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引 言 隨著(zhù)工業(yè)的迅速發(fā)展，人類(lèi)接觸有害氣體的場(chǎng)合越來(lái)越多，由此造成對人類(lèi)本身的危害也越來(lái)越大。在煉鋼廠(chǎng)、煉鐵廠(chǎng)中，高爐生產(chǎn)的副產(chǎn)品高爐煤氣(主要成分為CO)經(jīng)過(guò)降溫、除塵、加壓后送入煤氣管網(wǎng)或送入煤氣柜儲存。在高爐旁或附近工房?jì)鹊墓と艘约凹訅赫镜墓と私?jīng)常發(fā)生一氧化碳中毒的事故，危害較大；而且在煤氣管道及儲存柜檢修期間，也經(jīng)常發(fā)生泄露的一氧化碳氣體遇明火產(chǎn)生爆炸的事故，因而研制一種一氧化碳氣體監測儀有著(zhù)十分重要的現實(shí)意義。本文采用AD公司的數據采集芯片ADuC834為主控芯片，介紹了一種靈敏度高、性能可靠、操作簡(jiǎn)單的一氧化碳監測報警儀。 1 系統硬件組成 1.1 系統框圖 整個(gè)一氧化碳監測報警儀的硬件組成框圖如圖1所示。 這個(gè)系統的工作原理為：首先通過(guò)一氧化碳傳感器采集現場(chǎng)的一氧化碳數據信息，傳感器選用的是英國CityTechnology Ltd公司的電化學(xué)一氧化碳氣體傳感器7E／F；當一氧化碳氣體經(jīng)過(guò)傳感器外殼上的氣孔擴散到工作電極表面上時(shí)發(fā)生化學(xué)變化，工作電極輸出變化的電流，其電流大小與氣體濃度成正比，該電流信號再經(jīng)過(guò)運算放大器電路輸出0～2. 5 V的電壓信號。此電壓信號與氣體濃度成線(xiàn)性關(guān)系，ADuC834單片機通過(guò)自身集成的24位A／D轉換器采集該電壓信號即可獲取一氧化碳氣體的濃度值，再利用LCD顯示當前現場(chǎng)的一氧化碳的濃度。另外，通過(guò)按鍵可設置一氧化碳一級、二級氣體濃度報警點(diǎn)，當一氧化碳濃度大于某一報警點(diǎn)時(shí)，設有聲、光、振動(dòng)3種報警方式。 1.2 ADuC834單片機介紹 ADuC834單片機內部集成了兩路獨立的∑-△ADC，其中主通道ADC為24位，輔助通道ADC為16位。主通道AD輸入范圍為±20 mV～±2.56 V，分為8檔，使用時(shí)可任選一檔。由于使用了∑-△轉換技術(shù)，因此可以實(shí)現高達24位無(wú)丟失碼性能；輔助通道除具有基本的A／D轉換功能外，還可作為內部溫度傳感器的輸入接口。 ADuC834單片機利用32 kHz晶振來(lái)驅動(dòng)片內鎖相環(huán)(PLL)，并通過(guò)內部寄存器的設定以產(chǎn)生內部所需要的工作頻率，它的微控制器內核與8051兼容，片內外圍設備包括一個(gè)與SPI和I2C兼容的串行端口、多路數字輸入／輸出端口、看門(mén)狗定時(shí)器、電源監視器以及時(shí)間間隔計數器，同時(shí)片內還提供了62 KB閃速／電擦除程序存儲器以及2 304 B的片內RAM。 ADuC834單片機由廠(chǎng)家提供了啟動(dòng)引導程序，因此通過(guò)標準的UART串行接口可以方便地把用戶(hù)程序代碼加載到ADuC834單片機中，非常便于程序的開(kāi)發(fā)和設計。 2 軟件程序設計 2.1 數據采集程序 進(jìn)行數據采集時(shí)，使ADuC834單片機的外部參考電壓Vref=2.5 V，并通過(guò)寄存器AD0CON的RN2、RN1和RN0位來(lái)設置不同的輸入范圍，以實(shí)現對主通道輸入信號的采樣。 2.2 用戶(hù)閃速／電擦除數據寄存器的編程 ADuC834單片機提供給開(kāi)發(fā)人員的閃速／電擦除數據存儲器的容量為4 KB，利用這些EEPROM可以進(jìn)行系統配置信息的掉電保存。 3 儀器標定與檢驗 3.1 儀器標定 由于傳感器本身的線(xiàn)性度比較好，因此儀器的標定采用兩點(diǎn)標定法。首先將儀器置于純凈空氣中，待顯示數據穩定后，將此點(diǎn)作為第一點(diǎn)即零點(diǎn)，并調節LCD的示值為零；然后調整標準氣瓶氣體流速為200 m1／min，保持氣流穩定流過(guò)傳感器約1 min；待顯示器讀數穩定后，將此點(diǎn)的濃度作為第二點(diǎn)并調節LCD的示值與標準氣瓶氣體濃度值一致，然后關(guān)閉氣瓶，由此完成標定的全過(guò)程。 3.2 檢驗結果 3.2.1 示值誤差 將各種標準濃度的氣體以200 ml／min的流速通過(guò)傳感器后，延時(shí)35 s后記錄測量結果，并根據示值誤差計算公式： 式中：△e為重復性誤差；A為讀度數算術(shù)平均值；As為標準氣體濃度值；R為量程。 計算得到不同濃度下的示值誤差，如表1所示。 通過(guò)以上測驗數據分析可知，一氧化碳監測報警儀的示值誤差小于±3％FS，滿(mǎn)足示值誤差檢定規程要求。 3.2.2 重復性誤差 將同種濃度標準的氣體以200 m1／min的流速多次通過(guò)傳感器后，延時(shí)35 s后記錄測量結果，并根據重復性誤差計算公式： 式中：Sr為重復性誤差；A為讀數算術(shù)平均值；Ai為儀器讀數值；n為測量次數，n=6。 計算重復性誤差如表2所示。 通過(guò)以上測驗數據可知，一氧化碳監測報警儀的重復性誤差小于±2％，滿(mǎn)足重復性誤差檢定規程要求。 4 結束語(yǔ) 本文所介紹的一氧化碳監測報警儀具有硬件上結構簡(jiǎn)單、體積小巧，軟件上編程簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)時(shí)間短等特點(diǎn)。另外，作者設計的這款一氧化碳報警儀實(shí)際已應用于煉鋼廠(chǎng)、煉鐵廠(chǎng)，也取得了良好的實(shí)用效果。 |
