【正文】 長的 MQ9 傳感器作為 一氧化碳的感應(yīng)器；同時(shí)，在數(shù)據(jù)的處理除了進(jìn)行采樣量化之外，還對(duì)溫度和濕度進(jìn)行了補(bǔ)償，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，基本上完成了傳統(tǒng)的檢測儀的監(jiān)測功能。因?yàn)?一氧化碳分子中碳元素的化合價(jià)是 正 2 價(jià)，能進(jìn)一步被氧比成 正 4 價(jià) 。 目前，一氧化碳的中毒程度主要分為三種等級(jí)： 一是輕度中毒。初期四肢肌張力增加，或有陣發(fā)性強(qiáng)直性痙攣；晚期肌張力顯著降低，患者面色蒼白或青紫，血壓下降，瞳孔散大，最后因呼吸麻痹而死亡。相對(duì)于直接燃燒煤炭或者是柴火，人們更傾向于使用天然氣或者是煤氣。 （ 2）該系統(tǒng)沒有繁雜的操作，只要放在合適位置，通電即可。以下將逐一介紹各個(gè)硬件的選擇。以上價(jià)格只是一個(gè) CO 傳感器探頭的價(jià)格；因?yàn)楫a(chǎn)生電流十分微弱，傳感器買回之后要進(jìn)行外圍電路的搭建，將采集到的電流信號(hào)進(jìn)行放大以供 AD 采樣。因?yàn)殡娐吩诒救擞邢薜哪芰?nèi)難以實(shí)現(xiàn)，所以放棄使用ME2CO 電化學(xué)傳感器。在市場上，一塊 MQ7傳感器或 MQ9傳感器模 塊價(jià)格不超過 15元，同時(shí)拿到模塊之后只需要進(jìn)行簡單的調(diào)試即可使用。 3Ω 室溫 TH(H) 加熱時(shí)間（高） 60177。 10 圖 34 MQ9 傳感器原理圖 根據(jù)生產(chǎn)傳感器的使用說明， MQ9 一氧化碳傳感器輸出的 信號(hào)在量程之內(nèi)與一氧化碳的濃度呈一個(gè)近似線性的關(guān)系。 STC89C51 一般簡稱為 51 單片機(jī)，主要是因?yàn)?器件兼容了 標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) 及 80C51 引腳 結(jié)構(gòu) 。同時(shí)，在 MSP430 的核心板上集成了 12 位 AD，避免了重新搭建 AD 采樣的電路，減少了硬件的復(fù)雜程度。 目前，市場上的藍(lán)牙模塊相對(duì)比較便宜，使用也不是很復(fù)雜。在程序調(diào)通兩塊 nRF2401 無線收發(fā)器 之后，在以 后的使用過程中只需要將兩塊 nRF2401無線收發(fā)器 通上電之后即可進(jìn)行通訊，不需要類似于藍(lán)牙的配對(duì)，使用更加穩(wěn)定。其中一塊和處理芯片 1 相連接，主要負(fù)責(zé)發(fā)送芯片 1 處理完 AD 采樣的數(shù)據(jù)，作為發(fā)送器；另外一塊主要負(fù)責(zé)接收第一塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并交給處理芯片 2 進(jìn)行處理，作為接收器。 在探測到一氧化碳超出報(bào)警范圍之后，接下來的報(bào)警裝置就顯得尤為重要。由以上原理圖可以看出 P26 是控制整個(gè)報(bào)警裝置的引腳，處理芯片通過比較一氧化碳的濃度和用戶設(shè)定的預(yù)報(bào)警和報(bào)警閾值來控制 P26 信號(hào)的輸出，從而達(dá)到控制整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的效果。將處理芯片的核心板直接 接上 5V 電，核心板上的穩(wěn)壓芯片 可以將 5V電壓降為 電壓，然后即可將 5V電壓和 的電壓給各個(gè)模塊使用。同時(shí)，發(fā)送過來的一氧化碳的濃度將在 12864 液晶顯示器上進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示，保證用戶能夠?qū)崟r(shí)掌握被測環(huán)境的一氧化碳的濃度。