【正文】 和濕度的影響，所以必須對采得的數(shù)據(jù)進行溫度和濕度的補償。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)存在多個傳感器的多次采樣，所以選用序列通道多次轉(zhuǎn)換模式。MSP430核心板上集成了AD12模塊，所以可以很方便的使用而無需重新搭建AD采樣電路。MSP430X1XX系列的單片機基礎(chǔ)時鐘模塊有3個時鐘輸入源：低頻時鐘源LFXT1CLK、高頻時鐘源XT２CLK和數(shù)字控制RC振蕩器。同時，發(fā)送過來的一氧化碳的濃度將在12864液晶顯示器上進行實時的顯示，保證用戶能夠?qū)崟r掌握被測環(huán)境的一氧化碳的濃度。MSP430芯片2主要用于濃度的顯示及報警。MSP430處理1: MSP430處理2:開始開始 MSP430初始化MSP430初始化 Y 預報警及報警閾值設(shè)定AD采樣MSP430處理 NnRF2401無線傳輸（接收器）nRF2401無線傳輸（發(fā)射器）顯示MSP430處理返回與預報警值比較報警 高 低與報警值比較報警 高返回圖41 程序流程圖MSP430芯片1主要用于采樣和發(fā)送數(shù)據(jù)。圖311 電源電路硬件連接圖第4章 軟件設(shè)計本系統(tǒng)以IAR Embedded Workbench作為開發(fā)平臺，采用c語言進行程序設(shè)計，大大提高了開發(fā)調(diào)試工作的效率，便于理解，同時便于移植其他模塊化的程序。將處理芯片的核心板直接接上5V電。所以，需要設(shè)計的只是5V電壓而已，而在5V電壓的轉(zhuǎn)化方面已經(jīng)很成熟了。根據(jù)使用要求，系統(tǒng)需要供電的硬件電路主要有：、一氧化碳傳感器模塊5V、12864液晶顯示屏5V、。根據(jù)設(shè)計，當濃度達到預報警閾值時，蜂鳴器鳴叫的頻率為20HZ左右；而當濃度達到報警閾值時，蜂鳴器鳴叫的頻率為100HZ左右；通過二者的頻率以及顯示的濃度，能夠清晰的判斷一氧化碳的濃度。由以上原理圖可以看出P26是控制整個報警裝置的引腳，處理芯片通過比較一氧化碳的濃度和用戶設(shè)定的預報警和報警閾值來控制P26信號的輸出，從而達到控制整個報警系統(tǒng)的效果。以下為報警電路硬件電路圖310。當一氧化碳濃度超過使用者設(shè)定的預報警和報警閾值時，蜂鳴器便會發(fā)出聲音，LED變便會閃爍。本系統(tǒng)的報警裝置選擇了傳統(tǒng)聲光的報警方式。在探測到一氧化碳超出報警范圍之后，接下來的報警裝置就顯得尤為重要。圖39 12864和430單片機拓展板效果圖圖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擴展板原理圖中截下。它既能夠完全顯示以上數(shù)據(jù)，而且使用方便，和處理芯片MSP430相配合使用顯得高大上。液晶顯示顯示的內(nèi)容主要有：一氧化碳的濃度、報警閾值、預報警閾值，還可能會有濕度和溫度的顯示。其中一塊和處理芯片1相連接，主要負責發(fā)送芯片1處理完AD采樣的數(shù)據(jù)，作為發(fā)送器；另外一塊主要負責接收第一塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并交給處理芯片2 進行處理，作為接收器。以下是nRF905硬件連接圖38。當然，nRF2401無線模塊如果換用更好的天線或者用外接鞭狀天線代替原來的PCB天線，那么nRF2401無線模塊可以傳輸更長的距離，不過使用起來也比較麻煩。nRF905抗干擾性強、靈敏度高、功耗小、對MCU儲存器的要求很低，所以在工業(yè)控制方面使用得比較多，在車輛監(jiān)控、門禁系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、身份識別、非接觸RF智能卡、安全防火系統(tǒng)、機器人控制、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域均有應用。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行通訊，不需要類似于藍牙的配對，使用更加穩(wěn)定。合理對nRF2401進行初始化之后，可以達到使用同一天線而同時接收兩個不同頻道的數(shù)據(jù)的效果，所以功能比較強大，應用范圍比較廣泛，適用于多種無線通信的場合。~，在市場上應用較為廣泛，在無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、無線鼠標、遙控開鎖、遙控玩具等方面均有應用。