1. 研究目的与意义
本课题研究的背景：随着经济的发展，现代工业的进步，特别是石油、化工、煤炭、汽车等工业行业的迅速发展，被人们所利用的和在生活、工业上排放的气体的种类、数量日益增多。而在这些气体中又存在着许多有毒有害的物质，它们一旦泄漏到空气中，便会对环境造成严重的污染，甚至导致爆炸、火灾、中毒等灾害性事件，严重影响人们的生命和财产安全。为了避免这类事件的发生，需要对环境中存在的各种有毒有害气体进行有效的监控[1]。
我国气体探测器研究现状：我国的气体探测器发展起步较晚，大多的核心技术都被国外比如日本、美国、瑞士等国家垄断[2]，我国传感器行业发展落后，国内传感器需求，尤其是高端需求严重依赖进口，国产化缺口巨大。近年来随着技术的进步以及人们对有毒有害气体重视程度的逐渐提升，有了一些进步性的发展。但是应用于实际中的探测器的种类也不多，用途也相对集中。主要是针对己知气体的检测和控制。基于金属气敏传感器的气体识别技术相对成熟，主要是利用一个带有金属气敏传感器的检测电路对气体进行检测，通过气体作用于金属传感器，导致电感器电阻性质发生变化，从而对被测气体进行定性和定量检测，这一技术又可以分为：单一传感器检测技术和基于传感器阵列的检测技术两种。
国外气体探测器研究现状：早在20世纪30年代，国外就开始进行研究开发气体传感器的工作，当时主要是用于厂矿和家庭的煤气、液化石油气、天然气以及瓦斯等有害气体的检测、报警，并取得突出的成就。发展至今国外的气体探测技术已呈现多样化，其中基于光谱分析的检测技术是当前比较流行的一种检测技术，该方法只有检测范围广、精度高、响应速度快等特点，可满足定性、定量检测等不同检测需求，其检测精度最高可达到ppb级。国外毒气检测方法的研究具有前沿性，技术和仪器也比较领先，但是一个突出的问题便是仪器价格昂贵，这影响了有毒气体检测仪器的推广使用。
2. 研究内容与预期目标
本课题的主要内容是研究设计无线低功耗有毒气体探测器。该探测器具有低功耗，灵敏度高，稳定性高等特点。设计采用低功耗微控制器STM32F103RCT6为控制核心，以尽可能降低系统功耗，使设备具有更长续航时间。采用金属氧化物传感器阵列来检测空气中CO的浓度，通过NB-IoT无线通信模块将测得的数据传输给上位机，通过算法程序对CO浓度进行定量分析并浓度进行分级处理。
本文具体研究内容如下：
1.研究无线低功耗有毒气体探测器的总体设计方案，确定其实现的功能，选择所需要的电子元器件。
3. 研究方法与步骤
拟采用的研究方法：首先确定系统的整体设计方案及系统的软、硬件设计。硬件部分包括主控制器模块、数据采集模块、A/D转换模块、无线通信模块报警模块、LCD显示模块以及电源管理模块的设计。软件部分包括主控制程序、信号采集处理程序、显示程序以及无线通信程序构成。
数据处理过程图如图1所示：
4. 参考文献
[1]孙萍，冯兴.质量敏感性有毒有害气体传感器及阵列研究[M].成都:电子科技大学出版社,2015:1-6.[1]王强.基于电化学传感器的有毒气体检测器设计[J].科技创新与应用,2017(33):92-93.
[2]刘双双. 基于Android系统有毒气体检测仪的研究与设计[D].武汉纺织大学,2016.
[3]郭延景.温室大棚有害气体的发生与防治[J].农民致富之友,2017(22):48.
5. 工作计划
| 序号 | 起止日期 | 工作内容 |
| 1 | 2月26日-3月2日 | 对研究课题《无线低功耗有毒气体探测器的研究与设计》进行调研。 |
| 2 | 3月5日-3月9日 | 查阅以单片机为核心控制器的有毒气体探测器研究的相关文献资料 |
| 3 | 3月12日-3月23日 | 确定系统整体设计方案，通过阅读参考文献了解整体设计思路。 |
| 4 | 3月26日-4月13日 | 进行系统硬件的设计，确定核心控制器、气体传感器以及运算放大器，绘制电路版图 |
| 5 | 4月26日-5月11日 | 系统软件的设计，完成主控制程序、信号调理程序以及无线通信程序的设计。 |
| 6 | 5月14日-5月18日 | 对软硬件进行联合调试，对实验结果进行误差分析，并对设计方案尝试改进。 |
| 7 | 5月21日-6月8日 | 初步撰写设计论文，并进行论文的修改查重和进一步润色。
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| 8 | 6月11日-6月15日 | 制作PPT准备答辩。
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