前面已經(jīng)提到過，傳感器的采樣受到溫度和濕度的影響，所以必須對(duì)采得的數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度和濕度的補(bǔ)償。根據(jù)一氧化碳傳感器的溫度濕度特性圖，發(fā)現(xiàn)可以將曲線線性化，可以得到 有效電壓信號(hào) VRL與溫度和濕度的關(guān)系；最后，根據(jù)信號(hào)放大的倍數(shù) 40 倍即可對(duì)溫度和濕度進(jìn)行補(bǔ)償。這樣，用戶通過這四個(gè)按鍵可以達(dá)到改變一氧化碳預(yù)報(bào)警及報(bào)警閾值，使用起來更加人性化。而在本文中只是對(duì)本課題進(jìn)行了初步的研究的工作，還有很多細(xì)節(jié)待進(jìn)一步研究、探討： （ 1） 對(duì)于本系統(tǒng)而言， MSP430 核心板上的功能僅僅使用了 AD 模塊，這種現(xiàn)象是很浪費(fèi)的。感謝實(shí)驗(yàn)室的朋友對(duì)我的支持，有了他們的支持使我各方面進(jìn)展順利。 //ADC12 初始化 //單通道 ,單次采樣模式 ADC12CTL0 amp。 //ADC 轉(zhuǎn)換允許 } 12864 顯示 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int /************************************************* 名 稱： LCD12864_ST7920 并行測試程序 試驗(yàn)功能：測試基于 ST7920 控制芯片的 LCD12864 的顯示 并行方式連接；晶振 編 寫： *************************************************/ uchar v[9],a[5],b[6]。 while(t) { for(i=0。//LCD_RW = 0。//LCD_RS = 1。//LCD_EN = 0。 //選擇 8bit 數(shù)據(jù)流 delayms(1)。 } } void shuzi_Disp(uchar x,uchar y,uchar *q) { //x、 y 為漢字坐標(biāo) Lcd_WriteCmd(addr_tab[8*x+y])。y++) { for(x=0。 } } } void H_pic_Disp(uchar *pic) //顯示 Gdram 內(nèi)容（顯示圖片） { uchar x,y,i=0。 //列地址 Lcd_WriteData(*pic++)。x8。 uchar k。x8。 for(y=0。 //寫數(shù)據(jù) D15－ D8 Lcd_WriteData(test)。 index 0。039。 m=n。039。039。 unsigned int average_value[12]。j++) { 。 unsigned char oneH,oneL,twoH,twoL,threeH,threeL,fourH,fourL,fiveH,fiveL,sixH,sixL。039。039。039。 m=baojing。= ~OFIFG。 //行地址 Lcd_WriteCmd(x+0x80)。 Lcd_WriteCmd(0x30)。 else k=0。 //寫數(shù)據(jù) D7－ D0 Lcd_WriteCmd(0x30)。y0x20。 //擴(kuò)充指令，開繪圖顯示 Lcd_WriteCmd(0x80+y)。 //寫數(shù)據(jù) D15－ D8 Lcd_WriteData(*pic++)。i=i+8) for(y=0。 //寫地址 while(*s0) { Lcd_WriteData(*s)。 //選擇基本指令集 delayms(1)。 LCM_Data_Out = dispdata。//LCD_EN = 0。// LCD_RS = 0。 /*****漢字地址表 *****/ uchar addr_tab[]={ //便于根據(jù)漢字坐標(biāo)求出地址 0x80,0x81,0x82,0x83,0x84,0x85,0x86,0x87,//第一行漢字位置 0x90,0x91,0x92,0x93,0x94,0x95,0x96,0x97,//第二行漢字位置 0x88,0x89,0x8a,0x8b,0x8c,0x8d,0x8e,0x8f,//第三行漢字位置 0x98,0x99,0x9a,0x9b,0x9c,0x9d,0x9e,0x9f,//第四行漢字位置 }。 