便攜式有害氣體檢測儀的設計

李璟，高戈，康霽

（陜西省石油化工學校，陜西西安，710061）

0 引言

隨著我國國民經濟水平的不斷提高，石油、化工、冶金等產業發展迅猛，隨之而來的環境污染和生態破壞也愈來愈嚴重，直接威脅現代人的健康安全，由于空氣污染而造成的經濟損失和致病率也十分驚人。空氣污染是一個廣義的概念，主要是指的是空氣中對人體健康或生命安全構成威脅的各種氣體的含量超過甚至大大超過其最小允許濃度。

1 系統結構及工作原理

本系統的主要由氣體檢測系統、數據采集系統、單片機控制系統三大部分構成，其系統的總體框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

氣體檢測系統就是要把被測氣體濃度轉換為相應的電流或電壓信號，當被測氣體進入探頭內時，傳感器會對氣體進行選擇，僅與被測氣體發生反應，而濾除掉其它干擾氣體。數據采集系統主要將電化學式氣體傳感器電極中產生的微弱電流信號轉換成電壓信號，經過濾波電路、信號放大電路后，通過單片機控制的A/D轉換電路后實現數據的自動采集。單片機控制系統除了邏輯控制電路，還包含顯示模塊和報警模塊，實現測量結果和系統狀態的實時顯示。當室內某一氣體的含量超過預設值時，報警系統紅燈閃爍并發出蜂鳴聲，提醒住戶有害氣體濃度過高，需采取人為措施。

2 系統硬件組成

氣體檢測系統最常用的就是傳感器，通過對市面上種類繁多的氣體傳感器對比后，本系統選擇基于恒電位電解的原理的電化學式氣體傳感器，其具有操作簡單、價格相對低廉、有較高的穩定性和靈敏度的特點。

單片機是系統的核心，本系統的信號檢測和數據處理任務并不十分繁重, 但考慮到后續設計以及與上位機的通訊功能等，本系統選用了意法半導體公司的STM32F101作為下位機的核心控制器，STM32系列單片機是基于ARM Cortex-M3內核專門為嵌入式應用開發領域而推出的高性能、低成本、低功耗單片機。相對于51系單片機, STM32系列片內資源豐富，接口相對簡單，程序模塊化，工作速度快，開發環境多樣，有較強的抗干擾能力。和51系列單片機相比，它的使用更加靈活廣泛。本文僅對單片機系統的外部控制與顯示、報警模塊進行設計。

3 系統軟件設計

系統工作流程為：電化學式氣體傳感器采集到被測對象的原始數據, 經過濾波、放大得到矯正后的測量儀器可辨別的信號, 采樣保持后進入A/D轉換,經過數據處理后，最終轉換為室內有害氣體的濃度值, 將此數據通過液晶顯示器顯示并保存在數據緩沖區中, 與系統預先設定的上限值進行比較，判斷濃度是否超標，若超標，報警系統的發光二極管、蜂鳴器會根據單片機的指令做出相應。流程圖如圖2所示。

圖2 程序流程圖

4 結論

有害氣體檢測在工業應用和環境保護方面有著重要的意義，與其它檢測方法相比，電化學式氣體傳感器測量的氣體種類多，靈敏度高、范圍廣，是一種優點明顯、可行性高的氣體檢測方法。本文主要闡述了基于ARM Cortex-M3單片機設計的便攜式氣體檢測儀的綜藝思路，詳細介紹了系統的工作原理、硬件組成及軟件流程。在實際應用中，可以融合多種數據算法，采用更先進的信號檢測技術，提高儀器的測量經促，為蓋申空氣質量提供更好的科學依據。

參考文獻

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