51单片机车内气体浓度监测系统设计+源程序+电路图(3)
2.1 氧气浓度正常范围及变化原因
正常条件下，空气中氧气浓度大概在20.9%左右，当氧气浓度低于19.5%时，人体就会出现判断力下降，呼吸急促，头痛，眩晕等症状。一项统计表明，成年人在静息状态下，每分钟大概会吸入空气6.5L，而在呼出气体中，氧含量会下降到约17%。即便大部分车辆舱都有通气设施，但仍不能使车内空气与外界空气完全流通，进而导致氧气浓度降低。
2.2 气体传感器的类型及工作原理
按照气敏特性来分，气体传感器可分为：半导体型、电化学型、固体电解质型、接触燃烧型、光化学型等类型，其中又以前两种最为普遍。
2.2.1 半导体型气体传感器原理及特点
半导体型气体传感器利用金属氧化物薄膜制成阻抗器件，当接触空气时，金属氧化物会进行还原反应，使得传感器电阻值发生相应变化。为了让金属氧化物尽快还原到初始状态，通常采用加热的方法促进其氧化反应速度。加热器的加热能力能够直接影响到传感器的测量稳定水平。
半导体气体传感器是目前应用最广泛、最可靠的一类气体传感器。它具有结构简单、成本便宜、测量灵敏度高、响应速度快、对湿度敏感低、寿命长等优点。缺点是必须在高温下工作，导致稳定性不理想，而且气体选择性差。
2.2.2 电化学气体传感器
电化学气体传感器通过检测电流的大小来判断气体的浓度，有供电和不供电两种类型，可以检测包括氧气在内的多种气体。 它具有灵敏度高，选择性好的优点，缺点是使用寿命偏短。
2.2.3 半导体传感器和电化学传感器的比较
半导体气体传感器简单低价，但是稳定性和选择性差，大多使用在民用方面。电化学气体传感器选择性良好，灵敏度高，大多在工业方面使用。
2.2.4 固态电解质气体传感器
固态电解质气体传感器以固体电解质作为气敏材料，当通气时固体电解质产生离子形成电动势，反应出气体的浓度。其性能介于半导体传感器和电化学传感器之间。选择性，灵敏度优于半导体传感器，寿命比电化学传感器长，缺点是响应时间过长。
2.2.5 接触燃烧式气体传感器
接触燃烧式气体传感器比较局限，只能测量可燃气体。可燃性气体在催化剂作用下在空气中进行氧化反应，使传感器气敏材料温度升高，电阻值随之增大，通过电阻值的测量检测气体的浓度。
2.2.6 光学式气体传感器
光学式气体传感器通过测量特定光波波长，来检测气体浓度，但由于结构复杂，造价高，一般应用于实验室。
2.3 气体传感器选型
根据所收集到的资料，选择氧化锆气体传感器作为本设计的部件。
2.3.1 氧化锆测氧原理
空气的气体常数、氧分压、温度等条件都能够影响氧气的浓度。传感器把氧分压转换为电压Eo，连同温度T送入处理单元中计算，公式:
(2-1)
式中: Px 为氧气浓度; R 为气体常数; F为Farady 常数; Pa 为参考氧分压。
氧化锆测氧方法通过测量氧化锆电池电势来测定含氧量。如图1示，氧化锆浓差电池在高温条件下处于氧离子导体状态。理想情况下，当氧化锆元件的内、外电极表面氧含量不一样时．会形成一个电池，继而产生电动势。
图2.1 氧化锆浓差电池原理
2.3.2 氧值运算及输出
氧含量电压信号Eo及温度信号由A/D转换后输入处理单元进行计算得到氧气浓度值，经显示电路在LED上显示测量数据。
3. 硬件设计
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