本发明属于气体监测报警技术领域，特别涉及一种可更换传感芯材的有害气体传感报警装置。
背景技术：
随着工业化步伐的加快，生产及日常生活所产生的有毒有害气体种类繁多，且严重威胁着人类的生存。如何行之有效对有毒有害气体实施监测及预警，已成为大众关心的问题。对气体环境具有监测和预警功能的气体传感器也逐渐进入人们的视野，受到广泛关注。目前民用气体传感器主要为一氧化碳和甲醛气体报警器，而此类报警器所监测的气体较为单一，不能灵巧的实现一机多种气体的监测功能，属于较为被动的防御型，且成本较高，在居民中普及性不高。
技术实现要素：
本发明提供一种可更换传感芯材的有害气体传感报警装置，通过更换传感芯材实现对多种有害气体的监控与报警，具有体积小、制作简单成本低，更换传感芯材便捷，扩大了有害气体的监测种类，实现主动防御监测。
本发明采用如下技术方案解决上述技术问题；
一种可更换传感芯材的有害气体传感报警装置，包括传感模块、控制器和报警器；所述传感模块包括基座、传感芯材和传感调理电路，所述基座底部分别有第一金属插脚和第二金属插脚，传感芯材置于基座上，传感芯材两端分别电连接第一插脚和第二插脚；第一插脚和第二插脚分别电连接传感调理电路的检测输入端；传感调理电路的输出连接控制器的输入；控制器的输出连接报警器。
所述传感模块还包括加热丝，所述加热丝置于基座和传感芯材之间，基座底部还有第三金属插脚和第四金属插脚，加热丝两端分别电连接第三金属插脚和第四金属插脚，第三金属插脚和第四金属插脚分别电连接供电电源。
所述基座为凸台式结构，第一至第四金属插脚分别向上贯穿凸台，加热丝置于凸台的凸峰上，传感芯材置于加热丝上；第一金属插脚和第二金属插脚的顶部分别通过导线连接传感芯材的两端，第三金属插脚和第四金属插脚的顶部分别连接加热丝的两端。
所述传感芯材为薄膜型金属氧化物复合颗粒材料。
所述传感调理电路的结构为：第一金属插脚电连接供电电源，第二金属插脚同时连接比较器LM393的“-”输入脚、滤波电容C1的一端以及控制器的模拟电压采样输入端AOUT，滤波电容C1的另一端连接；供电电源连接电位器RP后接地，电位器RP的输出端连接比较器LM393的“+”输入脚；比较器LM393的输出端连接限流电阻R3后连接发光二极管D2的负极，发光二极管D2的正极连接供电电源,同时比较器LM393的输出端还连接控制器的数字信号采样输入端DOUT。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果：本发明能根据监控气体种类选择不同的传感材芯，能灵活设置传感材料响应下限，主动调控对目标气体的响应，实现同一传感器监测多种有害气体的功能。同时本发明装置具有体积小、制作简单成本低、更换传感芯材便捷、扩大了有害气体的监测种类、实现主动防御监测的优点。
附图说明
图1为本发明有害气体传感报警装置的结构框图。
图2为图1传感模块中的基座与传感芯材装配的立体结构示意图。
图3是图2的平面结构示意图。
图4是图2的传感芯材和加热丝装配的结构示意图。
图2至图4中：1：基座，2：凸峰，3：传感芯材，4：加热丝，5：导线，6：第三金属针型接线柱，7：第四金属针型接线柱，8：第一金属针型接线柱，9：第五金属针型接线柱，10：第二金属针型接线柱，11：第六金属针型接线柱。
图5是图1传感模块中的传感调理电路和报警电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作详细说明，但不构成对本发明权利要求保护范围的限制。
如图1所示，本发明的有害气体传感报警装置以控制器为中心，控制器为单片机。通过按键控制主动设置传感监控阈值输入单片机，传感模块检测被测环境中气体浓度，将检测结果发送到单片机，当检测的气体浓度达到传感监控阈值时，单片机向声光报警器发出报警信号，所述声光报警器为LED灯及蜂鸣报警器。同时，单片机将相应气体浓度检测值发送到数码管显示。
如图2至图4所示，所述传感模块包括基座1、传感芯材3和传感调理电路，所述基座1为凸台式结构，采用耐热材料制作。加热丝4置于凸峰2上，传感芯材3置于加热丝4上，六根金属针型接线柱分别竖向贯穿凸台，传感芯材3的两端分别通过四根导线5对应连接第一金属针型接线柱8、第二金属针型接线柱10、第五金属针型接线柱9和第六金属针型接线柱11。第三金属针型接线柱6和第四金属针型接线柱7分别连接对应连接加热丝4的两端。所述传感芯材3为薄膜型金属氧化物复合颗粒材料，由金属氧化物复合颗粒材料通过旋涂的方法涂抹在聚对苯甲酸乙二醇酯薄膜上而成。
