CO氣體監(jiān)測儀的研究

介紹基于NL-2007 GSM模塊的CO氣體監(jiān)測儀的設(shè)計(jì)，其主要特點(diǎn)是能夠應(yīng)用SMS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。對(duì)無線通訊模塊NL-2007進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并給出NL-2007短信遙控報(bào)警模塊在CO氣體監(jiān)測儀中的應(yīng)用。

1 引言

CO氣體濃度監(jiān)測儀是用來測量相關(guān)環(huán)境空氣中CO含量的便攜式智能儀器。目前，國內(nèi)CO氣體監(jiān)測儀與控制中心的數(shù)據(jù)通信最常見的是通過CAN總線、RS一485總線或RS一232總線來完成。RS一232總線的通訊距離是12m，最大可達(dá)15.4m；RS一485總線的通訊距離是1200m。CAN總線的直接通訊距離最大可達(dá)10km。但無論哪種方式都有距離的限制。而且最終決定了控制中心的固定性。筆者提出一種通過GSM短消息收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)與短信中心通信的CO氣體監(jiān)測儀的設(shè)計(jì)方案。

2 NL-2007模塊

NL-2007模塊是終端的主要功能部件，由GSM基帶處理器、電源專用集成電路、射頻電路和閃速存儲(chǔ)器等部分組成，負(fù)責(zé)處理GSM蜂窩設(shè)備中的音頻、數(shù)據(jù)和信號(hào)，內(nèi)嵌的軟件部分執(zhí)行應(yīng)用接口和所有GSM協(xié)議站的功能。基帶處理器包含蜂窩無線部分的所有模，數(shù)轉(zhuǎn)換功能，為滿足GSM、PCS蜂窩用戶市場日益增長的要求。在不用外接電路的情況下就能支持FR、HR和EFR語音和信道編碼。射頻部分基于SMARTi型電路。模塊內(nèi)的天線電纜連接到GSC類型的50Ω連接器。NL-2007模塊適合最小功率的GSM蜂窩設(shè)備。這種蜂窩設(shè)備的應(yīng)用部分構(gòu)成人機(jī)接口(MMI)。通過串口(RS232)可接入NL-2007。NL-2007通過40針ZIF連接蜂窩應(yīng)用部分，ZIF連接器提供控制數(shù)據(jù)、音頻信號(hào)和電源線的應(yīng)用接口。終端系統(tǒng)的工作電壓為5VDC。由于NL-2007的突發(fā)耗電電流峰值可達(dá)3A，故外加穩(wěn)壓器件必須達(dá)到足以提供該額定電流的條件。在該終端中，采用LM2596型開關(guān)電源完成12V到5V的轉(zhuǎn)換。作為NL-2007終端的電源。必須注意的是，由LM2596完成開關(guān)電源轉(zhuǎn)換需要大功率的電感器和電容器以提高儲(chǔ)能能力滿足NL-2007的耗電要求。

3 CO氣體監(jiān)測儀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

具有GSM短消息收發(fā)功能的便攜式CO氣體濃度監(jiān)測儀的結(jié)構(gòu)如圖1所示。筆者研制的監(jiān)測儀主要用于公共場所及某些生產(chǎn)車間空氣中CO濃度的監(jiān)測.采用電池作為供電電源.CO傳感器N1選用日本根本特殊化學(xué)株式會(huì)社生產(chǎn)的NAP一505型電化學(xué)式傳感器。傳感器輸出電流與CO氣體濃度成線性關(guān)系(UOUT=70nA±10nM/l×106)。A1(OP90)可以保證工作電極和參考電極等電位。傳感器輸出OμA～70μA電流經(jīng)Aa(OP90)轉(zhuǎn)換成0V～0.7V的電壓，以保證當(dāng)CO濃度在0~10-3時(shí)A3的輸出為0 V～2.5V，以滿足MD轉(zhuǎn)換器U.I(ADS7822)的輸入要求。OP90具有內(nèi)部調(diào)零電路.允許儀器放大器提供真正的零輸入零輸出操作。NAP一505的溫度特性用常數(shù)B為3435K的NTC熱敏電阻器進(jìn)行補(bǔ)償，溫度經(jīng)過補(bǔ)償后.其輸出在一10℃~50℃范圍內(nèi)能夠滿足精度要求。Ul(ADS7822)的參考電壓通過5Ω電阻器和電容器組成的電源濾波器接到Vcc上.濾除電源自身的高頻噪聲。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送人U2(89LV/51)單片機(jī)，存儲(chǔ)在U7(AT24C08)中。CO氣體濃度監(jiān)測儀的液晶顯示模塊可以顯示濃度值和濃度變化曲線.并通過短消息收發(fā)模塊與控制中心通信。

