AT89S51单片机家用煤气报警控制系统设计(2)
1. 研究的现状及意义
1.1 研究的现状
煤气的主要成分是甲烷，甲烷是一种可燃性气体，遇到明火就会燃烧甚至爆炸，甲烷的不完全燃烧产生CO，CO与血液中的血红素的结合能力是氧的240倍，当它进入人体血液循环系统后，就会抑制血液中氧气的释放，从而致使人缺氧，导致CO中毒[1]。
表1 CO对人体的有害程度
空气中CO的浓度 吸入时间 中毒症状
200ppm 2-3h 轻度头痛
400ppm 1-2h 头痛恶心
2.5-3h 头痛
800ppm 45min 头晕眼花
2h 精神失常
1600ppm 20min 头痛 头晕 眼花
2h 死亡
3200ppm 5-10min 头痛 头晕 眼花
30min 死亡
6400ppm 1-2min 头痛 头晕 眼花
10-15min 死亡
12800ppm 1-3min 死亡
目前，从工厂企业到居民家庭，最广泛的是，已应用于气体泄漏的检测和监控的可燃性气体气敏元件传感器。以现阶段用于安全保护的家用燃气泄漏报警器为例，日本早在1980年1月开始在城市实行与煤气、液化、石油的报警器相关的法规，1986年5月日本又实施了普及促进安全器具的基本政策。目前美国已有多于6个州，严格规定家庭、公寓等场所都必须安装CO报警器。有毒气体的报警器的种类在如今的社会也相当繁多，有用于一般家庭的各种气体报警器和系统，也有用于集体住宅、学校等人口相对密集的场所的各种气体报警器和系统，有单体分离型的报警器、防止中毒报警的防护系统等。国外气敏传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适度要求提高；另一方面是由于传感器市场的增长受到了各国政府安全法规的强力推动。因此，国外气敏传感器技术得到了相当快的发展，据有关统计猜测，美国2002年-2012年气体传感器年均增长率为27%~30%[2][8]。
目前，气敏传感器的发展趋势集中表现为：提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路等方面。气敏元件传感器作为新型敏感元件传感器在被国家列为重点支持发展对象的情况下，国内也已有了一定的基础[3][10]。现状是：
1） 烧结型的气敏元件依旧是生产发展的主流占总量的90%以上，接触燃绕式气敏元件已经具备了生产的基础和能力，电化学气体传感器已有了试制产品。 2）在工艺发展方面不断引入表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等，使烧结型的元件由广谱性气敏逐步发展成为选择性气敏；在结构方面研制了补偿复合结构、组合差动结构及集成化阵列结构；在气敏材料方面SnO2等材料已广泛用于气敏元件的大批量生产中，与此同时新研究开发的Al2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体等材料也逐步开始应用于实践。
3）低功耗的气敏元件，如一氧化碳、甲烷等气敏元件，已从产品的研究进入试用。
总的看来，我国气敏元件传感器及其应用技术发展速度越来越快，但与国外的先进水平相比，仍然有相当大的差距，主要在于产品制造技术、产业化及应用等多方面的差距。
1.2 研究的意义
目前市场上的煤气报警器只能在CO浓度过高时发出报警信号，提醒人们打开窗户通风换气或者切断气阀，然而当家中只有小孩儿或者无人的情况下，无法及时采取相应的措施，致使CO浓度持续增加，当达到一定浓度时会发生爆炸，危害个人及他人的人身和财产安全，同时，在CO浓度超过安全范围，但浓度不是很高的情况下引起周边人群不必要的恐慌，在浓度过高时引不起周边人的足够重视。