ADC12IE |=BIT1+BIT0。//使能 A/D 通道 A0 P6DIR amp。因 此，我再一次對(duì) 丁 老師表示由衷的感謝。 以下是整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)物圖 51。以下是按鍵模塊的硬件接線圖 47。 根據(jù)以上關(guān)系可計(jì)算出VRL=Vc/((Rs/RL)+1)。它提供 四種采樣模式： ① 單通道單次轉(zhuǎn)換模式 ② 序列通道單詞轉(zhuǎn)換模式 ③ 單通道多次轉(zhuǎn)換模式 ④ 序列通道多次轉(zhuǎn)換模式 ；而在本系統(tǒng)存在多個(gè)傳感器的多次采樣，所以選用 序列通道多次轉(zhuǎn)換模式 。 MSP430 芯片 2 主要用于濃度的顯示及報(bào)警。所以，需要設(shè)計(jì)的只是 5V 電壓而已，而在 5V電壓的轉(zhuǎn)化方面已經(jīng)很成熟了。以下為報(bào)警電路硬件電路圖 310。 圖 39 12864 和 430 單片機(jī)拓展板效果圖 15 圖 310 12864 液晶顯示硬件連接圖 以上處理芯片引腳圖和 12864硬件連接圖均是從斯瑪特通用 MSP430擴(kuò)展板原理圖中截下。以下是 nRF905 硬件連接圖 38。合理對(duì) nRF2401 進(jìn)行初始化之后， 可以 達(dá)到 使用同一天線而 同時(shí)接收兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù) 的效果，所以功能比較強(qiáng)大，應(yīng)用范圍比較廣泛，適用于多種無線通信的場合 。 目前，市面上較常見的是 nRF 系列無線通訊模塊、藍(lán)牙 模塊以及近幾年興起的 WIFI 轉(zhuǎn) RS232 無線通信模塊 ；雖然 WIFI 通訊模塊功能強(qiáng)大，但費(fèi)用太高，平均價(jià)格在 100 元以上，不予考慮。 此外，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室競賽使用的都是 MSP430 系列單片機(jī) ，資源比較豐富，從 TI 公司可以申請(qǐng)到 430 樣片，這樣就減少了成本。 STC89C51 是筆者最先接觸的一款單片機(jī)，也是學(xué)校的課程要求掌握的一款。 VH（低） :177。 Ac or Dc VH(L) 加熱電壓（低） 177。這兩種傳感器的氣敏材料都是由二氧化錫 (SnO2)構(gòu)成的；在清潔空氣中二氧化錫的電 導(dǎo)率較低，在加熱的條件下二氧化錫的電導(dǎo)率會(huì)隨著一氧化碳的濃度發(fā)生改變，而且這種變化是一種線性的遞增；二氧化錫的電導(dǎo)率會(huì)隨著一氧化碳的濃度發(fā)生改變，所以只需要使用必要的電路之后即可輸出與一氧化碳濃度相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，放大之后即可供 AD采樣使用。 圖 31 INA116放大電路圖 圖 32 INA126放大電路圖 用示波器觀察所放大的信號(hào)發(fā)現(xiàn)信號(hào)雖然經(jīng)過了放大，但是完全無法給 AD進(jìn)行采樣，所呈現(xiàn)的是一種雜亂無序的波形，如圖 33。其中最便宜的 ME2CO 價(jià)格也在 35元左右，而其他類型的電化學(xué)一氧化碳傳感器價(jià)格大多在 150元以上，成本相對(duì)較高；如果考慮使用電化學(xué)傳感器，就應(yīng)該用 ME2CO。 