［摘要］文章应用红外吸收原理，设计了基于C8051F340单片机的嵌入式甲烷气体检测系统。该系统应用新一代、高性能的CIP-51单片机，实现了气体浓度的测量。通过USB接口实现与PC机的数据通信，完成了实验数据存储。该检测系统根据温度的实时测量值，并应用最小二乘法对甲烷气体浓度测量值进行温度校正。
　　［关键词］甲烷；嵌入式系统；最小二乘法；USB接口；C8051F

　　一、引言
　　
　　甲烷是一种无色、无味的易燃、易爆气体，其浓度检测，在煤炭、石化、农业、环保和城市生活燃气等诸多领域有着广泛应用。近年来，红外吸收式气体检测技术有了长足发展，正成为迅速发展起来的有效技术手段。它具有精度和灵敏度高，响应速度快，测量范围大，寿命长、可靠性好等一系列优点[1]，受到国内外的广泛重视。
　　本文应用甲烷气体红外吸收原理，以高性能的C8051F340单片机[2]为核心，设计了基于单片机的数据采集系统，实现了甲烷气体浓度的测量。该系统同时实现了对环境温度的实时测量，并采用最小二乘法对气体浓度测量值进行了温度校正，以消除温度对气体浓度检测的影响。该系统所采用的C8051F340单片机内部集成了USB控制器和10位的AD转换器，有效减小了测量系统的体积，提高了测量的准确性和可靠性。
　　
　　二、工作原理与硬件系统组成
　　
　　甲烷气体浓度的检测基于气体对红外辐射的吸收原理。当红外光通过一定浓度的被测甲烷气体时，气体分子吸收了某些特定频率的红外辐射，透射光的强度随之变小。其吸收关系遵循Lambert-Beer定律[3]： 可见，透射光与入射光强度之比是气室长度L，吸收截面 和被测气体浓度C的函数。通过测量入射光和透射光的强度就能测出气体的浓度。
　　测量系统由红外甲烷气体测量系统和温度测量系统组成，如图1所示。甲烷气体浓度测量系统由红外甲烷传感器、信号调理电路、AD转换电路构成,单片机控制AD转换，完成甲烷浓度电压信号的采集。温度测量系统以温敏电阻为敏感元件，通过放大、滤波，AD转换，由单片机完成温度电压信号的采集。单片机根据实时测得的温度值，应用最小二乘法对气体浓度测量值进行温度校正。该系统具有LCD显示和报警功能，实验数据可通过USB接口传送给上位PC机。上位机将获得的实验

[1] [2] [3] 下一页