瓦斯浓度采集前端：在研究综合型应用平台，主要避免因瓦斯浓度过高带来的灾害，因此瓦斯监测的准确性十分重要，故而选择合适的瓦斯采集传感器尤为重要。从多方面考虑后，瓦斯浓度采集模块选用中国船舶重工集团公司第七一八研究所最新研制的MJC4/3.0L载体催化元件，以下是用于煤矿系统中瓦斯浓度采集的传感器电路设计。瓦斯传感器硬件接口示意图如图2所示。

　　

　　图2 瓦斯传感器的硬件接口示意图

　　瓦斯传感器采用热催化式瓦斯传感器，内部含有载体催化元件。若探头气室内无瓦斯气体，电桥保持平衡，此时没有信号输出。反之，则失去平衡，输出一个电信号，该信号与瓦斯气体浓度成正比。由于监测信号的值比较小，只有mV级大小，所以要经仪表放大器AD623进行放大，然后再送入CC2430微处理器的P0_0模拟通道进行A/D转换。CC2430微处理器将经过运算后的数据通过RF射频模块进行无线传输。

　　载体催化元件根据催化燃烧效应的原理工作，电桥的两个臂由一个检测元件和一个补偿元件组成。Rc为补偿元件，Rd是催化传感元件，这是一个典型的惠斯通电桥。由稳压源提供3.0V电源，将Rd和Rc放置 同一监测环境中。在没有瓦斯的空气状态中，Rd=Rc，输出端信号电压Uout= 0；如果空气中有瓦斯气体存在时，在补偿元件阻值不变的情况下，催化传感元件的表面发生无焰催化燃烧，且阻值随温度上升而增加到 Rd+Rd，从而使电桥失去平衡。其工作原理如图3所示。

　　

　　图3 基本测试电路

　　当 采用恒压 源进行 供电 时，输 出不 平 衡 电 压如下：

　　（1）

　　则有：

　　（2）

　　Rd与敏感元件的结构尺寸、性质、材料等有关。因此，在理想情况下，电桥输出的电压信号与空气中的瓦斯浓度成正比，在一定浓度测量范围内，输出电压信号与瓦斯浓度呈线性输出。

　　当某一路有呼叫信号输入时，该信号会被送到编码器（74LS148）中进行编码，编码器信号经过反相器（74LS04），经驱动芯片（CD4511）输出到显示电路，显示这一路的编码。同时触发单稳态电路，产生2s的高电平，使多谐振荡器工作，使LED和蜂鸣器产生2S警报信号，报警状态可以通过手动按键消除。 八路呼叫器的电路主要由编码/锁存/译码/显示电路、单稳态电路、报警电路/手动控制电路组成。 其中，CD4511是自带锁存功能的七段数码管驱动芯片。

　　1.编码/锁存/译码/显示电路

　　电路结构及工作原理： 电路由按键、8-3线优先编码器74LS148、反相器74LS04、驱动器CD4511、七段数码管及保护电阻构成。 当J1至J8中某一个按键按下时，表明该路有呼叫。在74LS148的输出端有相应的编码（反码）输出。通过反相器输入CD4511译码驱动数码管显示相应的按键数。例如，当J3按键按下时，表明J3所在的这一路有呼叫，这时J3的低电平输入74LS148进行编码。经反相器74LS04反相后输入CD4511译码驱动，数码显示器显示数码2. 显示电路只需要将CD4511锁存端EL连接到单稳态触发器输出端，即可实现显示电路显示相应时间（EL高电平锁存）。注释： 因为74LS148只能编码0—7，而使用74LS30（8与非）经反相器连接CD4511 A4引脚，可将输出的“0”的以“8”显示在数码管上。

　　2 延时2S报警电路

　　电路结构及工作原理： 电路由按键、8与非门74LS30、单稳态电路、与非门74LS04、反相器、多谐振荡器、LED和蜂鸣器组成。 当J1至J8中某一个按键按下时，表明该路有呼叫。使得74LS30输出高电平，经反相器，产生低电平触发单稳态电路，产生2S高电平延时，经两个反相触发多谐振荡器4 RST引脚，使其振荡，从而控制LED和蜂鸣器工作，产生警报。 其中，手动消除警报电路，由锁存器74LS374，与非门74LS00构成，在2S期间可手动使多谐振荡器4 RST引脚置低，从而不工作，即消除警报。

　　3 报警电路/手动控制电路

　　电路结构及工作原理：电路由按键、2输入四与门74LS00、六反相器74LS04、三极管、LED发光二级管以及保护电阻构成。 此处LED灯极为模拟的简要报警装置。当按键按下时低电平输入经反相器使其清零，LED灯熄灭。 其中J9、R17、VCC、GND实际中被74LS374等效代替，实现2S期间手动消除警报功能。

      本设计的主导思想是设计一个当病人紧急呼叫时，产生声音信号提示，并显示病房编号，然后根据病人病情优先级别处理，当多人呼叫时，病情严重者优先。对于此电路，设计时要熟悉74LS148、74LS374 、CD4511、共阴极数码管、555、74LS30 或74LD686、74LS00、7805等集成芯片的功能表及相关参数和引脚图，同时掌握稳压电源的整流、滤波、稳压工作原理并懂得电路设计，最后要灵活运用MulTIsim仿真软件检测模块功能。