基于虚拟仪器的co气体监控

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1、基于虚拟仪器的CO气体监控摘要：利用半导体气敏传感器MQ-7采集一氧化碳气体，STC单片机对电压信号进行模数转换并发给Hi-Link的rm04模块，通过网络传输送入上位机；上位机的LabVIEW程序对数据进行接收、处理和图形表达。多个气体采集节点构成星型网络，可对一定范围内环境气体进行监控。关键词：MQ-7传感器；RM04；LabVIEW；STC单片机中图分类号：TN911.23在矿产资源开采、家庭住所环境、动物养殖、及卫生医疗等场合经常要要对有害气体进行检测及报警，一般的方法是通过气体传感器及ADC转换器采

2、集数据，再通过RS485串行线路进行较远距离传输，上位机接收数据后经过数据处理，可报告现场有害气体情况及采取相应的措施。该方法的缺点是布线麻烦，传输距离有限。利用TCP/IP网络构建传输平台，利用LabVIEW平台编写的上位机测试系统，可以监控一定范围内的空气情况，如果监测出现异常情况可以及时分析处理和预报，将会有效地提高事故预见性和工作效率。1系统组成7系统监测的有害气体为一氧化碳，由于一氧化碳与体内血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力大200-300倍，而碳氧血红蛋白较氧合血红蛋白的解离速度慢3600倍

3、，当一氧化碳浓度在空气中达到35ppm，就会对人体产生损害，会造成一氧化碳中毒[1，2]。系统总体框架图如图1所示，主要包括CO气体采集，单片机的模拟/数字信号转换，网络数据传输。系统的下位机利用传感器采集待测气体，产生的信号电压送到到单片机内进行模数转换，得到字符数据处理通过网络传送给上位机。上位机PC端程序采用LabVIEW软件平台开发，LabVIEW是一种业界领先的工业标准图形化开发工具，主要用于开发测试、测量与控制系统，它是专门为工程师和科学家而设计的直观图形化编程语言。它将软件和各种不同的测量仪器硬

4、件及计算机集成在一起，构建虚拟仪器系统[3]。2硬件电路设计2.17CO传感器电路。设计采用MQ-7半导体气敏传感器，传感器使用气敏材料，敏感体主要是由半导体材料制成的，其中应用最为广泛的半导体材料不是常见的硅、锗半导体，而是金属氧化物半导体，在气体传感器领域中应用最多的金属氧化物是SnO2，ZnO，Fe2O3，WO3等。MQ-7采用清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2），使用高低温循环检测方式的低温（1.5V加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V加热）清洗低

5、温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-7气体传感器对一氧化碳的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器[4-6]。图2是传感器的基本测试电路。该传感器需要施加2个电压：加热器电压（VH）和测试电压（VC）。其中VH用于为传感器提供特定的工作温度。VC则是用于测定与传感器串联的负载电阻（RL）上的电压（VRL）。VC和VH可以共用同一个+5V电源电路。传感器表面电阻RS=（VC/VRL-1）*RL，在给定的工作条件

6、下和适当的气体浓度范围内，在一定的温湿度情况下，灵敏度曲线是非线性的，传感器的电阻值和还原性气体浓度之间的关系可以近似由下面方程表示：Rs=A[C]-α（C为气体浓度）[7，8]；由图3灵敏度特性曲线，利用matlab拟合出RS/RO与CO浓度关系式：因此测出VRL就可以得到标准测试条件下CO的浓度。根据器件手册，传感器MQ-7的探测浓度在20～2000ppm。2.2传感器电压采集。STC12C5A系列单片机自带ADC功能，有8路10位高速A/D转换器，速度可达250KHz。7上电复位后P1口为弱上拉口，用户

7、可以通过软件设置将8路通道的任意一路设置为A/D转换。单片机的参考电压来自工作电压VCC，可不外接参考电压源。实际使用时用万用表量出工作电压并记录在单片机的EEPROM[9]。来自传感器的采样电压接入P1口的P1.0引脚，单片机对模数转换的采样电压值进行字符处理，通过UART串行通信发送到Hi-Link的RM04模块的串口。2.3有线网络传输。RM04模块是基于通用串行接口的符合网络标准的嵌入式模块，内置TCP/IP协议栈，能够实现用户串口、以太网、无线网（WIFI）3个接口之间的转换。通过HLK-RM04模

8、块，传统的串口设备在不需要更改任何配置的情况下，即可通过局域网络或互联网传输自己的数据，为用户的串口设备通过网络传输数据提供完整快速的解决方案[10]。HLK-RM04模块与PC的串口连接后，选择“串口以太网”模式，设定好网络协议、串行通信的波特率、帧的格式及远程端口和模块的IP地址，即调整好模块的工作模式。由于RM04模块与单片机之间采用串行通信，需要MAX232芯片完成TTL/RS232电平转换