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基于CAN總線(xiàn)和MSP430的CO紅外檢測系統設計
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時(shí)間：2010-03-12
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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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(cháng)4．5μm處有一個(gè)極強的吸收峰)，該特性可用于測量?？筛鶕鞣N氣體光譜曲線(xiàn)上某些特定波長(cháng)處吸收峰值的變化判斷氣體的濃度。當紅外光通過(guò)待測氣體時(shí)，這些氣體分子對特定波長(cháng)紅外光有吸收作用，吸收規律遵循朗泊-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(cháng)有關(guān)的常數，L/mol?cm：C為被測氣體的濃度．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(xiàn)(NDIR)檢測技術(shù)．具有抗其他氣體干擾、保養維護簡(jiǎn)便、穩定性好、自帶溫度補償、Modbus ASCII協(xié)議數字輸出和模擬輸出等優(yōu)點(diǎn)。適用于泄漏報警、現場(chǎng)施工防護、簡(jiǎn)單氣體分析氣體、在線(xiàn)監測、工業(yè)過(guò)程分析等場(chǎng)合。
2．2 MSP430單片機工作原理及數據處理
MSP430單片機是德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的超低功耗Flash型16位單片機。根據系統功能及外圍電路接口要求，選用MSP430F449型單片機，該單片機具有豐富的內部硬件資源；內置的溫度傳感器用于檢測環(huán)境溫度，補償紅外傳感器檢測的數據；其內置A／D轉換器用于將傳感器輸出的模擬量轉換為數字量；通過(guò)硬件乘法器，實(shí)現對被測量的A／D采樣數據進(jìn)行高速數字濾波和溫度補償等運算。數字濾波法采用去極值平均濾波法。在脈沖干擾較嚴重的場(chǎng)合，如采用一般的平均值法，則干擾將會(huì )平均到結果中去，不易消除由干擾引起的誤差。首先把Ⅳ次采樣值按大小順序排成一列，采用“冒泡排序法”，可去掉N個(gè)數據中的最大值和最小值，再計算(N-2)個(gè)數據的平均值，即為去極值平均濾波法。溫度補償的處理方法；傳感器的靜態(tài)特性為線(xiàn)性時(shí)，則溫度補償前的特性可表示為：
式中，x為傳感器的輸入量，y為輸出量，Y為特性曲線(xiàn)在y軸上的截距(即環(huán)境溫度引起的輸出增益)，k為比例系數。
溫度補償公式法的步驟如下：
(1)給定(m+1)個(gè)溫度值：T0，T1，T2，…，Tn，…，Tm，測出每一溫度下傳感器靜態(tài)特性曲線(xiàn)在y軸上的截距Y0，Y1，Y2，…，Yn，…Ym；
(2)將Y表示成以溫度T為自變量的n次代數多項式(nm)
用最小二乘曲線(xiàn)擬合法確定a0，a1，a2，…an。
(3)在測得每一個(gè)y值及相應T值時(shí)，首先計算出Y值，然后再求出x值
采用數字濾波和溫度補償算法可使測量更精確，受環(huán)境溫度影響減少到最小。
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