摘? 要：傳感器作為新技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的核心要素，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中進(jìn)行設(shè)備的檢測和聯(lián)系中起著非常重要的作用。本文通過向?qū)W生介紹的氣敏傳感器的基本原理，借助于直觀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，將氣敏傳感器的關(guān)鍵技術(shù)和具體應(yīng)用分析透徹，為學(xué)生以后的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的設(shè)置及開發(fā)打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù);氣敏傳感器;電壓測量

2009 年溫總理在無錫考察物聯(lián)網(wǎng)傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)，明確指出，一切的出發(fā)點(diǎn)要以未來為基礎(chǔ)，對核心技術(shù)要加大力度的研究，并鼓勵(lì)大家建立中國自主研發(fā)的傳感器技術(shù)，建設(shè)中國自己的傳感信息中心——“感知中國”。[1]而在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)中，傳感器起著非常重要的作用，就像是人類的神經(jīng)末梢把感受到的感覺轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動(dòng)傳輸給神經(jīng)系統(tǒng)一樣，可以把物質(zhì)世界轉(zhuǎn)化為數(shù)字，通過這個(gè)過程讓人類更容易清楚地了解事情，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將人與物完美的聯(lián)系在一起。

一、氣敏傳感器的認(rèn)識

傳感器已融入到人們生活的方方面面，為我們的生活提供了諸多的便利。氣敏傳感器是我們生活中應(yīng)用范圍較廣的一種，它可用來測量氣體的類型、濃度和成分，能把氣體中的特定成分檢測出來，并將成分參量轉(zhuǎn)換成電信號的器件或裝置。也稱氣體傳感器。[2]

它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強(qiáng)弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進(jìn)行檢測、監(jiān)控、報(bào)警;還可以通過接口電路與計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)檢測、控制和報(bào)警系統(tǒng)。氣敏傳感器是一種把氣體中的特定成分檢測出來，并把它轉(zhuǎn)換為電信號的器件。它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，性能穩(wěn)定、可靠，靈敏度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際市場應(yīng)用中，氣敏傳感器的應(yīng)用主要有如下幾個(gè)方面：一氧化碳?xì)怏w的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂（R11、R12）的檢測、呼氣中乙醇的檢測、人體口腔口臭的檢測等等。

按照氣體傳感器的結(jié)構(gòu)特性，一般可以分為以下幾種：

半導(dǎo)體型氣敏傳感器;電化學(xué)型氣敏傳感器;固體電解質(zhì)氣敏傳感器;接觸燃燒式氣敏傳感器;光化學(xué)型氣敏傳感器;高分子氣敏傳感器;紅外吸收式氣敏傳感器等。

半導(dǎo)體型氣體傳感器是運(yùn)用范圍最廣的氣體傳感器，它的作用原理主要概述為，與氣體相互作用時(shí)產(chǎn)生表面吸附或反應(yīng)，引起以載流子運(yùn)動(dòng)為特征的電導(dǎo)率或伏安特性或表面電位變化。借此來檢測特定氣體的成分或者測量其濃度，并將其變換成電信號輸出。

對于半導(dǎo)體氣體傳感器，按照半導(dǎo)體變化的物理性質(zhì)，可分為電阻型和非電阻型兩種。電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器是利用半導(dǎo)體接觸氣體時(shí)其阻值的改變來檢測氣體的成分或濃度;而非電阻型半導(dǎo)體氣體傳感器則是根據(jù)對氣體的吸附和反應(yīng)，使半導(dǎo)體的某些特性發(fā)生變化對氣體進(jìn)行直接或間接檢測。

二、氣敏傳感器的教學(xué)

為了讓學(xué)生能夠?qū)饷魝鞲衅饔兄庇^的認(rèn)知，我們通過實(shí)驗(yàn)操作來進(jìn)行組織教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)中，我們主要通過上文中提到的氣敏傳感器，來完成氣敏傳感器應(yīng)用即空氣質(zhì)量傳感實(shí)驗(yàn)，來講解氣敏傳感器的工作原理，使學(xué)生了解氣敏傳感器電路的工作特點(diǎn)及原理，掌握氣敏傳感器傳感模塊的原理并掌握其測量方法，從而掌握對該傳感器在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)中的作用。