本装置的印刷电路板上相应设有六脚插槽QAT，分别一一对应于第一金属针型接线柱8、第二金属针型接线柱10、第五金属针型接线柱9、第六金属针型接线柱11、第三金属针型接线柱6和第四金属针型接线柱7。
根据不同的有害气体，更换不同类型的传感芯材3，将基座1插到插槽QAT中，即可实现对不同有害气体的监测。一般，针对不同的气体，传感芯材3的金属氧化物复合颗粒材料可选择：CuO-SnO2复合金属氧化物气敏材料可实现对一氧化碳的监控监测报警功能；MoO3-ZnO复合金属氧化物气敏材料可实现对二氧化氮的监控监测报警功能；Co3O4-ZnO复合金属氧化物气敏材料可实现对甲醛的监控监测报警功能。
如图5所示，所述传感调理电路的结构为：插槽QAT的插脚A对应连接第一金属针型接线柱8，插脚H1对应连接第三金属针型接线柱6，插脚A和插脚H1同时连接至供电电源VCC，插槽QAT的插脚H2对应连接第三金属针型接线柱7，插脚H2经过电阻R1后接地。插槽QAT的插脚B对应连接第二金属针型接线柱10，插脚B同时连接比较器LM393的“-”输入脚、滤波电容C1的一端以及单片机ATMEGA8_TQFP32的模拟电压采样输入端AOUT，滤波电容C1的另一端连接；供电电源VCC连接电位器RP后接地，电位器RP的输出端连接比较器LM393的“+”输入脚；比较器LM393的输出端连接限流电阻R3后连接发光二极管D2的负极，发光二极管D2的正极连接供电电源VCC,同时比较器LM393的输出端还连接单片机ATMEGA8_TQFP32的的数字信号采样输入端DOUT。本实施例中第五金属针型接线柱9和第六金属针型接线柱11预留。
设定电位器RP的输出电压为阀值，当传感芯材3检测到被测气体时，比较器LM393的“-”输入脚的电压值，跟传感芯材3检测到气体的浓度成正比，当检测的浓度值超过阀值时，即比较器LM393的“-”输入脚电位高于“+”输入脚的电位，则比较器LM393的输出端输出低电平，LED灯D2亮。电阻R3为LED灯D2的限流电阻，电容C1为滤波电容。检测前通过按键将报警响应值预先在单片机中设定。单片机的数字信号采样输入端DOUT采样到低电平，将模拟电压采样输入端AOUT的采样值对应转换为气体浓度值，并判断是否超标报警，如果超标，则发送报警信号到LED705红灯亮且蜂鸣器BUZZER警报提示音响,同时发送气体浓度值到数码管显示。当未检测到被测气体时的时候，比较器LM393输出高电平，等于电源电压VCC，单片机此时可不作模拟采样。
实验例1；
采用本发明的装置进行一氧化碳CO传感监测报警测试：
传感芯材3采用CuO-SnO2复合金属氧化物气敏材料，将基座1插入插槽QAT，预设报警响应值为1.5，此报警响应值可人为设定，最低可设为0.05。本实验例显示值和报警响应值采用对应检测气体浓度值的转换值。
以密闭空玻璃箱作为模拟环境，并将本发明装置放置其中，报警红灯未亮，数码管显示为0.53。
用针筒抽取高纯度CO气体5mL，从玻璃箱顶端的可开关小孔注入1mLCO气体。此时玻璃箱中CO的浓度为55.6ppm，待数码管上的数值趋于稳定时进行记录，再注入1mLCO气体。按上述操作直到5mL气体全部注入密封玻璃箱内，气箱中CO的最终浓度为277.8ppm。
每注入1mLCO气体至数码管稳定显示时，数码管的显示值依次为0.98、1.24、1.51、1.70和1.86，当显示值大于1.5时，报警红灯亮起，蜂鸣器同时发出警告提示音，证明本发明装置具有CO报警功能。
实验例2
采用本发明的装置进行甲醛传感监测报警测试：
传感芯材3采用Co3O4-ZnO金属氧化物复合物气敏材料，将基座1插入插槽QAT，预设报警装置响应值为2.5，此报警响应值可人为设定，对应为检测气体浓度值的转换值，最低可设为0.05。本实验例显示值和报警响应值采用对应检测气体浓度值的转换值。
以密闭空玻璃箱作为模拟环境，并将传感装置放置其中，此时报警红灯未亮，数码管显示为0.53。
用针筒抽取高纯度甲醛气体1mL，从玻璃箱顶端的可开关小孔注入0.2mL甲醛气体。此时玻璃箱中甲醛的浓度约为11ppm，待数码管上的数值趋于稳定时进行记录，再注入0.2mL甲醛气体，按上述操作直到1mL气体全部注入密封玻璃箱内，最后气箱中甲醛的最终浓度为58ppm。
每注入0.2mL甲醛气体到数码管稳定显示时，数码管的显示值依次为1.78、2.24、2.81、3.63和4.26，当显示值大于2.5时，报警红灯亮起，报警器同时发出警告提示音，证明本发明装置也具有甲醛报警功能。