新型便携式大气采样器的设计

　　随着社会生产力的发展，人民群众对生产生活环境的要求在不断提高。为了更好地检测大气质量，测试大气中各种气体成份含量和粉尘含量，各种采样检测设备也应运而生。大气采样器是环境监测部门对大气环境进行监测时常用的一种检测仪器,它是列入国家强制检定目录的工作计量器具[2]。但是，目前大部分的采样检测设备存在价格昂贵、体积庞大、不易携带、操作复杂等缺点，不利于在紧急情况和经济能力相对较差的乡镇使用。基于以上原因，按照 H BC 2-2001、H BC 3-2001 标准和国家技术监督局颁布的《作业场所空气采样仪器的技术规范》，研发了以 STC12C5410 单片机和霍尼韦尔气体质量流量传感器为核心部件的新型便携式大气采样器。

　　1 大气采样器的设计

　　1.1 结构

　　结构框图如图 1，由富集瓶、过滤器、隔膜泵、传感器、电子时控电路、LED 显示电路、报警电路和电源等部分组成。富集瓶用于采样，气体由气体入口吸入富集瓶，并由气体出口排出;电源适配器用于外接市电;电子时控电路用于控制采样流量和采样时间。

　　1.2 电路设计

　　电路原理框图如图 2，霍尼韦尔气体质量流传感器AW M 3300V 采集空气质量流量信号，经 A/D 转换成数字量，传输到单片机中进行时控处理。首先单片机对 A/D 传送来的流量和时间数字信号进行累计，并将累计的流量值和时间值与按键输入值进行比对，期间应用 PID 算法进行校正，然后将计算结果传输给 D/A。D/A 转换成的模拟电压经驱动电路后，控制隔膜泵的直流电机，从而控制气体的采样质量流量。采样完成之后，提示电路讯响提示。LED 显示电路采用共阳极动态显示，可以显示当前工作状态、流量值、时间值和预先设定值。按键输入电路用于设定流量值和时间值，控制仪器工作状态。

　　AW M 3300V 是霍尼韦尔公司生产的微桥式气流质量传感器。测量范围是 0~1000m l/m in，输出电压 0~5V。它具有体积小、精度高、信号处理最初预热所需时间短等优点[1]。

　　A/D 芯片采用 ADS1286。ADS1286 是 Burr-Brown 公司生产的 12 位高速低功耗模数转换器，其 8 管脚封装有效的降低了设计空间。ADS1286 的 VREF 管脚连接的是由 Burr-Brown公司生产的 REF02AU 精密稳压电源输出的 +5V 基准源;工作电源 Vcc 管脚采用 +5V 电源;前端信号输入管脚 VIN+ 和VIN- 采用差分输入;A/D 的输出连接单片机的 I2C 总线。

　　单片机选用 STC12C5410。STC12C5410 单片机是美国 STC公司在 8051 单片机标准的内核结构基础上，对芯片内核进行了较大改进后推出的一个增强型功能的 8051 单片机，其工作频率可达 48M H z，并含有内部看门狗和 10K 程序存储器及EEPROM ，可用于存储设置时间、设置流量等参数，并能够保证掉电后数据不丢失，同时可通过 232 接口在线烧录程序，支持软件版本的快速更新[3]。采样器的设计中，单片机的八位并行数据总线连接显示电路及按键输入电路;单片机的 I2C 总线连接A/D 芯片和 D/A 芯片;单片机的 P3 管脚高 4 位作为地址总线。