基于CAN總線和MSP430的CO紅外檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2．1 傳感器的原理及選擇
每種物質(zhì)都有特定的吸收光譜(如CO氣體在光波波長(zhǎng)4．5μm處有一個(gè)極強(qiáng)的吸收峰)，該特性可用于測(cè)量?？筛鶕?jù)各種氣體光譜曲線上某些特定波長(zhǎng)處吸收峰值的變化判斷氣體的濃度。當(dāng)紅外光通過(guò)待測(cè)氣體時(shí)，這些氣體分子對(duì)特定波長(zhǎng)紅外光有吸收作用，吸收規(guī)律遵循朗泊-比爾定律
式中，I為透射光的能量，L/mol?cm；Io為紅外輻射被氣體吸收的能量，L／mol．cm；K為與氣體及輻射波長(zhǎng)有關(guān)的常數(shù)，L/mol?cm：C為被測(cè)氣體的濃度．mol／L；L為輻射通過(guò)氣體層的厚度，cm。
由式(1)可知，通過(guò)檢測(cè)紅外輻射經(jīng)氣體吸收后的輻射強(qiáng)度，就可計(jì)算出被測(cè)氣體的濃度。采用SM-C0 H／M傳感器，該系列模擬輸出型CO采用雙光束非分光紅外線(NDIR)檢測(cè)技術(shù)．具有抗其他氣體干擾、保養(yǎng)維護(hù)簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性好、自帶溫度補(bǔ)償、Modbus ASCII協(xié)議數(shù)字輸出和模擬輸出等優(yōu)點(diǎn)。適用于泄漏報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)施工防護(hù)、簡(jiǎn)單氣體分析氣體、在線監(jiān)測(cè)、工業(yè)過(guò)程分析等場(chǎng)合。
2．2 MSP430單片機(jī)工作原理及數(shù)據(jù)處理
MSP430單片機(jī)是德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的超低功耗Flash型16位單片機(jī)。根據(jù)系統(tǒng)功能及外圍電路接口要求，選用MSP430F449型單片機(jī)，該單片機(jī)具有豐富的內(nèi)部硬件資源；內(nèi)置的溫度傳感器用于檢測(cè)環(huán)境溫度，補(bǔ)償紅外傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)；其內(nèi)置A／D轉(zhuǎn)換器用于將傳感器輸出的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；通過(guò)硬件乘法器，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的A／D采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行高速數(shù)字濾波和溫度補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)算。數(shù)字濾波法采用去極值平均濾波法。在脈沖干擾較嚴(yán)重的場(chǎng)合，如采用一般的平均值法，則干擾將會(huì)平均到結(jié)果中去，不易消除由干擾引起的誤差。首先把Ⅳ次采樣值按大小順序排成一列，采用“冒泡排序法”，可去掉N個(gè)數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，再計(jì)算(N-2)個(gè)數(shù)據(jù)的平均值，即為去極值平均濾波法。溫度補(bǔ)償?shù)奶幚矸椒?；傳感器的靜態(tài)特性為線性時(shí)，則溫度補(bǔ)償前的特性可表示為：
式中，x為傳感器的輸入量，y為輸出量，Y為特性曲線在y軸上的截距(即環(huán)境溫度引起的輸出增益)，k為比例系數(shù)。
溫度補(bǔ)償公式法的步驟如下：
(1)給定(m+1)個(gè)溫度值：T0，T1，T2，…，Tn，…，Tm，測(cè)出每一溫度下傳感器靜態(tài)特性曲線在y軸上的截距Y0，Y1，Y2，…，Yn，…Ym；
(2)將Y表示成以溫度T為自變量的n次代數(shù)多項(xiàng)式(nm)
用最小二乘曲線擬合法確定a0，a1，a2，…an。
(3)在測(cè)得每一個(gè)y值及相應(yīng)T值時(shí)，首先計(jì)算出Y值，然后再求出x值
采用數(shù)字濾波和溫度補(bǔ)償算法可使測(cè)量更精確，受環(huán)境溫度影響減少到最小。
評(píng)論