基于CAN總線接口的紅外檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(xì)胞缺氧，導(dǎo)致引起中毒窒息。在煤礦井下，CO也是引起瓦斯爆炸的主要?dú)怏w之一。CO無(wú)論是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)還是人類都造成巨大的損害，因此，CO檢測(cè)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(chǎng)所的CO濃度應(yīng)控制在0．002 4％以下。因此，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)出井下CO氣體濃度，對(duì)保障煤礦工業(yè)安全生產(chǎn)具有重要意義。

　　目前檢測(cè)CO的方法主要有化學(xué)法、電化學(xué)法、氣相色譜法等。這些方法普遍存在價(jià)格高、普適性差等問(wèn)題，且測(cè)量精度較低。這里設(shè)計(jì)一種新的檢測(cè)系統(tǒng)，選用紅外CO傳感器和MSP430單片機(jī)作為核心信號(hào)處理電路，結(jié)合數(shù)字濾波、溫度補(bǔ)償運(yùn)算．具有檢測(cè)濃度范圍寬、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。CAN總線通信距離長(zhǎng)、可靠性高等特點(diǎn)，通過(guò)擴(kuò)展CAN總線接口使檢測(cè)儀具有遠(yuǎn)程通信能力，可方便地與監(jiān)控中心進(jìn)行對(duì)接聯(lián)絡(luò)，有效降低事故發(fā)生率，具有推廣和應(yīng)用價(jià)值。

　　2 系統(tǒng)組成及硬件設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)由紅外CO氣體傳感器、MSP430單片機(jī)、CAN總線接口及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)單片機(jī)處理檢測(cè)的數(shù)據(jù)、控制LCD顯示、聲光報(bào)警，同時(shí)還配備CAN總線控制器，可以輕松獲取濃度、溫度以及報(bào)警記錄等相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)了智能化的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、遠(yuǎn)程同時(shí)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(zhǎng)4．5μm處有一個(gè)極強(qiáng)的吸收峰)，該特性可用于測(cè)量。可根據(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。