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随着社会的发展，可燃气体不但在工业上大量应用，民用建筑中可燃气体的用量也大大增加。如果发生泄漏，就会对人们生命财产安全造成重大威胁。因此高质量、高性能、高可靠性、低成本、低功耗的可燃性气体报警器不但可以应用在工业场合，也是智能建筑中智能防火报警系统的重要组成部分。
目前我国生产的智能型可燃气体报警器普遍存在寿命短、稳定性差、调校周期短等问题。因此，有必要研制高性能的报警器来解决上述问题。智能报警器依靠其自身具备的智能功能及系统组态能力，可灵活适应多种不同的应用场合与使用要求。它能自动对信息采集，信息处理模式及通讯速率等进行优化，在量程改变、量纲改变，要求的输出信号形式改变等情况下，仅通过简单的系统组态即可实现，无需修改硬件，增加了系统的适应能力。
一、系统硬件设计、
1．总体方案的选定
在设计可燃气体报警器时，其基本出发点就是利用现有工艺条件采用微型计算机处理技术提高报警器精度等级和工作稳定性，拓展其功能并赋予其智能化特征。使报警器不仅能够及时准确地检测可燃气体含量，同时尽可能减少不必要的人工操作，提高工作效率。因此整个报警器系统总体设计方案的确定要围绕优化系统设计这个原则，尽量减少硬件电路的复杂程度，发挥计算机处理功能强大的优势，提高系统工作的可靠性。有鉴于此，同时根据系统要求确定该系统总体设计方案如图1所示。
4．红外发射与接收
红外遥控发射器中的红外发射专用电路能对按键信号进行编码，并将编码信号调制到38kHz左右的载波上送到激励部分进行二次调制，变成红外光信号发射出去。在接收端通过专用接收芯片实现光电转换，恢复遥控编码信号。单片机部分则对专用接收电路恢复出来的遥控编码信号进行识别和判断，在完成检测和正确译码后根据事先的约定发出控制信号，从而执行相应操作。
接收器采用红外线一体化接收器HS0038，不需要任何外接元件就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样。它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输接收器。HS0038输出信号直接送入单片机PICl6F877的INT引脚，由单片机译码并实施相应的操作。
5．自校准电路
载体催化元件是可燃气体报警器的主要部件，但目前国内生产的此类报警器在使用一段时间后，其电器特性都会发生变化，会使输出零点漂移、灵敏度下降、线性度变坏。为延长可燃气体报警器的连续使用时间，可以通过自校准电路，使仪器在足够长的使用时间内能够自动调整零点，自动补偿漂移。
载体催化元件是通过发生电化学反应，形成无焰燃烧来工作的。在可燃气体浓度为零的情况下，反应无法进行。同样，人为的降低施加在报警器上的工作电压，当电压小到一定程度时，即使可燃气体浓度不为零，电化学反应也无法进行。根据这一一特性可以找到一个门限电压Vd，给测量桥路供电，使在含有可燃气体的环境中电化学反应刚好停止，然后，在报警器电路中使用数字调压的方法，即通过MCU控制测量电路的工作电压使其降到vd，测出此时测量放大电路的输出值，此数值即零点值。这样，实际测量时减去此值即可。自校准电路的原理图如图3所示。正常使用状态时，MCU通过D／A转换和工作电压调节电路各报警器测量电路提供稳定的工作电压，使测量电路处于正常的工作状态，当需要自动校准时MCU给测量电路提供电压vd，用测得的新的零点补偿值去刷新老值。
二、系统软件设计
随着现代技术的发展，智能传感器正逐步走向成熟，它的主导思想是利用软件代替和简化硬件，利用基本的硬件电路和软件技术达到系统多功能集成，容易修改的要求。其系统功能的主要实现是依靠软件的设计来完成的。
本文所述系统的软件主要包括：初始化与自检子程序、红外遥控译码子程序、采样子程序、滤波子程序、零位漂移自校准子程序、非线性修正子程序、E2PROM读写子程序、信号输出子程序、LED显示子程序。、
1．A／D转换子程序
A／D转换子程序依照以下步骤进行：
(1)设置ADC模块：(2)开放A／D中断，开放相应的中断使能位；(3)等待所需要的采样时间；(4)将控制兼状态位置l，启动A／D过程：(5)等待A／D转换完成；(6)读取相应的A／D转换结果寄存器送入指定地址进行处理：
