基于STM32L151的便攜式氣體檢測儀設(shè)計

何源 黃夢濤 王偉峰

摘要：針對環(huán)境有毒有害氣體檢測，本文設(shè)計了一種可同時檢測多種氣體的便攜式氣體檢測儀。該設(shè)計通過使用TI公司的新型電化學模擬前端芯片LMP91000和高精度ADC芯片ADS1115改善硬件統(tǒng)一性和硬件測量精度；微控制器STM32L151軟件設(shè)計中通過數(shù)字濾波和溫度補償提高氣體檢測的溫度穩(wěn)定性和精度。

關(guān)鍵詞：ARM；LMP91000；電化學傳感器；數(shù)字濾波；溫度補償

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2018.1.010

引言

環(huán)境中常見的有毒有害氣體如：氨氣（NH3）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、硫化氫（H2S）、氮氧化物（NOx）等。對于上述有毒有害氣體都有對應(yīng)的電化學傳感器；電化學傳感器的主要優(yōu)勢是：線性輸出、低功耗、良好的分辨率、良好的重復性和準確性，所以電化學傳感器在氣體檢測領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1-4]。

現(xiàn)如今市場中大部分多合一氣體檢測儀是以分立元件組建的電化學傳感器前端調(diào)理電路而且以微控制器自身10位或者12位的ADC轉(zhuǎn)換器作數(shù)據(jù)采集，很多產(chǎn)品沒有考慮溫度對電化學傳感器的影響：因此其在溫度穩(wěn)定性和精度上不盡人意。對此，本文通過改善硬件電路設(shè)計和找尋有效的溫度修正方法，從而提高氣體檢測的溫度穩(wěn)定性和精度。

1 電化學傳感器工作原理

目前大部分電化學傳感器都是三電極結(jié)構(gòu)，其工作原理是氣體通過選擇型敏感膜擴散到傳感器內(nèi)，并與傳感器內(nèi)化學溶液產(chǎn)生氧化反應(yīng)或者還原反應(yīng)，并在在工作電極上產(chǎn)生電流信號，其反應(yīng)類型決定工作電極上的電流方向[3，7]。

簡化三電極電化學傳感器調(diào)理電路如圖1所示。……