示例五、气敏传感器_mq4传感器引脚图

通过以下几个示例来具体展开学习,了解气敏传感器原理及特性，学习气敏传感器的应用：

示例五、气敏传感器

一、基本原理：随着人们生活水平的不断提高，人们对环境和健康问题越来越重视。各种燃气的广泛使用，使生产效率和人们的生活质量都得到提高，但是，燃气爆炸、中毒等意外事故时有发生，给人们的生命财产安全带来严重的威胁。为了做好安全防范，就应该实时监控生产、生活环境中使用的可燃气体、有毒气体的泄漏状况，及时发出报警信号，以保障生产和人身安全。
1、气敏传感器的特性
气敏传感器是指能将被测气体浓度转换为与其成一定关系的电量输出的装置或器件。它一般可分为：半导体式、接触燃烧式、红外吸收式、热导率变化式等等。对酒精敏感的电阻型气敏元件；当受到酒精气体作用时，它的电阻值变化经相应电路转换成电压输出信号，输出信号的大小与酒精浓度对应。传感器对酒精浓度的响应特性曲线、实物及原理如图所示。
(a)酒精浓度—输出曲线

（b）传感器实物、原理图

2、气体检测仪的系统结构
气体检测仪用单片机做控制核心，用MQ4气体传感器检测甲烷气体，用LCD1602液晶显示模块显示检测结果。当气体浓度超过预定值时，声光报警。如图617所示，系统分为六个模块
(1)气体传感器模块：用气体传感器对环境中的甲烷浓度进行采集。
(2)A-D转换模块：将传感器采集的模拟信号转换成数字信号，以便单片机处理。
(3)信号处理模块：采集后的数据通过单片机处理，将采集的数据转换为气体浓度信号，并和设气体传器片声光报警置的浓度信号进行对比，判断是否需要声光报警。
(4)液晶显示模块：实时显示气体浓度值按键
(5)声光报警模块：浓度超过设定报警值时实现声光报警。
(6)按键模块：用户可以通过此模块设置及调整系统参数。
气体检测仪的系统结构图：

二、气体检测仪的硬件设计
单片机选用AT89C51，液晶显示器选用LCD1602，A-D转换器选用ADC0809传感器选用MQ4甲烷气体传感器。

1. MQ-4甲烷传感器结构与引脚
   MQ4甲烷传感器的封装如图所示，其内部结构和引脚如图所示。它型A2O3陶瓷管、SnO2敏感层、测量电极和加热器构成。敏感元件固定在由塑料或不钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供必要的工作条件。封装好的气敏元件有六只状管脚，其中四个用于信号取出，两个用于提供加热电流。
   2)性能指标：MQ-4甲烷传感器适用天然气、甲烷等气体的检测。其性能指标如下。
   

3)性能特点
MQ4二甲烷传感器具有下列特点
(1)具有信号输出指示。
(2)两种信号输出：AOUT模拟信号输出、TTL高低电平输出
(3)TL端输出低电平时，信号指示灯亮。
(4)模拟输出电压范围为0~5V，电压越高表示气体浓度越高
(5)灵敏度较高。
(6)使用寿命长、稳定性好
(7)快速的响应恢复特性。
4)灵敏度特性曲线

MQ4甲烷传感器的灵敏度特性曲线如图620所示
其中：温度为20℃，相对湿度为65%，氧气浓度为21%，RL为20k2。
Rs：不同气体、不同浓度下的元件电阻值
R：在正常空气中的元件电阻值。
5)MQ4甲烷传感器的温湿度特性
MQ4甲烷传感器的温湿度特性曲线如图6-21所示。

R:20℃,33%RH条件下,1000pm甲烷中的元件电阻。
ks：不同温度、湿度下,1000pm甲烷中的元件电阻
6)MQ-4甲烷传感器模块

MQ4甲烷传感器模块电路如图6-22所示。传感器输出信号经过放大后送给ADC。
2．A－D转换
ADC08O9的数据输出编与单片机的P1口连接。由于ADC0809无内部时钟，需要一个外部时钟给它的 CLOCK端提供一个500kHz左右的时钟率，而单片机ALE端输出的率为单片机系统时钟的6分频，若单片机系统顺率为12MHz，则ALE为2MHz所以用了一个74LS74片对其进行四分颇，如图6-23所示。

ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。
（1）ADC0809的内部逻辑结构
由下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

3．系统原理
系统通过MQ-4甲烷传感器测量环境中甲烷浓度，用按键控制检测的开始与结束。当浓度大于设定值时，会发出声光报警（即红灯亮，蜂鸣器响）：正常状况下绿灯亮。其分频电路如图6-24所示。

图6-24系统原理图

三、数据记录：
1、霍尔传感器实验数据记录1

2、气敏传感器的电压/气体浓度曲线图

四、思考：
分析模数转换器ADC0809的工作原理？引脚中EOC和OE各起什么作用？
工作原理: 采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模、数转换的器件，其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
EOC：转换结束信号；OE：输出允许信号