基于USB总线的嵌入式甲烷气体检测系统设计

来源:本站2019-07-1240 次

基于USB总线的嵌入式甲烷气体检测系统设计

【建筑防水材料论文】[摘要]文章应用红外吸收原理,设计了基于C8051F340单片机的嵌入式甲烷气体检测系统。 该系统应用新一代、高性能的CIP-51单片机,实现了气体浓度的测量。

通过USB接口实现与PC机的数据通信,完成了实验数据存储。

该检测系统根据温度的实时测量值,并应用最小二乘法对甲烷气体浓度测量值进行温度校正。

[关键词]甲烷;嵌入式系统;最小二乘法;USB接口;C8051F一、引言甲烷是一种无色、无味的易燃、易爆气体,其浓度检测,在煤炭、石化、农业、环保和城市生活燃气等诸多领域有着广泛应用。 近年来,红外吸收式气体检测技术有了长足发展,正成为迅速发展起来的有效技术手段。 它具有精度和灵敏度高,响应速度快,测量范围大,寿命长、可靠性好等一系列优点[1],受到国内外的广泛重视。 本文应用甲烷气体红外吸收原理,以高性能的C8051F340单片机[2]为核心,设计了基于单片机的数据采集系统,实现了甲烷气体浓度的测量。 该系统同时实现了对环境温度的实时测量,并采用最小二乘法对气体浓度测量值进行了温度校正,以消除温度对气体浓度检测的影响。

该系统所采用的C8051F340单片机内部集成了USB控制器和10位的AD转换器,有效减小了测量系统的体积,提高了测量的准确性和可靠性。 二、工作原理与硬件系统组成甲烷气体浓度的检测基于气体对红外辐射的吸收原理。 当红外光通过一定浓度的被测甲烷气体时,气体分子吸收了某些特定频率的红外辐射,透射光的强度随之变小。

其吸收关系遵循Lambert-Beer定律[3]:可见,透射光与入射光强度之比是气室长度L,吸收截面和被测气体浓度C的函数。

通过测量入射光和透射光的强度就能测出气体的浓度。 测量系统由红外甲烷气体测量系统和温度测量系统组成,如图1所示。

甲烷气体浓度测量系统由红外甲烷传感器、信号调理电路、AD转换电路构成,单片机控制AD转换,完成甲烷浓度电压信号的采集。

温度测量系统以温敏电阻为敏感元件,通过放大、滤波,AD转换,由单片机完成温度电压信号的采集。 单片机根据实时测得。

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