產(chǎn)生與 CO 濃度相 對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào) 溫度信號(hào) 濕度信號(hào) 無線傳輸 設(shè)置報(bào)警及預(yù)報(bào)警閾值 圖 21 一氧化碳監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)流程圖 由以上系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程圖 可以看出整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行原理；首先 MQ9 一氧化碳傳感器對(duì)空氣中的一氧化碳進(jìn)行信號(hào)采集，同時(shí)溫度濕度傳感器對(duì)空氣中的溫度濕度情況進(jìn)行感應(yīng)，然后 AD 對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣量化，將數(shù)據(jù)送給處理芯片1 進(jìn)行處理和分析并將所得到的與一氧化碳濃度相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送給處理芯片2，處理芯片 2 得到數(shù)據(jù)后分別與預(yù)報(bào)警閾值和報(bào)警閾值進(jìn)行對(duì)比顯示，然后根據(jù)情況進(jìn)行報(bào)警和預(yù)報(bào)警。目前，現(xiàn)有一氧化碳檢測儀器主要提供給工業(yè)上使用，價(jià)格昂貴，使用步驟復(fù)雜，不適用于家庭或者個(gè)人的使用。 本系統(tǒng)仍然使用市場上 應(yīng)用得較為廣泛的是熱催化監(jiān)測方式 ，不過改善了測量的精度，同時(shí)考慮到了溫度和濕度的影響，對(duì)其濃度的測量進(jìn)行了溫度和濕度的補(bǔ)償；除此之外運(yùn)用了無線傳輸，使得對(duì)一氧化碳的濃度的監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程和實(shí)時(shí)的功能，當(dāng)發(fā)生一氧化碳泄漏時(shí)機(jī)器代替人進(jìn)行監(jiān)測。 三是重度中毒。 以下是 一氧化碳?xì)怏w在不同的濃度水平對(duì)人體產(chǎn)生的危害等級(jí) 和一氧化碳不同濃度對(duì)人體的傷害如表 11 和 12 所示： 表 11 一氧化碳?xì)怏w在 不同的濃度水平對(duì)人體產(chǎn)生的危害等級(jí) 表 12 一氧化碳不同濃度對(duì)人體的傷害 高于 10000ppm 2020— 1000ppm 1000— 300ppm 50— 30ppm 5ppm 下 極度 危險(xiǎn) 重 度危險(xiǎn) 輕度 危險(xiǎn) 職業(yè) 接觸 健康接觸 氣體種類 危害程度 接觸時(shí)間 氣體濃度 一氧化碳 （ CO） TWA 值（職業(yè)接觸） 8 小時(shí) 16ppm 無明顯生理反應(yīng) 8 小時(shí) 30ppm 無明顯結(jié)果 2 小時(shí) 50ppm 大部分人員會(huì)發(fā)生頭疼，惡心等不良生理反應(yīng) 1 小時(shí) 100ppm 會(huì)頭疼，眩暈 30 分鐘 500ppm 2 一 氧化碳是無色，無臭，無味氣體， 所以靠人體自身的感覺很難識(shí)別；因?yàn)槲?一定量的一氧化碳 對(duì)人體有十分大的傷害 甚至可能導(dǎo)致死亡，所以在煤氣中為了讓人們識(shí)別煤氣是否泄露加入了具有刺激性氣味的甲硫醇來當(dāng)做一氧化碳的“報(bào)警器” 。在 標(biāo)準(zhǔn)狀況下 ， 其 沸點(diǎn) 為 負(fù)℃ ， 熔 點(diǎn) 為 負(fù) 199℃ ， 密度為 ， 這與標(biāo)準(zhǔn)狀況下 空氣密度 相差很小 ；因?yàn)楹涂諝獾拿芏认嗖詈苄?，有無色無味，不容易引起人們的警覺，所以比較 容易 被忽略而 發(fā)生煤氣中毒 的事故。 I 基于單片機(jī)的 CO監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) The Design Of CO