2．数字滤波子程序
A／D转换之后的随机误差主要是由窜入单片机的随机干扰引起的，虽然这种误差不能在硬件予以根除，但在多次测量中符合统计规律。另外由于包括报警器在内的各测量环节硬件本身的固有误差，往往达不到测量的精度，在这种情况下，可以采取数字滤波的方法。数字滤波就是按统计规律用软件来消除随机误差的算法，具有成本低，可靠性高，滤波稳定的特点，而且通过修改滤波程序和运算参数，即可改变滤波特性。
本系统软件采用了两级移动式算术平均法，以克服随机误差对最终读数的影响。将N设为32，即求32次的移动平均值，起到了很好的稳定读数的作用。
3．零位漂移自校准
传感器及外围电路受外界环境影响会产生一定漂移，长时间工作受老化等环境变化因素影响就可能产生较大的零点漂移。为了使系统在长时间工作后仍能够精确读数，在软件中使用了零位漂移自校准方法。单片机在加电复位时将E2PROM中的零点补偿值读出，以后定期地自动给测量电路输出门限电压vd，测得零点补偿值去刷新老值(硬件部分已有介绍)。以后每测到一个数据都减去零点补偿值即可。这样就可以实时地更新零点补偿值，实现自动校准零位。
4．红外遥控子程序
红外遥控的解码过程就是检测出每位串行数据，并将完整的串行数据变成并行数据。这一工作可由单片机的硬件和软件结合完成。遥控信号接单片机的中断INT，定时器T2工作于内部16位定时，且不允许中断。将INT中断设为下降沿触发方式，单片机首先检查引脚上是否有下降沿到来，若有，表示传送码到来，启动T2定时器定时0.7ms，即单片机在0.7ms是对INT引脚采集，高电平为“0”、低电平为“1”。将数据位左移即可得到完整的两字节数据。移位的同时在高位字节寻找先导码“BEH”，高位找到先导码后即可确定低位为键位码。根据键位码即可进行分支控制，完成各种功能。
三、结束语
本文对可燃气体报警器的硬件及软件进行了全面设计，整个系统在优化硬件配置的基础上采用小型化、一体化设计，所有电路芯片采用低价格、小体积、高集成度器件从而电路板尺寸很小。具有加工工艺简单，灵敏度高等特点，将有广泛的用途。软件中设计了较完善的智能算法，在采用低价格8位微控制器及要求快速数据处理的情况下，通过优化算法和编程，实现了零位漂移自校准等多种智能化特性，使报警器具有了较高的智能化程度。
目前我国生产的智能型可燃气体报警器普遍存在寿命短、稳定性差、调校周期短等问题。因此，有必要研制高性能的报警器来解决上述问题。智能报警器依靠其自身具备的智能功能及系统组态能力，可灵活适应多种不同的应用场合与使用要求。它能自动对信息采集，信息处理模式及通讯速率等进行优化，在量程改变、量纲改变，要求的输出信号形式改变等情况下，仅通过简单的系统组态即可实现，无需修改硬件，增加了系统的适应能力。
一、系统硬件设计、
1．总体方案的选定
在设计可燃气体报警器时，其基本出发点就是利用现有工艺条件采用微型计算机处理技术提高报警器精度等级和工作稳定性，拓展其功能并赋予其智能化特征。使报警器不仅能够及时准确地检测可燃气体含量，同时尽可能减少不必要的人工操作，提高工作效率。因此整个报警器系统总体设计方案的确定要围绕优化系统设计这个原则，尽量减少硬件电路的复杂程度，发挥计算机处理功能强大的优势，提高系统工作的可靠性。有鉴于此，同时根据系统要求确定该系统总体设计方案如图1所示。
4．红外发射与接收
红外遥控发射器中的红外发射专用电路能对按键信号进行编码，并将编码信号调制到38kHz左右的载波上送到激励部分进行二次调制，变成红外光信号发射出去。在接收端通过专用接收芯片实现光电转换，恢复遥控编码信号。单片机部分则对专用接收电路恢复出来的遥控编码信号进行识别和判断，在完成检测和正确译码后根据事先的约定发出控制信号，从而执行相应操作。
接收器采用红外线一体化接收器HS0038，不需要任何外接元件就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积和普通的塑封三极管大小一样。它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输接收器。HS0038输出信号直接送入单片机PICl6F877的INT引脚，由单片机译码并实施相应的操作。
