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基于S3C2410及嵌入式Linux的氫氣濃度的檢測系統(tǒng)的解決方案

作者: 時間:2010-12-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

是一種無色無味、攜帶極不方便、極易泄漏的氣體,在室溫和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,與空氣的混合比例達(dá)到4.1%~74.1%時遇明火極易爆炸。為了減小使用的安全隱患,開發(fā)出一套安全、可靠、靈敏度高的氫氣監(jiān)測系統(tǒng)具有十分重要的意義。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/151239.htm

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

采集到的氫傳感信號經(jīng)過低噪聲放大電路進(jìn)行放大處理,并在低通濾波器濾除信號中的高頻噪聲。然后,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送入ARM處理器,ARM 處理器再調(diào)用應(yīng)用程序?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字處理,最后實(shí)時顯示值,并在超出限定值時做出報警處理。整個系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)中所選氫氣傳感器為瑞士Membrapor生產(chǎn)的H2/C-1000。它的主要指標(biāo)有:測量范圍O~1 000 mg/m3,最大負(fù)載2000 mg/m3,輸出信號為30±10 nA每mg/m3,分辨率2 mg/m3,響應(yīng)時間45 s,溫度范圍-20~40℃,典型信號漂移2%/月??梢?,傳感器輸出的信號范圍為0~40μA甚至nA級的微弱直流信號。這里首先利用I/V轉(zhuǎn)換電路將微弱的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號,再利用后級的差動放大電路將其放大到A/D能采集的電壓范圍。然后,將其經(jīng)過二階低通濾波處理后送入A/D轉(zhuǎn)換器。最后由微處理器處理采集到的數(shù)值信號。

2.1 微弱信號放大電路

根據(jù)弗里斯定理可知,I/V轉(zhuǎn)換引入的外界干擾和噪聲,對整個系統(tǒng)性能影響最顯著,為此必須選用開環(huán)輸入電阻高、輸入偏置電流小、噪聲小的精密運(yùn)算放大器。這里選用斬波穩(wěn)零的高精度運(yùn)放ICL7650,其輸入電阻為1012Ω,偏置電流為1.5 pA,輸入失調(diào)電壓為1μV,失調(diào)電壓溫度系數(shù)為0.01μV/℃,共模抑制比為130 dB。后級的差動放大選用內(nèi)部具有三運(yùn)放結(jié)構(gòu)的儀用放大器AD620AN。它具有共模抑制比高,溫度穩(wěn)定性好,放大頻帶寬,噪聲系數(shù)小、功耗低,差動輸入、單端輸出,電壓增益由電阻RG確定,且連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)的前端信號放大電路如圖2所示。

輸入電流I1進(jìn)入放大器ICL7650的反向端,輸出電壓正比于輸入電流,電壓U1=I1R2。為防止產(chǎn)生高頻振蕩,在電阻R2上并接了電容C1。R1為 ICL7650的限流保護(hù)電阻。經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換后的電壓信號U1和R4上所分得的電壓一起,作為差動輸入進(jìn)入儀用放大器AD620AN,它的放大倍數(shù)僅由電阻RG(即R6)決定,增益公式為G=(49.4 kΩ/R6)+1。由于R4上所得的電壓為一恒定值,而U1會隨著輸入信號的變化而變化,那么AD620AN的輸出端電壓信號U2即包含了一定的基底電壓和被測信號量,對其進(jìn)行濾波采樣后,進(jìn)行處理,可以從中分離出需要補(bǔ)償?shù)幕纂妷?,得到?shí)際的被測信號。由于基底電壓是緩變的直流信號,在一定的時間 (min級)內(nèi)為定值,因此可以忽略處理時間(ms級),保證實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償。電路中的R3和R5與G2組成低通濾波電路,可以防止高頻噪聲進(jìn)入放大器,減小噪聲干擾。

2.2 濾波電路

經(jīng)過放大后的直流信號附有噪聲干擾,對于傳感器信號濾波最常用的是RC有源模擬濾波器,即用運(yùn)算放大器和電阻、電容構(gòu)成,具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、成本低的特點(diǎn)。因此采用由2個2階巴特沃斯有源濾波電路級聯(lián)構(gòu)成的截止頻率為50 Hz的4階巴特沃斯低通濾波器。

linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)

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