采用紅外光源和傳感器的氣體檢測(cè)參考設(shè)計(jì)方案

氣體檢測(cè)與人類(lèi)生活息息相關(guān)☆

例如：石化廠、煤氣站、油庫(kù)等場(chǎng)所對(duì)可燃?xì)怏w的監(jiān)測(cè)；汽車(chē)尾氣、工業(yè)廢氣、城市霧霾的監(jiān)控；還有家用煤氣、天然氣的泄漏爆炸的監(jiān)測(cè)；以及針對(duì)裝修后有毒氣體（苯和甲醛）殘留濃度的檢測(cè)等等。從工業(yè)到民用，針對(duì)各種可燃有毒氣體的檢測(cè)無(wú)一不會(huì)用到氣體探測(cè)器。并且隨著智能物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，氣體探測(cè)器也被廣泛用在功能強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)上實(shí)時(shí)監(jiān)控前天環(huán)境，為人類(lèi)的安全保駕護(hù)航。

然而目前市場(chǎng)上的氣體探測(cè)器按原理可分為催化燃燒式、電化學(xué)、半導(dǎo)體式以及紅外四種。催化燃燒式探測(cè)器易中毒，電化學(xué)探測(cè)器壽命有限，半導(dǎo)體式探測(cè)器一致性較差。而紅外探測(cè)器反應(yīng)靈敏，精度高，壽命長(zhǎng)，優(yōu)勢(shì)顯著。世健公司作為技術(shù)分銷(xiāo)商跟解決方案商，時(shí)刻關(guān)注市場(chǎng)需求，近期正式推出基于Microchip平臺(tái)，采用Axetris的紅外光源和Pyreos的傳感器所組成的紅外氣體檢測(cè)參考設(shè)計(jì)方案。通過(guò)此方案，客戶(hù)可以快速地評(píng)估MCU、光源以及傳感器的性能，縮短氣體檢測(cè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期。

該參考設(shè)計(jì)方案的原理：紅外光源發(fā)射出2-14μm的紅外光，通過(guò)一定長(zhǎng)度的氣室吸收后，由帶4.26μm 波長(zhǎng)的窄帶濾光片的紅外氣體傳感器進(jìn)行探測(cè)，傳感器內(nèi)置15位ADC，通過(guò)IIC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過(guò)Microchip的Cortex? M0+ SAM D20進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，分析出的采樣數(shù)據(jù)通過(guò)通訊接口傳輸?shù)?a target="_blank">上位機(jī)，然后通過(guò)配套軟件觀察不同探測(cè)器采集的數(shù)據(jù)及波形。方案框圖如下：

圖1 方案框圖

整個(gè)方案的硬件連接方式是micro USB轉(zhuǎn)USB線連接評(píng)估板和PC，選用12V直流電源適配器。作為一個(gè)參考設(shè)計(jì)，這個(gè)方案選用了Microchip公司的系列產(chǎn)品，包括基于Cortex M0+核的ATSAM D20作為的主控芯片，軌到軌的放大器MCP6H02用于驅(qū)動(dòng)A紅外光源，和低噪聲的電源芯片MIC5253提供系統(tǒng)電源及接口芯片MCP2200。

而使用Pyreos公司的ezPyro是世界上最小的擁有數(shù)字接口超低功耗的熱釋電紅外傳感器。ezPyro 系列數(shù)字接口型傳感器內(nèi)部集成了傳感器、模擬前端、15位Δ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波器、FIFO以及中斷喚醒控制等部分，同時(shí)5.65_mm×3.7_mm×1.55_mm的封裝也大幅減小了設(shè)計(jì)整體體積。ezPyro熱釋電紅外傳感器的響應(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí)，相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手幾秒鐘的響應(yīng)時(shí)間，可謂是不可同日而語(yǔ)。