶屏幕便宜一些，但是其存在的缺陷就是仅仅使用单段数码管无法显示一些能反映关键信息的字符，显示的样式相对单一。此外，如果要显示大量关键数值，需要并联多段数据管，这样就需要额外拓展一些译码器电路，在有限的资源下难以实现设计的要求。与七段数码管相比，LCD可视化液晶显示屏幕集成度更高，且在高温高压的环境下还能保持正常的工作，此外，硬件电路搭建也相对简单一些，占用控制器的I/O资源相对较少[10]，