根据虚拟仪器的可燃气体检测报警系统

1、基于虚拟仪器的可燃气体检测报警系统设计目标:采用传感器装置检测可燃气体浓度信号， 通过计算机LabVIEW编程，完成一 整套可燃气体检测报警系统。设计包括系统的数据采集启停，系统时间延迟控制、 浓度数据采集、数据预处理、浓度平均值和标准差分析、浓度数据的统计、数据 的波形图表显示和数值显示、浓度越线报警功能，由模块化的设计思想最终实现 浓度采集的整体系统设计。设计原理如图3-1所示为本次设计的总体框图。气敏传感器 QM-NG采集得到浓度信 息，采集卡采集到传感器得到的信息数据后，通过I/O通道与LabVIEW软件连接, 通过LabVIEW软件设计，最终实现数据的分析，处理，报警等功能，完成可燃

2、气 体浓度检测系统的整体设计。气敏传感器QM-NG1数据采集卡NIP CI-6221系统延时，米集启停，程序启停采集传感器输出电压越限报警闪烁灯，越限声音报警HZ系统控制模块数据分析模块浓度平均值，标准偏差丄数据采集转换模块T数据采集，电压浓度值转换越限报警模块数据显示模 块软件 LabVIEW波形图表显 示，浓度数 据显示图3-1浓度检测设计总框图设计内容1、硬件设计本设计采用气敏传感器 QM-NGo1 QM-NG1是采用目前国际上工艺最成熟，生 产规模最大的Sn02材料作为敏感基体制作的广谱性气体传感器1该产品的最大 特点是对各种可燃性气体以及有毒气体具有高度的敏感性1约1分钟达到稳定后可

3、正常使用，这段变 元件在接触标定气体后负载电阻两端的电 电压值会逐渐下降恢复。因此可以通过数如图4-1为气敏传感器原理图1元件工作时需要通电预热一段时间， 在元件 没有接触气体时，其电导率急剧增加， 化在设计电路时可采用延时处理解决1 压以较快的时间上升，在气体离去后， 据采集卡NI PCI-6221检测压值（0-5V）的大小，根据电压值与气体浓度值的对 应公式，可以将其转换成相应的浓度值，从而得到浓度值的大小1H-5VA(A(Bl2.2KRGND图4-1气敏传感器QM-NG工作原理图2、软件设计如图4-3所示为整体系统的前面板设计，图 4-4为前面板的数据显示部分, 图4-5为程序框图设计。

4、设计包括系统的控制、浓度数据采集、数据预处理、浓度平均值和标准差分析、浓度数据的显示与统计、浓度越线报警模块。iw-30-cC4C血J：*pl可燃气体師报警靈统丿J*也5JS图4-3系统设计前面板4i5-0.ay丘一J碍济审93J1,下蒼;Y叩m.l逸图4-4系统前面板数据显示模块BTE -rI： 一0I曰aa_且3谭aJ卜二nn 甘*s一*+ MI四0-芦FUIr illra上*:I- fT eh5I图4-5系统程序框图设计1、系统控制模块如图4-6为系统控制模块前面板设计WitSffK采集分析停止采歩图4-6系统控制前面板如图4-7为控制模块程序框图。通过事件结构的应用，设定“确定按钮值改

5、 变”或者“取消按钮值改变”时执行事件结构中相应程序。当按下“开始采集” 按钮时，事件结构控制运行指示灯亮，从而输入到条件结构为真值，条件结构程 序执行；当按下“停止采集”按钮时，事件结构控制运行指示灯灭，输入到条件 结构的判断值为假，从而程序暂停运行；当按下“停止”按钮时，while循环条件不成立，程序停止运行。通过“定时一一时间延迟控件”放置延迟时间函数，并用输入控件给其设定 延迟时间，从而可以控制系统每隔设定的时间进行一次浓度数据采集。DSL.* 1二ti：冃延迟时旬 卜斫I障止團图4-7系统控制模块程序框图2、浓度数据采集如图4-8所示，通过程序框图中的“测量I/O DAC助手”建立D

6、AC数据 采集通道，配置DAQ采集通道与硬件采集通道匹配， 选择电压采集，根据采集到 电压的大小，通过线性变换转换成相应浓度值的大小，此处将采集到的电压值（0-5V）放大20倍，对应浓度为0-100ppm。图4-8数据采集模块程序框图3、数据预处理采用数据预处理模块，将采集到的数组数据转换成离散的数据， 方便浓度显 示等模块的调用。此模块采用数组子集函数，取出数字最低位数字，并通过数据 类型强制转换函数，将只有一个数据长度的数组类型转换成单个双精度数据类 型，通过数据显示控件和进度条显示燃气浓度。通过一维数组循环移位函数和 For循环中的移位寄存器将每个数据依次移到最低位输出。图4-9为数据预

