基于嵌入式系统的乙炔气体监测系统设计

　　0　引言

　　随着工农业生产的发展,环境污染现象变得越来越严重。有毒性气体和可燃性气体不仅污染环境,而且有产生爆炸、火灾和使人中毒的危险。乙炔是一种化学性质非常活泼的气体,极易燃烧、分解和爆炸,与其他易燃易爆气体相比,乙炔的爆炸范围大、爆炸下限低。因而,对乙炔污染源进行实时监测具有十分重要的意义[1]。文中介绍一款基于32位RISC处理器S3C44B0X的乙炔气体监测系统,通过移植uClinux操作系统和图形用户界面支持系统MiniGUI,可实现对乙炔气体浓度的实时和定时监测,远程监测数据共享,并有很好的可视化人机交互等功能[2]。

　　1　系统组成及工作原理

　　系统组成如图1所示,它由乙炔气体传感器、传感器信号处理电路、嵌入式系统、LCD液晶屏、3×2键盘、声光报警模块、局域网通信模块等组成。

　　乙炔气体传感器2M004把乙炔气体的浓度变化转变成电阻值的变化,通过传感器信号处理电路处理后转变成电压信号,使之满足S3C44B0X自带的10位数-模转换器(ADC)的转换要求,再由A/D转换得到数据,数据经过uClinux操作系统中的程序处理后,显示在LCD液晶屏的MiniGUI的人机交互图形界面上,并把数据记录在操作系统文件系统中,通过局域网络进行NFS文件共享,与远程监控中心进行数据的共享。3×2键盘可以使用户和系统进行简单的人机交互,比如设置转换通道,实时时钟的修改,乙炔气体浓度历史记录的查询等功能。当乙炔气体浓度超过警戒值时,会启动声光报警系统,发出蜂鸣声,并在LCD液晶屏上显示当前报警的乙炔气体报警浓度。

　　2　主要技术指标

　　测量范围: 5~500 ppm(1 ppm=10-6);报警浓度:气体爆炸下限浓度的60%;预热时间: 3~5 min;不要在腐蚀性气体环境下工作;工作环境:温度-10 ~ +50℃、相对湿度0 ~90%RH.

　　3　系统硬件设计

　　3. 1　乙炔气体检测电路

　　乙炔气体传感器2M004是以一种三氧化铟(IN2O3)作为敏感元件基体材料的高灵敏度的乙炔气体敏感元件。其电压获取方式如图2所示, 2M004传感器需要施加两个电压:加热器电压VH和回路电压VC,VH施加于集成的加热器上,使传感器中的敏感素子处于特定的温度下。VC则是用于测定与传感器串联的负载电阻RL上的两端电压VRH.只要能满足传感器的电气特性要求,VH和VC可以共用同一个电源电路,RL上的电压降就是的传感器输出电压。若检测到乙炔气体,传感器的气敏元件的阻值RS降低,这时,RL两端的电压就会升高,从而使输出电压发生变化[3]。

　　经试验,在标准测试条件下,当空气中的乙炔浓度等于50ppm时,电阻值RS一般为13~14 kΩ,应考虑确定浓度气体中气敏元件的阻值来决定RL阻值。在监测系统的乙炔气体检测电路中,VH与VC同为5 V,由于S3C44B0X所带10位数模转换器(ADC)输入电压范围是0~2·5 V,为了在适当乙炔气体浓度下使数模转换器的输入电压VRL低于2·5 V限度值,需要选择合适的RL.输入电压的计算公式: