该文章推荐了CAN总线和MSP430的CO(一氧化碳)红外检测体系规划的电路原理和运用
本体系依据CAN总线接口的红外检测体系的规划思路。
该检测体系以MSP430超低功耗单片机为中心，选用SM-CO H／M红外线CO气体探测器，结合数字滤波和温度补偿等算法，到达准确丈量CO浓度的意图，运用CAN总线接口完结数据的长途传输，一起进行CO红外检测和长途监控。
1 导言
一氧化碳(CO)是剧毒性气体，人体吸人后形成人体安排和细胞缺氧，导致引起中毒窒息。在煤矿井下，CO也是引起瓦斯爆破的首要气体之一。CO无论是对工业出产仍是人类都形成巨大的危害，因而，CO检测尤为重要，特别在煤矿井下，《煤矿安全规程》规则，井下作业场所的CO浓度应操控在0．002 4％以下。因而，实时、准确地测出井下CO气体浓度，对保证煤矿工业安全出产具有重要意义。
现在检测CO的办法首要有化学法、电化学法、气相色谱法等。这些办法普遍存在价格高、普适性差等问题，且丈量精度较低。这儿规划一种新的检测体系，选用红外CO传感器和MSP430单片机作为中心信号处理电路，结合数字滤波、温度补偿运算．具有检测浓度规模宽、运用寿命长等利益。CAN总线通讯间隔长、可靠性府第特色，经过扩展CAN总线接口使检测仪具有长途通讯才能，可方便地与监控中心进行对接联络，有用下降事端发生率，具有推行和运用价值。
2 体系组成及硬件规划
该体系由红外CO气体传感器、MSP430单片机、CAN总线接口及长途监控体系组成。该体系在检测现场经过单片机处理检测的数据、操控LCD显现、声光报警，一起还装备CAN总线操控器，能够轻松获取浓度、温度以及报警记载等相关信息，完结了智能化的工业现场、长途一起监控功用。体系的组成框图如图1所示。
2．1 传感器的原理及挑选
每种物质都有特定的吸收光谱(如CO气体在光波波长4．5μm处有一个极强的吸收峰)，该特性可用于丈量。可依据各种气体光谱曲线上某些特定波利益吸收峰值的改变判别气体的浓度。当红外光经过待测气体时，这些气体分子对特定波长红外光有吸收效果，吸收规则遵从朗泊-比尔规律
式中，I为透射光的能量，L/mol·cm；Io为红外辐射被气体吸收的能量，L／mol．cm；K为与气体及辐射波长有关的常数，L/mol·cm：C为被测气体的浓度．mol／L；L为辐射经过气体层的厚度，cm。
该文章推荐了CAN总线和MSP430的CO(一氧化碳)红外检测体系规划的电路原理和运用
由式(1)可知，经过检测红外辐射经气体吸收后的辐射强度，就可核算出被测气体的浓度。选用SM-C0 H／M传感器，该系列模拟输出型CO选用双光束非分光红外线(NDIR)检测技能．具有抗其他气体搅扰、保养保护简洁、稳定性好、自带温度补偿、Modbus ASCII协议数字输出和模拟输出等利益。适用于走漏报警、现场施工防护、简略气体剖析气体、在线监测、工业进程剖析等场合。
2．2 MSP430单片机作业原理及数据处理
MSP430单片机是德州仪器(TI)公司出产的超低功耗Flash型16位单片机。依据体系功用及外围电路接口要求，选用MSP430F449型单片机，该单片机具有丰厚的内部硬件资源；内置的温度传感器用于检测环境温度，补偿红外传感器检测的数据；其内置A／D转换器用于将传感器输出的模拟量转换为数字量；经过硬件乘法器，完结对被丈量的A／D采样数据进行高速数字滤波和温度补偿等运算。数字滤波法选用去极值均匀滤波法。在脉冲搅扰较严峻的场合，如选用一般的均匀值法，则搅扰将会均匀到成果中去，不易消除由搅扰引起的夺冠。首要把Ⅳ次采样值按巨细次序排成一列，选用“冒泡排序法”，可去掉N个数据中的最大值和最小值，再核算(N-2)个数据的均匀值，即为去极值均匀滤波法。温度补偿的处理办法；传感器的静态特性为线性时，则温度补偿前的特性可一共为：
式中，x为传感器的输入量，y为输出量，Y为特性曲线在y轴上的截距(即环境温度引起的输出增益)，k为份额系数。
温度补偿公式法的过程如下：
(1)给定(m+1)个温度值：T0，T1，T2，…，Tn，…，Tm，测出每一温度下传感器静态特性曲线在y轴上的截距Y0，Y1，Y2，…，Yn，…Ym；
