張福才 盂毅男 周 杰

    引 言

    隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，人類接觸有害氣體的場合越來越多，由此造成對人類本身的危害也越來越大。在煉鋼廠、煉鐵廠中，高爐生產(chǎn)的副產(chǎn)品高爐煤氣(主要成分為co)經(jīng)過降溫、除塵、加壓后送入煤氣管網(wǎng)或送入煤氣柜儲存。在高爐旁或附近工房內(nèi)的工人以及加壓站的工人經(jīng)常發(fā)生一氧化碳中毒的事故，危害較大；而且在煤氣管道及儲存柜檢修期間，也經(jīng)常發(fā)生泄露的一氧化碳?xì)怏w遇明火產(chǎn)生爆炸的事故，因而研制一種一氧化碳?xì)怏w監(jiān)測儀有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文采用ad公司的數(shù)據(jù)采集芯片aduc834為主控芯片，介紹了一種靈敏度高、性能可靠、操作簡單的一氧化碳監(jiān)測報警儀。

    1 系統(tǒng)硬件組成

    1.1 系統(tǒng)框圖

    整個一氧化碳監(jiān)測報警儀的硬件組成框圖如圖1所示。

    這個系統(tǒng)的工作原理為：首先通過一氧化碳傳感器采集現(xiàn)場的一氧化碳數(shù)據(jù)信息，傳感器選用的是英國citytechnology ltd公司的電化學(xué)一氧化碳?xì)怏w傳感器7e／f；當(dāng)一氧化碳?xì)怏w經(jīng)過傳感器外殼上的氣孔擴(kuò)散到工作電極表面上時發(fā)生化學(xué)變化，工作電極輸出變化的電流，其電流大小與氣體濃度成正比，該電流信號再經(jīng)過運(yùn)算放大器電路輸出0～2.5 v的電壓信號。此電壓信號與氣體濃度成線性關(guān)系，aduc834單片機(jī)通過自身集成的24位a／d轉(zhuǎn)換器采集該電壓信號即可獲取一氧化碳?xì)怏w的濃度值，再利用lcd顯示當(dāng)前現(xiàn)場的一氧化碳的濃度。另外，通過按鍵可設(shè)置一氧化碳一級、二級氣體濃度報警點(diǎn)，當(dāng)一氧化碳濃度大于某一報警點(diǎn)時，設(shè)有聲、光、振動3種報警方式。

    1.2 aduc834單片機(jī)介紹

    aduc834單片機(jī)內(nèi)部集成了兩路獨(dú)立的∑-△adc，其中主通道adc為24位，輔助通道adc為16位。主通道ad輸入范圍為±20 mv～±2.56 v，分為8檔，使用時可任選一檔。由于使用了∑-△轉(zhuǎn)換技術(shù)，因此可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)24位無丟失碼性能；輔助通道除具有基本的a／d轉(zhuǎn)換功能外，還可作為內(nèi)部溫度傳感器的輸入接口。

    aduc834單片機(jī)利用32 khz晶振來驅(qū)動片內(nèi)鎖相環(huán)(pll)，并通過內(nèi)部寄存器的設(shè)定以產(chǎn)生內(nèi)部所需要的工作頻率，它的微控制器內(nèi)核與8051兼容，片內(nèi)外圍設(shè)備包括一個與spi和i2c兼容的串行端口、多路數(shù)字輸入／輸出端口、看門狗定時器、電源監(jiān)視器以及時間間隔計數(shù)器，同時片內(nèi)還提供了62 kb閃速／電擦除程序存儲器以及2 304 b的片內(nèi)ram。

    aduc834單片機(jī)由廠家提供了啟動引導(dǎo)程序，因此通過標(biāo)準(zhǔn)的uart串行接口可以方便地把用戶程序代碼加載到aduc834單片機(jī)中，非常便于程序的開發(fā)和設(shè)計。

    2 軟件程序設(shè)計

    2.1 數(shù)據(jù)采集程序

    進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，使aduc834單片機(jī)的外部參考電壓vref=2.5 v，并通過寄存器ad0con的rn2、rn1和rn0位來設(shè)置不同的輸入范圍，以實(shí)現(xiàn)對主通道輸入信號的采樣。

    2.2 用戶閃速／電擦除數(shù)據(jù)寄存器的編程

    aduc834單片機(jī)提供給開發(fā)人員的閃速／電擦除數(shù)據(jù)存儲器的容量為4 kb，利用這些eeprom可以進(jìn)行系統(tǒng)配置信息的掉電保存。

    3 儀器標(biāo)定與檢驗(yàn)

    3.1 儀器標(biāo)定

    由于傳感器本身的線性度比較好，因此儀器的標(biāo)定采用兩點(diǎn)標(biāo)定法。首先將儀器置于純凈空氣中，待顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，將此點(diǎn)作為第一點(diǎn)即零點(diǎn)，并調(diào)節(jié)lcd的示值為零；然后調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)氣瓶氣體流速為200 m1／min，保持氣流穩(wěn)定流過傳感器約1 min；待顯示器讀數(shù)穩(wěn)定后，將此點(diǎn)的濃度作為第二點(diǎn)并調(diào)節(jié)lcd的示值與標(biāo)準(zhǔn)氣瓶氣體濃度值一致，然后關(guān)閉氣瓶，由此完成標(biāo)定的全過程。

    3.2 檢驗(yàn)結(jié)果

    3.2.1 示值誤差

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