5．自校准电路
载体催化元件是可燃气体报警器的主要部件，但目前国内生产的此类报警器在使用一段时间后，其电器特性都会发生变化，会使输出零点漂移、灵敏度下降、线性度变坏。为延长可燃气体报警器的连续使用时间，可以通过自校准电路，使仪器在足够长的使用时间内能够自动调整零点，自动补偿漂移。
载体催化元件是通过发生电化学反应，形成无焰燃烧来工作的。在可燃气体浓度为零的情况下，反应无法进行。同样，人为的降低施加在报警器上的工作电压，当电压小到一定程度时，即使可燃气体浓度不为零，电化学反应也无法进行。根据这一一特性可以找到一个门限电压Vd，给测量桥路供电，使在含有可燃气体的环境中电化学反应刚好停止，然后，在报警器电路中使用数字调压的方法，即通过MCU控制测量电路的工作电压使其降到vd，测出此时测量放大电路的输出值，此数值即零点值。这样，实际测量时减去此值即可。自校准电路的原理图如图3所示。正常使用状态时，MCU通过D／A转换和工作电压调节电路各报警器测量电路提供稳定的工作电压，使测量电路处于正常的工作状态，当需要自动校准时MCU给测量电路提供电压vd，用测得的新的零点补偿值去刷新老值。
二、系统软件设计
随着现代技术的发展，智能传感器正逐步走向成熟，它的主导思想是利用软件代替和简化硬件，利用基本的硬件电路和软件技术达到系统多功能集成，容易修改的要求。其系统功能的主要实现是依靠软件的设计来完成的。
本文所述系统的软件主要包括：初始化与自检子程序、红外遥控译码子程序、采样子程序、滤波子程序、零位漂移自校准子程序、非线性修正子程序、E2PROM读写子程序、信号输出子程序、LED显示子程序。、
1．A／D转换子程序
A／D转换子程序依照以下步骤进行：
(1)设置ADC模块：(2)开放A／D中断，开放相应的中断使能位；(3)等待所需要的采样时间；(4)将控制兼状态位置l，启动A／D过程：(5)等待A／D转换完成；(6)读取相应的A／D转换结果寄存器送入指定地址进行处理：
2．数字滤波子程序
A／D转换之后的随机误差主要是由窜入单片机的随机干扰引起的，虽然这种误差不能在硬件予以根除，但在多次测量中符合统计规律。另外由于包括报警器在内的各测量环节硬件本身的固有误差，往往达不到测量的精度，在这种情况下，可以采取数字滤波的方法。数字滤波就是按统计规律用软件来消除随机误差的算法，具有成本低，可靠性高，滤波稳定的特点，而且通过修改滤波程序和运算参数，即可改变滤波特性。
本系统软件采用了两级移动式算术平均法，以克服随机误差对最终读数的影响。将N设为32，即求32次的移动平均值，起到了很好的稳定读数的作用。
3．零位漂移自校准
传感器及外围电路受外界环境影响会产生一定漂移，长时间工作受老化等环境变化因素影响就可能产生较大的零点漂移。为了使系统在长时间工作后仍能够精确读数，在软件中使用了零位漂移自校准方法。单片机在加电复位时将E2PROM中的零点补偿值读出，以后定期地自动给测量电路输出门限电压vd，测得零点补偿值去刷新老值(硬件部分已有介绍)。以后每测到一个数据都减去零点补偿值即可。这样就可以实时地更新零点补偿值，实现自动校准零位。
4．红外遥控子程序
红外遥控的解码过程就是检测出每位串行数据，并将完整的串行数据变成并行数据。这一工作可由单片机的硬件和软件结合完成。遥控信号接单片机的中断INT，定时器T2工作于内部16位定时，且不允许中断。将INT中断设为下降沿触发方式，单片机首先检查引脚上是否有下降沿到来，若有，表示传送码到来，启动T2定时器定时0.7ms，即单片机在0.7ms是对INT引脚采集，高电平为“0”、低电平为“1”。将数据位左移即可得到完整的两字节数据。移位的同时在高位字节寻找先导码“BEH”，高位找到先导码后即可确定低位为键位码。根据键位码即可进行分支控制，完成各种功能。
三、结束语
本文对可燃气体报警器的硬件及软件进行了全面设计，整个系统在优化硬件配置的基础上采用小型化、一体化设计，所有电路芯片采用低价格、小体积、高集成度器件从而电路板尺寸很小。具有加工工艺简单，灵敏度高等特点，将有广泛的用途。软件中设计了较完善的智能算法，在采用低价格8位微控制器及要求快速数据处理的情况下，通过优化算法和编程，实现了零位漂移自校准等多种智能化特性，使报警器具有了较高的智能化程度。