CO浓度检测仪表硬件电路设计

　　1　CO浓度检测仪表硬件电路

　　1.1　基本功能

　　通过对CO传感器检测到的微弱信号进行高倍数放大,经过A/D转换后把信号送到单片机内部,实现对CO浓度数值的显示;实现单片机与PC机之间串口通信,在PC机上显示CO浓度,实现对现场的监控。实现大量程CO浓度检测,检测范围是0~10^-2,精度范围为10^-5。

　　1 .2　性能要求

　　(1)稳定性:在CO仪表工作过程中,环境比较复杂,高温、高湿、噪声等不良条件要求电路的稳定性要强,且不易受外界的干扰。CO气体浓度很低,轻微的干扰都可能造成测量结果的误,因此对于CO浓度检测仪表硬件电路的性能要求很高。

　　(2)准确性:减少误码,数据读取和控制操作准确无误。CO浓度在0~1 .999 9×104范围内高精度的显示,精度范围为10^-5,在室温下(20℃)漂移误差为-7×10^-6~21×10^-6;适用温度为20~40℃.

　　(3)实时性:监控系统在进行数据读取和控制操作时速度要满足工业控制的要求,单片机采用汇编语言编程,实时性能较好。

　　2　CO浓度检测仪表系统实现方案

　　系统中, CO传感器采集的数据经过高精度集成运算放大器ICL7650的放大后,再进行A/D转换送往单片机,由于此系统采用的ICL7135为14位高精度A/D转换器,且具有数据显示的功能,因此数据的显示不经过单片机进行处理,单片机只是将A/D转换后的数据发往PC机,并对PC机发送过来的控制命令作出反应,并报警。因此可以将该转换器与PC机分离,从而实现移动便携功能。为了实现PC机与移动便携式检测器联接,系统采用了RS232标准接口。系统方案图如图1所示.

　　3　CO浓度检测仪表的硬件设计

　　3. 1　信号采样、放大电路

　　CO气体浓度传感器CO/CFA-10000为电化学传感器,对CO气体直接检测,传感器输出随气体浓度的增加而增大,在达到外围控制放大电路确立的饱和值以内呈线性。传感器的最大输出上限控制在50 mA以内,检测输出的信号非常微弱,因此要进行放大性能好,且抗干扰性强的放大电路来对所测信号的进行放大[1]。ICL7650是采用CMOS工艺的动态自动校零集成运算放大器,它具有低失调、低温漂、高增益、高共模抑制比及高电源电压抑制比的特点[2]。采用双级7650放大,能够更加高保真度的输出检测信号。[3-4]信号采样和放大电路如图2所示

　　3.2　A/D转换电路

　　A/D转换电路由双积分A/D转换器7135及其外围元件组成[5]。其中2,3脚用的基准电压1 V是由稳压集成MC4013与10 kΩ的精密电位器来提供,误差范围为±0 .05 V.准确的基准电压为A/D转换器的正确转换提供了保证。另外,A/D转换器的时钟是由555时基电路组成的多谐振荡器,振荡周期为8μs.模拟信号从ICL7135的10脚输入,经过转换后,A、B、C、D为8421码输出,S1、S2、S3、S4为位选端子。A/D转换电路部分设计如图3所示。