(2)将Y一共成以温度T为自变量的n次代数多项式(n 用最小二乘曲线拟合法确认a0，a1，a2，…an。 (3)在测得每一个y值及相应T值时，首要核算出Y值，然后再求出x值 选用数字滤波和温度补偿算法可使丈量更准确，受环境温度影响削减到最小。 [next] 时刻：2010-03-12 15:08:46来历：电子规划工程作者：葛化敏，陈永，张彭程 南京信息工程大学 2．3 按键、LCD显现及报警体系 按键用于设定体系时刻、声光报警值以及对应的CAN总线通讯地址等参数，假如按键较少选用一端口对应一按键，运用捕获中止。假如按键较多，则可选用行列式键盘以节约端口资源。LCD显现选用LSD12864CT显现模块，该模块由一组行驱动信号IC3及两组列驱动信号IC2(操控左半屏)和%&&&&&%1(操控右半屏)组成，其显现点阵是128×64，可显现图形或汉字。其内部集成行、列驱动及显现器缓冲区RAM的接口，一起硬件可设置显现屏的结构、数据传输方法、显现窗口的长宽等。MSP430F449内部自带60 KB Flash用于记载红外丈量数据超限时刻和对应的设置值，保存CAN接口相关参数。当CO浓度超出设定规模时，由声光报警装置提示井下作业人员。该文章推荐了CAN总线和MSP430的CO(一氧化碳)红外检测体系规划的电路原理和运用 2．4 CAN总线接口规划 该体系CAN接口由独立的CAN总线操控器SJA1000、CAN数据收发器TJA1050组成。SJA1000是独立CAN操控器，首要用于移动方针和一般工业环境中区域网络操控。SJA1000的AD0-AD7接MSP430的P2端口，P3．4和P3．5别离操控SJA1000的读写操作。MSP430初始化SJA1000，经过操控SJA1000完结数据的收发。TJA1050是操控器区域网络(CAN)协议操控器和物理总线之间的接口，是一种规范的高速CAN收发器。TJA1050可为总线供给差动发送功用，为CAN操控器SJA1000供给差动接纳功用。TJA1050供给CAN节点接口，完结CAN总线数据的传输。其间CANH和CANL接到外部CAN总线网络上。MSP430、SJA1000与TJA1050的衔接电路如图2所示。 3 体系软件规划 体系上电复位后首要初始化，首要包含体系硬件初始化及从MSP430 Flash中读取CAN相关参数，并进行设置；然后体系进行按键扫描：如有键按下则进行相应的操作，如设置时刻和CO报警浓度值、修正CAN参数、查阅报警记载等；若无键按下，则并重CO浓度并进行软件处理，软件处理包含数字滤波和温度补偿，用以校准浓度数据。若CO浓度超限，则声光报警告诉井下作业人员并记载报警时刻和报警值到存储器中，若浓度正常则循环检测并显现。体系软件流程如图3所示。气体浓度数据的长途传输由CAN总线接口完结。当上位机给该站发送报文时，即要求本站传送数据时，体系才向上位机传送数据，这样可减轻单片机的担负，下降功耗。因而，CAN通讯程序流程大致为：当检测仪接纳到有用的报文时发生接纳中止，在中止服务子程序中，以CAN报文方法发送C0浓度数据，选用非中止方法发送报文，具体作业流程如图4所示。 上位机选用Delphi编写的Windows下的可视化操作界面。Delphi是一种选用事情驱动方法、面向对象的可视化府第编程言语，该体系的通讯软件规划选用Delphi7．0。在Del-phi可运用的很多串行通讯控件中，SPComm控件是最简略、功用比较强壮的一种。该控件具有丰厚的与串口通讯密切相关的特色及事情，供给对串口的各种操作。经过Delphi的规划可在上位机中直观显现当时时刻、气体浓度。经过串口通讯还可碑文长途操作。选用采样定时器可每隔一段时刻改写显现的数据，然后及时检测数据改变。 4 结束语 选用红外光学传感器件替代传统的传感器．安全性大大提高；结合CAN总线技能，替代传统的RS232、RS485，大大下降体系开发难度，缩短开发周期。与其他现场总线比较而言，CAN总线具有通讯速率高、易完结、性价比府第特色。选用TI的MSP430单片机，有较多的集成外设，下降了开发难度，且具有超低功耗。有利于节约能源。 所规划的红外CO检测体系，检测气体浓度规模宽、设备保护性好。运用MSP430F449的低功耗特性及其内部集成的A／D转换器、乘法器、温度传感器等硬件资源，丈量精密度大大提高。经过CAN总线接口，体系既可在现场显现实时数据，又可完结仪器的远间隔、高可靠性地通讯功用和长途监控。因而，该体系具有很好的运用远景。
