便携式气体检测仪的设计与研究

发布时间：2017-08-26 06:06

  本文关键词：便携式气体检测仪的设计与研究

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【摘要】：本文设计了一款便携、节能的单气体检测仪。检测仪通过气体传感器检测环境中一氧化碳(CO)、硫化氢(H2S)或氧气(O2)的浓度,将气体浓度值实时显示在LCD液晶屏上,同时与设定的报警点相比较,判断是否需要进行声、光、震三重报警。检测仪采用16位超低功耗微控制器MSP430F435为主控芯片,该芯片具有多种低功耗模式,极大的节约了电能。仪器使用一节3V、1300mAh的锂电池作为电源,保证仪器正常工作的同时缩小了仪器体积。仪器的显示屏采用定制的高对比度LCD段码液晶屏,液晶屏自带背光灯,弱光下,根据按键操作或报警状态将背光灯点亮,方便使用者查看;强光下,背光灯自动熄灭,节约了电能。仪器具有声、光、震三重报警。发声元件采用无源蜂鸣器,由定时器A产生的PWM波驱动,通过改变PWM波占空比,蜂鸣器能发出多种声调的报警声;发光元件采用贴片LED灯,有红、绿两种颜色,更容易引起使用者注意;震动器采用小型纽扣震动器,其震感强、体积小、耗电低。仪器按键采用简单的单按键模式,仅一个按键即可实现开关机、消音、查阅和标定等所有功能,在方便操作的同时也缩小了仪器体积。仪器具备低限、高限、短时间接触容许浓度(STEL)、时量平均浓度(TWA)、超量程和电池电量不足等多种报警模式。仪器能通过串口和计算机进行通讯,方便修改报警点等数据。仪器选用的器件多为防静电器件,且设计有ESD防静电元件,能抵抗静电干扰。仪器外壳材料采用耐磨工程塑料,并涂有橡胶缓冲层,耐高低温环境,可以承受2m高度自由落地摔落,经得起恶劣环境的考验。仪器使用同一块PCB电路板,简单的通过电阻、电容的焊接或空缺,分别构成不同的气体检测电路,实现CO、H2S或O2的单气体检测。仪器主板为双层PCB板,采用小封装贴片元件双面焊接,元件布局合理紧凑,减小了检测仪体积,体现仪器便携性。本文设计的检测仪检测精度高、响应速度快、体积小、功耗低,是一款可以连续检测环境中毒性气体或氧气浓度的超低功耗检测仪器,可以广泛应用于城市建设和石油、化工、矿业、环保等行业中。
【关键词】：便携 节能 气体 检测仪 报警
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH83
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 1 绪论12-16
• 1.1 论文研究的背景意义12-13
• 1.2 国内外发展现状13-14
• 1.3 论文研究的主要内容14-16
• 2 便携式气体检测仪技术要求和总体方案设计16-25
• 2.1 便携式气体检测仪技术要求16-17
• 2.2 总体框架17-18
• 2.3 器件选型18-23
• 2.3.1 主控芯片选型18-19
• 2.3.2 气体传感器选型19-21
• 2.3.3 LCD液晶屏选型21-22
• 2.3.4 电池选型22
• 2.3.5 蜂鸣器和震动器选型22-23
• 2.3.6 电阻电容选型23
• 2.4 结构设计23
• 2.5 本章小结23-25
• 3 便携式气体检测仪硬件设计25-40
• 3.1 MSP430F435微控制器25-26
• 3.2 供电模块26-28
• 3.2.1 电池供电电路26-27
• 3.2.2 传感器、震动器、报警灯供电电路27
• 3.2.3 AD转换器参考电平供电电路27-28
• 3.3 按键模块28-29
• 3.4 传感器信号采集放大模块29-32
• 3.5 JTAG下载模块32-33
• 3.6 LCD液晶驱动模块33-34
• 3.7 背光检测模块34
• 3.8 震动器和报警灯控制模块34-35
• 3.9 蜂鸣器驱动模块35-36
• 3.10 串口模块36-37
• 3.11 PCB电路板37-39
• 3.11.1 PCB电路板总体设计37
• 3.11.2 PCB电路板元器件布局37
• 3.11.3 PCB电路板绘制37-39
• 3.12 本章小结39-40
• 4 便携式气体检测仪程序设计40-52
• 4.1 程序总体流程40-42
• 4.2 初始化程序42-45
• 4.2.1 I/O口初始化42
• 4.2.2 基本定时器BT初始化42
• 4.2.3 定时器A初始化42-43
• 4.2.4 定时器B初始化43
• 4.2.5 AD转换器初始化43
• 4.2.6 Flash初始化43-44
• 4.2.7 串口初始化44-45
• 4.2.8 变量初始化45
• 4.3 串口程序45-47
• 4.4 基本定时器中断程序47-48
• 4.5 定时器B中断程序48
• 4.6 AD转换中断程序48-49
• 4.7 标定程序49-50
• 4.7.1 传感器标定49
• 4.7.2 标定程序49-50
• 4.8 程序编译下载50-51
• 4.9 本章小结51-52
• 5 便携式气体检测仪性能测试52-58
• 5.1 检测精度测试和响应速度测试52-53
• 5.2 高低温性能测试53-54
• 5.3 抗静电能力测试54-56
• 5.4 抗摔落能力测试56-57
• 5.5 报警声强度测试57
• 5.6 本章小结57-58
• 6 总结与展望58-60
• 6.1 总结58-59
• 6.2 展望59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 个人简历64

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本文编号：740089