機(jī)動(dòng)車尾氣中一氧化碳檢測(cè)的硬件設(shè)計(jì)

胡澤報(bào) 李曉報(bào) 李紅星

【摘 要】本文針對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣中一氧化碳的檢測(cè)，提出了一種一氧化碳檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案。該方案以STM32為處理核心，利用雙路比較信號(hào)處理電路，使得模擬信號(hào)更準(zhǔn)確的傳送到單片機(jī)，以RS232 串行通信協(xié)議為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了PC 機(jī)與一氧化碳檢測(cè)之間的通信，啟用光源脈沖信號(hào)發(fā)送數(shù)據(jù)，通過上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】一氧化碳；STM32；信號(hào)處理；串行通信

中圖分類號(hào)： X734.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）01-0025-002

【Abstract】In this paper， aiming at the detection of carbon monoxide in automobile exhaust， a hardware design scheme of carbon monoxide detection system is proposed. The program to STM32 as the core of the processing， the use of dual comparison signal processing circuit， making the analog signal is more accurately transmitted to the microcontroller to RS232 serial communication protocol as the basis， designed PC and carbon monoxide detection communication between the start pulse light source Signal transmission data， through the host computer real-time monitoring results.

【Key words】Carbon monoxide； STM32； Signal processing； Serial communication

0 引言

近年來機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染不斷加重，自然環(huán)境和人類健康受到極大威脅。我國(guó)各級(jí)政府加大了對(duì)大氣污染治理的力度，紛紛出臺(tái)了一系列機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)。做好檢測(cè)工作成為了首當(dāng)其沖的任務(wù)，而尾氣中以一氧化碳的危害最為嚴(yán)重。環(huán)保等部門急需能便捷快速的對(duì)尾氣中一氧化碳進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)，對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣中一氧化碳排放進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)和有效的監(jiān)督[1-2]。

目前礦用一氧化碳傳感器及一氧化碳報(bào)警儀較多，用于監(jiān)測(cè)機(jī)動(dòng)車尾氣排放的檢測(cè)系統(tǒng)較少[3-4]。為解決上述技術(shù)問題，本設(shè)計(jì)提出了一種實(shí)時(shí)高效的一氧化碳檢測(cè)系統(tǒng)，可有效監(jiān)控和分析機(jī)動(dòng)車尾氣排放，對(duì)于改善自然環(huán)境、生態(tài)平衡和提高人們生活質(zhì)量有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 總體方案

系統(tǒng)主要包括電源模塊、傳感器模塊、信號(hào)處理模塊、信號(hào)傳輸模塊，總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

系統(tǒng)中CO傳感器實(shí)時(shí)采集汽車尾氣中的一氧化碳濃度信號(hào)，信號(hào)不直接經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送入MCU，而是先進(jìn)行運(yùn)算處理，再由MCU分析傳輸。電源模塊主要用于MCU、傳感器、通信模塊的供電。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控制器選用

本設(shè)計(jì)主控制器選用STM32F103X8-LQFP48。該處理器最高工作頻率可達(dá)72MHz，在存儲(chǔ)器的0等待周期訪問時(shí)可達(dá)1.25DMips/MHz；內(nèi)置128K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器和高達(dá)20K字節(jié)的SRAM。系統(tǒng)只需2-3.6伏供電，功耗低，且內(nèi)嵌8MHz的RC振蕩器；內(nèi)置2個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間1μs，運(yùn)行速率高；有7通道DMA控制器，很大程度上減輕了CPU資源占有率，可以大大節(jié)省系統(tǒng)資源，支持定時(shí)器、ADC、SPI和USART；該控制器可實(shí)時(shí)有效地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、處理、傳輸，亦可預(yù)留顯示和報(bào)警功能 。

2.2 信號(hào)預(yù)處理

系統(tǒng)選用運(yùn)算放大器OPA2227， OPA2227增益穩(wěn)定，具有較高的轉(zhuǎn)換速率和較寬的帶寬、低靜態(tài)電流和低成本，OPA2227的低噪聲、高精度相結(jié)合使其成為放大及濾波電路的理想選擇。

低功耗集成四運(yùn)放LM324內(nèi)含4個(gè)獨(dú)立的高增益、頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器，既可接單電源使用 （3～30V），也可接雙電源使用（±1.5～±15V），驅(qū)動(dòng)功耗低，可與TTL邏輯電路相容，在系統(tǒng)中組成高阻抗差分電路完成微小信號(hào)整流。

選用低噪聲芯片AD8606ARZ進(jìn)行信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換后送控制器處理，具體實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

2.3 通信模塊

串行通信結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、執(zhí)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)，MAX3232CSE配備專有的低漏失電壓發(fā)射器輸出狀態(tài)，通過雙電荷泵，在3.0V～5.5V供壓下，表現(xiàn)出真正的RS-232協(xié)議器件性能，固本設(shè)計(jì)選用MAX3232CSE即可使主控制器與上微機(jī)通信，滿足設(shè)計(jì)要求，電路連接如圖4所示。

2.4 電源模塊

電源直接誒決定系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，為保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定型和兼容性，本設(shè)計(jì)中分別需要3.3V、±5V、6-7V等直流電源給主控制器、集成運(yùn)放、通信模塊供電，設(shè)計(jì)圖如圖5所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)采用STM32和外圍電路，采用雙路比較信號(hào)處理電路，為保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定型和兼容性，電源模塊設(shè)計(jì)了多個(gè)電源電路，設(shè)計(jì)中增加PWM LED，根據(jù)LED的亮度強(qiáng)弱可判斷PWM占空比的大小，實(shí)時(shí)對(duì)RS232傳動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線顯示，穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度高。本設(shè)計(jì)對(duì)汽車尾氣一氧化碳檢測(cè)系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性高、成本較低等特點(diǎn)，適合于汽車生產(chǎn)廠商、維修廠商以及政府交通部分、環(huán)保部門等機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車尾氣的排放量。

【參考文獻(xiàn)】

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