一般來說藍牙的通訊距離在10m左右，而使用功率較大的藍牙雖然可以達到30m的距離，不過相對的成本和耗電量也增加了，這也成為使用藍牙的局限；而為了增加藍牙的通訊距離也有使用增加功率或其它外設(shè)的方法，不過這種方法成本太高，使用復雜，一般使用前需要進行初始化和配對。目前，市場上的藍牙模塊相對比較便宜，使用也不是很復雜。目前，市面上較常見的是nRF系列無線通訊模塊、藍牙模塊以及近幾年興起的WIFI 轉(zhuǎn) RS232 無線通信模塊；雖然WIFI通訊模塊功能強大，但費用太高，平均價格在100元以上，不予考慮。它被廣泛地應用于電腦無線網(wǎng)絡(luò)，無線通訊，無線控制等領(lǐng)域。以下是MSP430f169單片機的引腳圖37。同時，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，減少了硬件的復雜程度。此外，學校實驗室競賽使用的都是MSP430系列單片機，資源比較豐富，從TI公司可以申請到430樣片，這樣就減少了成本。而且使用51系列單片機所有電路如最小系統(tǒng)、AD采樣電路等必須重新搭建，使用較為復雜。51單片機的開發(fā)平臺是keil_uvision，使用C語言作為開發(fā)語言，調(diào)試完之后生成HEX文件，然后使用PC機上的下載軟件將HEX文件燒入單片機中，這樣用戶的程序代碼就下載進單片機內(nèi)部，省去了購買通用編程器，而且速度更快。STC89C51一般簡稱為51單片機，主要是因為器件兼容了標準MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。STC89C51是筆者最先接觸的一款單片機，也是學校的課程要求掌握的一款。 處理芯片承擔著所有數(shù)據(jù)的傳輸、處理、儲存和計算等任務(wù)，可以說是本系統(tǒng)的核心部分。根據(jù)這種關(guān)系，測出傳感器輸出的電壓就可以知道所代表的一氧化碳的濃度。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在量程之內(nèi)與一氧化碳的濃度呈一個近似線性的關(guān)系。 VH（低）:177。5%Vc:177。1 秒PH加熱功耗約350mW表32 MQ9靈敏度特性符號參數(shù)名稱技術(shù)參數(shù)備注Rs敏感體電阻220K在100ppmCO中a(300/100ppm)濃度斜率Rs(300ppm)/Rs(100ppm)標準工作條件溫度：20℃177。3Ω室溫TH(H)加熱時間（高）60177。Ac or DcVH(L)加熱電壓（低）177。以下是該傳感器的技術(shù)指標表31和32。綜合考慮了成本、使用環(huán)境和使用壽命等因素，選用MQ9傳感器作為本系統(tǒng)的傳感器。在市場上，一塊MQ7傳感器或MQ9傳感器模塊價格不超過15元，同時拿到模塊之后只需要進行簡單的調(diào)試即可使用。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率較低，在加熱的條件下二氧化錫的電導率會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；二氧化錫的電導率會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應的信號，放大之后即可供AD采樣使用。由于這種傳感器成本低廉、使用壽命長，適用于民用氣體檢測。半導體傳感器是利用一種金屬氧化物薄膜制成的阻抗器件，其電阻會隨著氣體的濃度不同而呈線性變化。因為電路在本人有限的能力內(nèi)難以實現(xiàn)，所以放棄使用ME2CO電化學傳感器。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發(fā)現(xiàn)信號雖然經(jīng)過了放大，但是完全無法給AD進行采樣，所呈現(xiàn)的是一種雜亂無序的波形，如圖33。因為傳感器產(chǎn)生的電流很微弱，而放大電路本生會產(chǎn)生電流，會對傳感器產(chǎn)生的電流產(chǎn)生一定的影響，從而在采樣時會存在一定的誤差。 uA/ppm；，要使AD能夠采集，則要將ME2CO 型電化學元件產(chǎn)生的信號放大1000倍左右。以上價格只是一個CO傳感器探頭的價格；因為產(chǎn)生電流十分微弱，傳感器買回之后要進行外圍電路的搭建，將采集到的電流信號進行放大以供AD采樣。其中最便宜的ME2CO價格也在35元左右，而其他類型的電化學一氧化碳傳感器價格大多在150元以上，成本相對較高；如果考慮使用電化學傳感器，就應該用ME2CO。電化學傳感器具有氣體的高靈敏度和良好的選擇性，深受市場的歡迎，唯一的缺點就是 其使用壽命較短，最多只能使用2年。