隨著生活水平的提高，越來(lái)越多的家庭開(kāi)始使用燃?xì)狻１M管燃?xì)夥浅７奖?，但如果不注意安全，很容易引起一系列的危險(xiǎn)和事故。燃?xì)庑孤┦瞧渲凶顕?yán)重的問(wèn)題之一。為了解決這個(gè)問(wèn)題，許多煤氣公司和科學(xué)家們都開(kāi)發(fā)了許多種不同的燃?xì)鈭?bào)警裝置。本文將介紹基于半導(dǎo)體甲烷傳感器的“智能型”家用燃?xì)鈭?bào)警裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

一、半導(dǎo)體甲烷傳感器原理

半導(dǎo)體甲烷傳感器的工作原理是通過(guò)半導(dǎo)體材料在氣體作為載流子時(shí)的電阻變化來(lái)檢測(cè)氣體濃度。當(dāng)待檢測(cè)氣體接觸到了感受元件表面，由于固定在微加工的氧化物薄膜表面上的金屬團(tuán)簇對(duì)周?chē)纬蓭缀蹙鶆虻膱?chǎng)強(qiáng)，因而可能形成一個(gè)PN結(jié)。 對(duì)其加以適當(dāng)?shù)钠秒妷?，?dāng)待檢測(cè)氣體分子作為載流子被少量地修飾后，電流便會(huì)出現(xiàn)明顯的變化。半導(dǎo)體氣敏元件的電性能隨著環(huán)境溫度、加工、使用方式和工作電壓的變化而變化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這些因素。

二、“智能型”家用燃?xì)鈭?bào)警裝置組成

“智能型”家用燃?xì)鈭?bào)警裝置一般由甲烷傳感器、微處理器、聲光報(bào)警模塊和電源模塊等組成。例如，可以使用MQ-4甲烷氣敏元件作為傳感器感受元件，STM32微控制器作為主控制芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與計(jì)算，并通過(guò)蜂鳴器、LED燈或者液晶顯示屏進(jìn)行報(bào)警提示，并與家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看報(bào)警信息。

三、工作流程

該燃?xì)鈭?bào)警裝置的工作流程如下：

感應(yīng)：甲烷氣體泄漏時(shí)，周?chē)鷼怏w會(huì)擴(kuò)散到室內(nèi)空氣中，在一定濃度范圍內(nèi)，更容易接觸到煙霧檢測(cè)器敏感元件表面上的金屬團(tuán)簇。

檢測(cè)：當(dāng)待檢測(cè)氣體（即甲烷氣體）進(jìn)入傳感器感知元件內(nèi)，將發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致氣體濃度發(fā)生變化。

采樣：甲烷傳感器的電路對(duì)濃度進(jìn)行采樣并量化，利用轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)于微控制器中以合適的掃描時(shí)間、采集頻率采集并檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。

處理：微處理器在定時(shí)中斷或檢測(cè)到設(shè)定的極值時(shí)，讀取多次信號(hào)變化后的平均值或者峰值，并與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值作比較。

報(bào)警：若數(shù)值超過(guò)設(shè)置的閾值，則由發(fā)出報(bào)警聲光信號(hào)和室內(nèi)蜂鳴器刺激本地居民提醒危險(xiǎn)的存在，同時(shí)向家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上報(bào)告安全事件，遠(yuǎn)程通知主人進(jìn)行確認(rèn)和排查。

四、總結(jié)

隨著技術(shù)的不斷升級(jí)，基于半導(dǎo)體甲烷傳感器的“智能型”家用燃?xì)鈭?bào)警裝置已經(jīng)成為燃?xì)獍踩袠I(yè)的一種標(biāo)準(zhǔn)配置。期望這種高精度、低碳、低成本、遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)等特點(diǎn)的裝置可以應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域，幫助我們避免燃?xì)庑孤┮鸬奈ｋU(xiǎn)。