基于无线网络的汽车一氧化碳浓度检测系统研究

　　引言

　　一氧化碳( CO) 是剧毒性气体，人体吸入后造成人体组织和细胞缺氧，导致引起中毒窒息，它也是汽车主要有害尾气排放物之一。目前我国大城市机动车保有量正以极高速度增长，给我国带来 GDP 不断增长的同时，也对城市大气环境造成了严重的污染，因此，实时、准确地测出 CO 气体浓度，对制定城市车辆相关政策，保护城市大气环境具有重要的意义。目前检测一氧化碳( CO) 的方法主要有化学法、电化学法、气相色谱法、容量滴定法等，虽然各具不同特点，但普遍存在着成本高昂、测量程序复杂等问题，而且存在测量精度不高等缺点。而传感器法具有测量精确、快速可靠等优点^[1]。

　　目前各种检测一氧化碳( CO) 浓度的自动化系统所用的传感器主要包括固体电解质式、电导变化型厚膜式等，虽然有各自的优点，但这些传感器普遍存在对气体的选择性差、测量精度不高，使用寿命较短等缺点。而基于 NDIR 技术的不分光红外法一氧化碳( C0) 传感器具有对气体选择性好、抗干扰能力强、测量范围广等特点。随着科技的不断进步，无线通信技术的快速发展，无线传感器网络正以其独有的特点和全新的应用越来越引起人们的广泛关注。本文提出了基于 TC35 模块的一氧化碳浓度无线检测系统，设置方便，不需布线，克服了有线网络存在的缺点，简单便捷地利用无线传输实现了单片机对红外一氧化碳传感器数据的采集和处理。

　　1 NDIR 红外吸收检测原理

　　NDIR( 不分光红外法) 是英文 Non - Dispersive In-frared Analyzer 的简称，是目前测定一氧化碳( CO) 浓度比较好的方法，红外光谱吸收法是根据被测气体对红外光吸收特征来实现气体成分和浓度分析的。当红外光源发出的红外光穿过被测气体时，由于气体分子对特定波长的红外光具有吸收作用，其中，气体对红外光的吸收关系服从朗伯 - 比尔( Lambert - Beer) 吸收定律，因此初射光总是小于入射光^[2][3]。假设入射光为平行光，其强度为 I0，出射光的强度为 I，气体介质的厚度为 L。那么当由气体介质中的分子数 dN 的吸收所造成的光强减弱为 dI 时，根据朗伯 - 比尔吸收定律可得:

　　式中 K 为比例常数。经积分得:

　　式中: N 为吸收红外光强的气体介质的分子总数，a 为积分常数。显然有 N 与 cL 成正比例关系，式中 c为被测气体浓度。则式( 2) 可以改写成:

　　式中 μ 为吸收系数。式( 3) 表明，光强在气体介质中随浓度 c 及厚度 L 按指数规律衰减。吸收系数 μ取决于气体特性，各种气体的吸收系数各不相同。对同一气体，μ 随入射波长而变。若吸收介质中含 i 种吸收气体，则式( 3) 改写为: