機動車尾氣中一氧化碳檢測的硬件設(shè)計

胡澤報 李曉報 李紅星

【摘 要】本文針對機動車尾氣中一氧化碳的檢測，提出了一種一氧化碳檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案。該方案以STM32為處理核心，利用雙路比較信號處理電路，使得模擬信號更準確的傳送到單片機，以RS232 串行通信協(xié)議為基礎(chǔ)，設(shè)計了PC 機與一氧化碳檢測之間的通信，啟用光源脈沖信號發(fā)送數(shù)據(jù)，通過上位機實時監(jiān)測結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】一氧化碳；STM32；信號處理；串行通信

中圖分類號： X734.2 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）01-0025-002

【Abstract】In this paper， aiming at the detection of carbon monoxide in automobile exhaust， a hardware design scheme of carbon monoxide detection system is proposed. The program to STM32 as the core of the processing， the use of dual comparison signal processing circuit， making the analog signal is more accurately transmitted to the microcontroller to RS232 serial communication protocol as the basis， designed PC and carbon monoxide detection communication between the start pulse light source Signal transmission data， through the host computer real-time monitoring results.

【Key words】Carbon monoxide； STM32； Signal processing； Serial communication

0 引言

近年來機動車尾氣排放污染不斷加重，自然環(huán)境和人類健康受到極大威脅。我國各級政府加大了對大氣污染治理的力度，紛紛出臺了一系列機動車排放標準。做好檢測工作成為了首當其沖的任務(wù)，而尾氣中以一氧化碳的危害最為嚴重。環(huán)保等部門急需能便捷快速的對尾氣中一氧化碳進行檢測的系統(tǒng)，對機動車尾氣中一氧化碳排放進行準確的檢測和有效的監(jiān)督[1-2]。

目前礦用一氧化碳傳感器及一氧化碳報警儀較多，用于監(jiān)測機動車尾氣排放的檢測系統(tǒng)較少[3-4]。為解決上述技術(shù)問題，本設(shè)計提出了一種實時高效的一氧化碳檢測系統(tǒng)，可有效監(jiān)控和分析機動車尾氣排放，對于改善自然環(huán)境、生態(tài)平衡和提高人們生活質(zhì)量有著重大的現(xiàn)實意義。

1 總體方案

系統(tǒng)主要包括電源模塊、傳感器模塊、信號處理模塊、信號傳輸模塊，總體設(shè)計如圖1所示。

系統(tǒng)中CO傳感器實時采集汽車尾氣中的一氧化碳濃度信號，信號不直接經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送入MCU，而是先進行運算處理，再由MCU分析傳輸。電源模塊主要用于MCU、傳感器、通信模塊的供電。

2 硬件設(shè)計

2.1 主控制器選用

本設(shè)計主控制器選用STM32F103X8-LQFP48。該處理器最高工作頻率可達72MHz，在存儲器的0等待周期訪問時可達1.25DMips/MHz；內(nèi)置128K字節(jié)的閃存程序存儲器和高達20K字節(jié)的SRAM。系統(tǒng)只需2-3.6伏供電，功耗低，且內(nèi)嵌8MHz的RC振蕩器；內(nèi)置2個12位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間1μs，運行速率高；有7通道DMA控制器，很大程度上減輕了CPU資源占有率，可以大大節(jié)省系統(tǒng)資源，支持定時器、ADC、SPI和USART；該控制器可實時有效地實現(xiàn)信號的采集、處理、傳輸，亦可預(yù)留顯示和報警功能 。

2.2 信號預(yù)處理

系統(tǒng)選用運算放大器OPA2227， OPA2227增益穩(wěn)定，具有較高的轉(zhuǎn)換速率和較寬的帶寬、低靜態(tài)電流和低成本，OPA2227的低噪聲、高精度相結(jié)合使其成為放大及濾波電路的理想選擇。

低功耗集成四運放LM324內(nèi)含4個獨立的高增益、頻率補償?shù)倪\算放大器，既可接單電源使用 （3～30V），也可接雙電源使用（±1.5～±15V），驅(qū)動功耗低，可與TTL邏輯電路相容，在系統(tǒng)中組成高阻抗差分電路完成微小信號整流。

選用低噪聲芯片AD8606ARZ進行信號的A/D轉(zhuǎn)換后送控制器處理，具體實現(xiàn)如圖3所示。

2.3 通信模塊

串行通信結(jié)構(gòu)簡單、執(zhí)行速度快、抗干擾能力強，MAX3232CSE配備專有的低漏失電壓發(fā)射器輸出狀態(tài)，通過雙電荷泵，在3.0V～5.5V供壓下，表現(xiàn)出真正的RS-232協(xié)議器件性能，固本設(shè)計選用MAX3232CSE即可使主控制器與上微機通信，滿足設(shè)計要求，電路連接如圖4所示。

2.4 電源模塊

電源直接誒決定系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，為保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定型和兼容性，本設(shè)計中分別需要3.3V、±5V、6-7V等直流電源給主控制器、集成運放、通信模塊供電，設(shè)計圖如圖5所示。

3 結(jié)束語

本設(shè)計采用STM32和外圍電路，采用雙路比較信號處理電路，為保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定型和兼容性，電源模塊設(shè)計了多個電源電路，設(shè)計中增加PWM LED，根據(jù)LED的亮度強弱可判斷PWM占空比的大小，實時對RS232傳動數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，上位機進行實時曲線顯示，穩(wěn)定性好，準確度高。本設(shè)計對汽車尾氣一氧化碳檢測系統(tǒng)具有操作簡便、穩(wěn)定性高、成本較低等特點，適合于汽車生產(chǎn)廠商、維修廠商以及政府交通部分、環(huán)保部門等機構(gòu)實時監(jiān)控汽車尾氣的排放量。

【參考文獻】

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