一氧化碳傳感器屬于氣體傳感器，分類方法有許多 種，按照氣敏特性來分，氣體傳感器可以分為：電化學型傳感器、半導體型傳感器、固體電解質(zhì)型傳感器等；就其使用范圍和成本而言又以電化學型傳感器、半導體型傳感器這兩種最為普遍。以下將逐一介紹各個硬件的選擇。MQ9一氧化碳傳感器及外圍電路 溫度傳感器 濕度傳感器 產(chǎn)生與CO濃度相 對應的模擬信號 AD采樣 溫度信號 濕度信號 MSP430處理1鍵盤 無線傳輸 設(shè)置報警及預報警閾值MSP430處理2 12864液晶顯示預報警報警圖21 一氧化碳監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計流程圖由以上系統(tǒng)設(shè)計的流程圖可以看出整個系統(tǒng)的運行原理；首先MQ9一氧化碳傳感器對空氣中的一氧化碳進行信號采集，同時溫度濕度傳感器對空氣中的溫度濕度情況進行感應，然后AD對以上數(shù)據(jù)進行采樣量化，將數(shù)據(jù)送給處理芯片1進行處理和分析并將所得到的與一氧化碳濃度相對應的數(shù)據(jù)發(fā)送給處理芯片2，處理芯片2得到數(shù)據(jù)后分別與預報警閾值和報警閾值進行對比顯示，然后根據(jù)情況進行報警和預報警。第2章 一氧化碳監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計根據(jù)設(shè)計的量程、精度及成本需要，選擇合適的一氧化碳傳感器，完成相應的硬件及軟件設(shè)計，主要包括：傳感器外圍電路、A/D轉(zhuǎn)換器程序、無線傳輸、控制程序、超標報警、鍵盤檢測、數(shù)據(jù)顯示等。（4）操作簡單，具有很好的實用性，能夠顯示當前一氧化碳濃度以及溫度和濕度，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控，能及時報警及預報警，保障在監(jiān)測一氧化碳濃度時不需要人員接觸一氧化碳，在一定程度上減少了在監(jiān)測的過程中的人員安全。（2）該系統(tǒng)沒有繁雜的操作，只要放在合適位置，通電即可。目前，現(xiàn)有一氧化碳檢測儀器主要提供給工業(yè)上使用，價格昂貴，使用步驟復雜，不適用于家庭或者個人的使用。目前，市場上的一氧化碳檢測儀十分昂貴，少則四五百，多則一兩千；對于普通家庭用于生活區(qū)監(jiān)測花費是在太大，而且基本上這些監(jiān)測儀只能隨身攜帶，無法實現(xiàn)遠程監(jiān)控和通訊，在一定程度上使用起來不太方便。近年來，因為燃氣泄漏造成的中毒事件甚至爆炸事件不絕于耳；報紙網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)常報道此類事件，而此類事件的發(fā)生并不能單純的認為是燃氣的使用不當，究其一點只是缺少了監(jiān)測裝置提醒人們采取措施。相對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。本系統(tǒng)仍然使用市場上應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，同時考慮到了溫度和濕度的影響，對其濃度的測量進行了溫度和濕度的補償；除此之外運用了無線傳輸，使得對一氧化碳的濃度的監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)遠程和實時的功能，當發(fā)生一氧化碳泄漏時機器代替人進行監(jiān)測。根據(jù)一氧化碳濃度危害范圍及本系統(tǒng)使用的范圍，輕度危害及以下的一氧化碳濃度是本系統(tǒng)檢測的重點。一氧化碳中毒康復后伴隨著嚴重的后遺癥；這類后遺癥主要集中在中度、重度中毒者，此類病人有神經(jīng)衰弱、震顫麻痹、偏癱、偏盲、失語、吞咽困難、智力障礙、中毒性精神病，部分患者可發(fā)生繼發(fā)性腦病。初期四肢肌張力增加，或有陣發(fā)性強直性痙攣；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。三是重度中毒。如果癥狀繼續(xù)加重，則可出現(xiàn)嗜睡、昏迷。二是中度中毒。目前，一氧化碳的中毒程度主要分為三種等級：一是輕度中毒。以下是一氧化碳氣體在不同的濃度水平對人體產(chǎn)生的危害等級和一氧化碳不同濃度對人體的傷害如表11和12所示：表11 一氧化碳氣體在不同的濃度水平對人體產(chǎn)生的危害等級高于10000ppm2000—1000ppm1000—300ppm50—30ppm5ppm下 極度 危險 重 度危險 輕度 危險 職業(yè) 接觸 健康接觸表12 一氧化碳不同濃度對人體的傷害