（一）相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用的是新大陸公司的NEWLab實(shí)驗(yàn)箱。 NEWLab氣敏傳感器模塊主要包含如下：①M(fèi)Q-2氣體傳感器;②靈敏度調(diào)節(jié)電位器;③靈敏度電壓測試接口J10，測試有害氣體濃度閥值電壓，即比較器1負(fù)端（3腳）電壓;④比較器電路;⑤數(shù)字量輸出接口J7，測試比較器1輸出電平電壓;⑥模擬量輸出接口J6，測試氣體傳感器感應(yīng)電壓，即比較器1正端電壓;⑦接地GND接口J2。

繼電器模塊電路：繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時(shí)，輸出量將發(fā)生跳躍式變化，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開的自動(dòng)控制器件。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。

指示燈模塊和風(fēng)扇模塊電路：指示燈模塊接到繼電器的常開開關(guān)上，風(fēng)扇接入繼電器的常閉開關(guān)上，當(dāng)氣敏傳感器模塊輸出低電平時(shí)，風(fēng)扇模塊工作，指示燈模塊停止工作;當(dāng)氣敏傳感器模塊輸出高電平時(shí)，繼電器工作，常開和常閉開關(guān)工作狀態(tài)發(fā)生變化，指示燈模塊開始工作，風(fēng)扇模塊停止工作。

（二）氣敏傳感器的檢測實(shí)驗(yàn)操作

空氣質(zhì)量傳感模塊工作時(shí)需要有三個(gè)模塊，分別是氣體傳感器模塊、繼電器模塊、風(fēng)扇模塊。（1）將NEWLab實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)通電并與電腦連接。（2）將氣體傳感器模塊、、繼電器模塊分別放置在NEWLab實(shí)驗(yàn)平臺(tái)一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K插槽上，風(fēng)扇模塊放置好，并將三個(gè)模塊連接好。（3）將模式選擇調(diào)整到自動(dòng)模式，按下電源開關(guān)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使空氣質(zhì)量傳感模塊開始工作。（4）啟動(dòng)NEWLab實(shí)驗(yàn)上位機(jī)軟件平臺(tái)，選擇氣敏傳感器實(shí)驗(yàn)。（5）選擇硬件連接說明，上位機(jī)軟件平臺(tái)檢測硬件通過，如果點(diǎn)擊連線提示燈亮，則連線指示燈開始閃爍，表示連線成功。（6）選擇場景模擬實(shí)驗(yàn)，上位機(jī)軟件測試硬件平臺(tái)的空氣質(zhì)量傳感模塊正常工作，并進(jìn)入工作界面。

實(shí)驗(yàn)測量：（1）設(shè)置空氣質(zhì)量采集靈敏度閥值，先進(jìn)行調(diào)零測試，測量圖如圖3所示，測得調(diào)零電壓為1.048伏。（2）測量空氣質(zhì)量正常時(shí)的參數(shù)，其氣體傳感器輸出的模擬量輸出電壓如圖4所示，測得電壓為311.4毫伏。 進(jìn)行有害氣體測量，此時(shí)，我們通過釋放打火機(jī)中的氣體，對氣敏傳感器進(jìn)行測量，當(dāng)有害氣體濃度過高時(shí)，電壓發(fā)生變化，此時(shí)測得的模擬量電壓為326.2毫伏，繼電器啟動(dòng)，風(fēng)扇開始工作。

三、總結(jié)

通過對氣敏傳感器原理的介紹，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量，能夠在教學(xué)中體現(xiàn)氣敏傳感器在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)中的作用以及如何進(jìn)行相關(guān)的檢測，有利于對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)中傳感器類的課程進(jìn)行理論和實(shí)踐教學(xué)，提高了學(xué)生從該課程中如何從事實(shí)際工程所需的知識和技能。

參考文獻(xiàn)

[1] 溫家寶.讓科技引領(lǐng)中國可持續(xù)發(fā)展. 新華網(wǎng).2009年11月23日

[2] https：//baike.so.com/doc/7013498-7236385.html

[3]新大陸科技公司.NEWlab實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)參考指南

基金項(xiàng)目：廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究項(xiàng)目《基于物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的智能傳感器技術(shù)應(yīng)用與研究》，項(xiàng)目批準(zhǔn)文號：桂工業(yè)院教〔2019〕15號，項(xiàng)目編號（桂工業(yè)院科研2019015KY036）。

作者簡介：彭輝（1974- ），男，漢族，湖南湘潭人，副教授/高級工程師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。146F2B76-6673-4035-A454-A9A2852FFBBF