4 單片機(jī)對(duì)NL-2007模塊的控制

本系統(tǒng)只使用短消息收發(fā)功能.因此只使用NL-2007的數(shù)據(jù)輸入，輸出接口。需要注意的是NL-2007是作為數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)來連接的，而不是像一般調(diào)制解調(diào)器作為數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)進(jìn)行連接。如圖l所示.NL-2007的BXDO對(duì)應(yīng)單片機(jī)的。RXD，NL-2007的TXD0對(duì)應(yīng)單片機(jī)的rXD。TE35數(shù)據(jù)接口工作在CMOS電平(2.65V)，單片機(jī)對(duì)FC35的控制和通信信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)中通過7404型OC門電路完成電平轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)加電后，為使NL-2007進(jìn)人工作狀態(tài).必須給IGT加一延時(shí)大于：100ms的低脈沖.電平下降持續(xù)時(shí)間不能超過100ms。啟動(dòng)后IGT應(yīng)保持高電平(3.3V)。驅(qū)動(dòng)IGT時(shí)NL-2007的供電電壓不能低于3.3V，否則NL-2007不能被激活。NL-2007的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU—RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和l位停止位.無校驗(yàn)位.波特率為300b/s~115kb/s可選.筆者給系統(tǒng)設(shè)置的是9600b/s。ZIF連接器給SIM卡接口提供6針.其中CCIN用來檢測SIM卡是否插好.連接器的SYNC腳控制燈的狀態(tài).以此判斷NL-2007的工作狀態(tài)。單片機(jī)控制短消息收發(fā)子程序.其流程如圖2所示。其中。初始化工作包括設(shè)置串口速率、無線網(wǎng)絡(luò)登陸及設(shè)置短信模式為PDU模式。

5 短信收發(fā)的實(shí)現(xiàn)

NL-2007采用AT賀氏指令。單片機(jī)可以通過正確的AT指令對(duì)NL-2007模塊進(jìn)行初始化短消息的接收和發(fā)送。對(duì)短消息的控制有3種模式：Block模式、PDU模式和Text模式。使用Block模式需要廠家提供驅(qū)動(dòng)支持。目前，PDU模式已取代Block模式，而Text模式不支持中文。因此本系統(tǒng)使用PDU模式進(jìn)行短消息的接收和發(fā)送。NL-2007啟動(dòng)后自動(dòng)給單片機(jī)發(fā)送~SYSSTART，表示模塊可以正常工作，然后通過如下AT指令對(duì)短消息模塊進(jìn)行控制：網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)：AT+CREG?設(shè)置成PDU模式：AT+CMGF=0發(fā)送SMS信息(PDU)模式：AT+CMGS=019 0DOA0891683108401505f011000d91683167866040f20008a9044f60597dla(發(fā)送時(shí)將其轉(zhuǎn)換為ASCLL碼)。由單片機(jī)發(fā)送AT+CMGL；O0D 0A的查詢命令可查詢是否有未讀短消息。返回格式如下：

+CMGL：2，0，，260891683108401505F0240D91683167866040F20008507032418095000665E94EOA597DOK

接收數(shù)據(jù)格式解釋如下：+CMGL：2，0，，26，(2：第二條；0：未讀)；26：短消息的長度

6 結(jié)束語

控制中心具有可移動(dòng)，覆蓋范圍廣，實(shí)時(shí)性好，可靠性高，保密性好。以GSM網(wǎng)絡(luò)作為無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，短消息業(yè)務(wù)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，適合遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控中心站的管理.具有很廣泛的應(yīng)用前景。