【導讀】目前市場(chǎng)上的氣體探測器按原理可分為催化燃燒式、電化學(xué)、半導體式以及紅外四種。催化燃燒式探測器易中毒，電化學(xué)探測器壽命有限，半導體式探測器一致性較差。而紅外探測器反應靈敏，精度高，壽命長(cháng)，優(yōu)勢顯著(zhù)。
氣體檢測與人類(lèi)生活息息相關(guān)，例如：石化廠(chǎng)、煤氣站、油庫等場(chǎng)所對可燃氣體的監測；汽車(chē)尾氣、工業(yè)廢氣、城市霧霾的監控；還有家用煤氣、天然氣的泄漏爆炸的監測；以及針對裝修后有毒氣體（苯和甲醛）殘留濃度的檢測等等。從工業(yè)到民用，針對各種可燃有毒氣體的檢測無(wú)一不會(huì )用到氣體探測器。并且隨著(zhù)智能物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，氣體探測器也被廣泛用在功能強大的物聯(lián)網(wǎng)上實(shí)時(shí)監控前天環(huán)境，為人類(lèi)的安全保駕護航。
然而目前市場(chǎng)上的氣體探測器按原理可分為催化燃燒式、電化學(xué)、半導體式以及紅外四種。催化燃燒式探測器易中毒，電化學(xué)探測器壽命有限，半導體式探測器一致性較差。而紅外探測器反應靈敏，精度高，壽命長(cháng)，優(yōu)勢顯著(zhù)。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，采用Axetris的紅外光源和Pyreos的傳感器所組成的紅外氣體檢測參考設計方案。通過(guò)此方案，客戶(hù)可以快速地評估MCU、光源以及傳感器的性能，縮短氣體檢測項目的設計周期。
該參考設計方案的原理：紅外光源發(fā)射出2-14μm的紅外光，通過(guò)一定長(cháng)度的氣室吸收后，由帶4.26μm 波長(cháng)的窄帶濾光片的紅外氣體傳感器進(jìn)行探測，傳感器內置15位ADC，通過(guò)IIC進(jìn)行數據采集，經(jīng)過(guò)Microchip的Cortex® M0+ SAM D20進(jìn)行數據分析處理，分析出的采樣數據通過(guò)通訊接口傳輸到上位機，然后通過(guò)配套軟件觀(guān)察不同探測器采集的數據及波形。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USB線(xiàn)連接評估板和PC，選用12V直流電源適配器。作為一個(gè)參考設計，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用于驅動(dòng)A紅外光源，和低噪聲的電源芯片MIC5253提供系統電源及接口芯片MCP2200。
而使用Pyreos公司的ezPyro是世界上最小的擁有數字接口超低功耗的熱釋電紅外傳感器。ezPyro 系列數字接口型傳感器內部集成了傳感器、模擬前端、15位Δ-Σ模數轉換、數字濾波器、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計整體體積。ezPyro熱釋電紅外傳感器的響應時(shí)間在毫秒級，相比競爭對手幾秒鐘的響應時(shí)間，可謂是不可同日而語(yǔ)。
此方案中使用的紅外光源EMIRS 50是通過(guò)緊湊的TO-46封裝，它可以提供帶保護帽或者帶反射面，這些結構可以配置藍寶石或氟化鈣、氟化鋇和鍺等材料的濾光片。Axetris紅外光源是緊湊型氣體檢測模塊的理想選擇。所有Axetris紅外光源都是基于微機械加工，電調制技術(shù)的熱輻射紅外光源。這個(gè)專(zhuān)利的設計提供了真實(shí)黑體的輻射特性從2-14μm，高輻射率和一個(gè)很長(cháng)的使用壽命，它還具備極其快速的調制和低功耗的特性。Axetris紅外光源在這些年已經(jīng)成功地集成在各種醫療、工業(yè)和安全應用上。典型的目標氣體是CO、CO2、制冷劑、CH4、Nox、呼吸性酒精氣體以及其他更多氣體。
當然，要確保方案整體的性能、提升系統測量精度，只有傳感器是不夠的。世健在配套芯片的選擇上也下了一番功夫。從方案的BOM清單中我們可以看到，世健的工程師特意選擇了Microchip的電源芯片MIC5253以及運算放大器MCP6H02等性能優(yōu)異的外圍電子元器件，使得傳感器的特性最大限度地發(fā)揮出來(lái)。
除了硬件方面，世健的設計工程師也開(kāi)發(fā)出了配套的軟件，開(kāi)發(fā)者可以觀(guān)測到方案中不同傳感器通道的測試和分析數據。采樣數據由串口傳輸到上位機，通過(guò)軟件顯示測量譜圖，軟件的左側可以觀(guān)察參考通道和CO2通道所測量的數據，其中白色曲線(xiàn)是參考信號，紅色曲線(xiàn)是CO2檢測信號。經(jīng)過(guò)雙通道的校準算法可以測量出氣體濃度值等等，軟件還可以保存采集數據。
運行NDIR.exe軟件時(shí)，請確保已經(jīng)安裝NDIR驅動(dòng)或者安裝Labview2014運行引擎和Labview visa 驅動(dòng)(visa540_full.exe)，步驟如下：
- 配置串口
- 打開(kāi)軟件，選擇對應的串口號，并選擇如下設置:
- 波特率:115200
- 數據位:8
- 校驗位:None
- 停止位:1
- 最后點(diǎn)擊“打開(kāi)串口”按鈕，切換到“顯示數據”
圖2 軟件界面
世健公司的現場(chǎng)應用總監仇嘉洋表示：“通過(guò)采用Microchip公司高性能的基于Cortex-M0+的MCU及電源和接口產(chǎn)品，結合MEMS技術(shù)的紅外光源和傳感器，世健公司為客戶(hù)提供了完整的紅外氣體檢測解決方案，可廣泛應用于工業(yè)氣體排放、煤礦可燃有毒氣體泄漏監測、環(huán)境監測、醫療安全、智能樓宇、機車(chē)尾氣排放檢測等應用場(chǎng)景。”
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