图3.6 基本测试电路
灵敏度特性曲线，图中纵坐标为传感器的电阻比(RS/RO)，横坐标为气体浓度。RS表示传感器在不同浓度气体中的电阻值RO表示传感器在1000ppm甲烷中的电阻值。如图3.7所示。
图3.7 灵敏度特性曲线
表3.7 技术指标
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产品型号 产品类型 标准封装 检测气体 检测浓度 标准电路条件 标准测试条件下气敏元件特性 标准测试条件 浓度斜率 ? ≤0.6 20 o C-2 o C；65% RH VC：5.0V ± 0.1V VH：5.0V ± 0.1V 不少于48小时 回路电压 加热电压 负载电阻 加热电阻 加热功耗 敏感体表面RS 电阻 灵敏度 S Rs (在空气中) / Rs (5000 ppm甲烷) ≥5 2k-20 k在5000ppmCH4 VC VH RL RH PH MQ4 半导体气敏元件 胶木（黑胶木） 天然气、甲烷 300-10000ppm （甲烷、天然气） ≤24V DC 5.0V ± 0.2V AC or DC 可调 313（室温） ≤900mW 温度、湿度 标准测试电路 预热时间 3.3 本章小结
本章介绍半导体气体传感器工作原理。为了对甲醛、甲烷、一氧化碳检测，分别采用了MQ-138、MQ-7、MQ-4三种传感器，本部分详细介绍了传感器的工作原理，及测量信号与浓度值得对应关系。为后面硬件部分的选材提供基础来更好的实现本设计的意义与目的。
4 系统硬件设计
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4.1 系统总体方案的设计 4.1.1 设计思路
本设计采用甲醛传感器、甲烷传感器、一氧化碳传感器等多种传感器组成传感器阵列，通过传感器阵列能把气体中的特定成分检测出来，并将其转化为电信号，然后采用ADC0809转换器将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，运用AT89C51单片机进行数据处理和计算，并通过LED显示气体种类和浓度信息，这样就实现了对多种气体的定性识别和检测。 4.1.2 系统功能框图
如图4.1所示气体检测系统主要由采集部分，转换部分，显示部分，报警部分构成。
图4.1 气体检测系统功能框图
4.2 硬件电路设计
本设计硬件电路由信号放大、数据采集、单片机最小系统、结果显示和报警等部分组成，本设计所用到的芯片有LM358运算放大器，AD0809模数转换芯片，AT89C51单片机还有一些气体传感器、复位电路、驱动电路、LED显示模块。 4.2.1 LM358运算放大电路设计
由于气体传感器输出的电压值过低，无法直接使用A/D读取，必须要加入放大电路，对电压放大然后再经过A/D读取。在此，选择LM358作为运算放大器。LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电
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流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合[21]。
LM358具备以下特性：内部频率补偿；直流电压增益高(约100dB)；单位增益频带宽(约1MHz)；电源电压范围宽：单电源(3-30V)、双电源(±1.5-±15V) ；低功耗电流，适合于电池供电；低输入偏流，低输入失调电压和失调电流；共模输入电压范围宽，包括接地；差模输入电压范围宽，等于电源电压范围；输出电压摆幅大（0 至Vcc-1.5V）
[22]
。
图4.2 LM358内部结构图
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图4.3 运放电路图
4.2.2 数据转换的设计
数据转换工作主要由AD0809模数转换芯片完成。由气体传感器阵列输出的微弱电信号，经各自信号放大电路对信号进行预处理，使其转换为0-5V范围内变化的直流信号，送到A/D转换电路变为数字信号，对其进行数据采集处理[23]。
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。
ADC0809的内部结构框图见图4.4。由图4.4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[24]。
图4.4 ADC0809的内部结构框图
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