基于CAN總線接口的紅外檢測系統(tǒng)的設計思路

　　1 引言

　　一氧化碳(CO)是劇毒性氣體，人體吸人后造成人體組織和細胞缺氧，導致引起中毒窒息。在煤礦井下，CO也是引起瓦斯爆炸的主要氣體之一。CO無論是對工業(yè)生產(chǎn)還是人類都造成巨大的損害，因此，CO檢測尤為重要，特別在煤礦井下，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，井下作業(yè)場所的CO濃度應控制在0．002 4％以下。因此，實時、準確地測出井下CO氣體濃度，對保障煤礦工業(yè)安全生產(chǎn)具有重要意義。

　　目前檢測CO的方法主要有化學法、電化學法、氣相色譜法等。這些方法普遍存在價格高、普適性差等問題，且測量精度較低。這里設計一種新的檢測系統(tǒng)，選用紅外CO傳感器和MSP430單片機作為核心信號處理電路，結(jié)合數(shù)字濾波、溫度補償運算．具有檢測濃度范圍寬、使用壽命長等優(yōu)點。CAN總線通信距離長、可靠性高等特點，通過擴展CAN總線接口使檢測儀具有遠程通信能力，可方便地與監(jiān)控中心進行對接聯(lián)絡，有效降低事故發(fā)生率，具有推廣和應用價值。

　　2 系統(tǒng)組成及硬件設計

　　該系統(tǒng)由紅外CO氣體傳感器、MSP430單片機、CAN總線接口及遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)在檢測現(xiàn)場通過單片機處理檢測的數(shù)據(jù)、控制LCD顯示、聲光報警，同時還配備CAN總線控制器，可以輕松獲取濃度、溫度以及報警記錄等相關信息，實現(xiàn)了智能化的工業(yè)現(xiàn)場、遠程同時監(jiān)控功能。系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。

　　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4．5μm處有一個極強的吸收峰)，該特性可用于測量?？筛鶕?jù)各種氣體光譜曲線上某些特定波長處吸收峰值的變化判斷氣體的濃度。當紅外光通過待測氣體時，這些氣體分子對特定波長紅外光有吸收作用，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有關的常數(shù)，L/mol·cm：C為被測氣體的濃度．mol／L；L為輻射通過氣體層的厚度，cm。

　　由式(1)可知，通過檢測紅外輻射經(jīng)氣體吸收后的輻射強度，就可計算出被測氣體的濃度。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)檢測技術．具有抗其他氣體干擾、保養(yǎng)維護簡便、穩(wěn)定性好、自帶溫度補償、Modbus ASCII協(xié)議數(shù)字輸出和模擬輸出等優(yōu)點。適用于泄漏報警、現(xiàn)場施工防護、簡單氣體分析氣體、在線監(jiān)測、工業(yè)過程分析等場合。