7、处理程序框图设计。图4-9 一维数组向二维数组转换程序框图4、浓度平均值和标准差分析 图4-10为浓度数据分析的前面板。IWBWlS.O7160：140：1402O7120-0-10-图4-10平均值，标准偏差显示模块如图4-11所示，选择“数学一一概率与统计一一标准差与方差”，输入采集 到的气体浓度值，可得到所采集数据的平均值与标准差， 并将其在数值显示控件 及垂直进度条中显示出来。图4-11平均值，标准偏差显示模块程序框图5、浓度数据的统计与显示图4-12为浓度数据统计的前面板，图4-13为数据的数组显示部分前面板。图4-13数据显示前面板 lufl 砂1 （ :-l_j ；再血能 II；

8、：誓；-）4號 .35 Ip-m In 兀E 卜活 b.aa Ma甜 1?騙 7|7 仙 1：期代严 I他 R冲啓 ）.労|.也 I Ir Jg 走一_-”好 Ik列 *4 击T忑丁 |F希K顾厂llH：aw 恥电 J施:J而”-ISsfi lfjs :話 引口恒岂飞3：；二二諒5 我 I（公 1 T砖0話/芈 （殴.*Ji I ； 汴肛二”2】:匚和 ： SZZI&J1最小区闻1 二;01 _1*-,T 图4-12浓度数据直方图前面板数据统计：如图4-14，选择“数学一一概率与统计一一直方图函数”，输入 数据为采集到的浓度数据，选择 XY图显示直方图统计结果，横坐标 X显示浓度 大小，纵坐标

9、丫显示不同浓度数量统计，通过“右键一一节点属性一一 丫标尺一 范围一一最大值、最小值”和数据输入控件设定直方图的 丫标尺显示范围。最小区面S严畅弋卜S-二,MiniviLnnjk 0最大区间-J1U.1 D駐卜P三 J，图4-14浓度直方图设计程序框图由于采集到的数据是长度数据显示：采用二维数组存放采集到的浓度数据，为96的一维数组，一维数组在屏幕上显示占据控件较大，所以将其转换成了二 维数组显示。调用重排数组维数函数，将原来的一维数组转换为16列，6行的二维数组，并通过显示数组控件在前面板上显示。 程序框图设计如图4-15所示。采集数据鲁冃画-M图4-15浓度数据显示设计程序框图&浓度越线报

10、警模块图4-16为浓度越线报警模块前面板。i住；1-1r-* P图4-16浓度越线报警模块前面板声音播放：如图4-17所示，调用输入文件路径函数与声音播放函数，即可 控制播放相应的声音文件。图4-17声音模仿子VI设计如图4-18所示，使用旋钮输入预警上限和报警上限值，并且在数值显示控 件中显示设定的浓度值。判定当输入浓度大于设定的限制时， 控制布尔型显示控 件分别发出黄色和红色的闪烁报警，同时，调用声音播放子VI，使其分别播放不同的报警声音。在波形图表中需要同时显示浓度值、 预警上限值、爆炸上限值，需要设置波 形图表属性，使其以不同颜色显示相应的三条曲线。曙上限卜暫 廿匹r 卜 Rhnkin

11、g 曲五、实验现象糧炸注意* Blinking fr -ITF 11 6二图4-18报警模块设计程序框图iBEBai3：程序运行时，按下“采集分析”按钮，开始采集浓度数据，浓度曲线保持在幅值为8附近，当可燃气体释放时，浓度曲线迅速上升，如果继续释放浓度，当 浓度值曲线越过预警浓度曲线后，浓度预警灯开始闪烁，并预警声音开始报警， 如果继续增加浓度，达到爆炸限制时，爆炸指示灯闪烁，出现爆炸警告声音。如 果停止燃气的释放，浓度曲线会逐渐下降，直到保持原来水平。此外，浓度直方 图会在设定的显示范围内实时显示浓度数据的统计结果，打开数据记录菜单，可以实时查看具体浓度值。图5-1为刚释放燃气时的前面板，图5-2为浓度数据显 示结果。L111：IbtL 1*1) BO-g*国至回障止