氧偏压环境静态配气测试系统的设计与实现

《氧偏压环境静态配气测试系统的设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、氧偏压环境静态配气测试系统的设计与实现　　摘要：本系统设计了一种基于STM32的氧偏压环境静态配气测试系统。基于目前市场上推出的VOC气体传感器以及气敏材料研究过程中所制备的新材料，我们研究了它在非氧环境下的气敏特性和温度特性等，为后续非氧环境下的气敏材料研究及气敏材料制备和应用提供了资料和数据。系统采用STM32F103ZET6作为处理器，其作为现代工业领域广泛运用的一款高性能单片机，具有丰富的硬件资源和很高的数据处理速度。　　关键词：非氧环境；VOC传感器；STM32；LabVIEW；温度检测　　

2、中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：2095-1302（2016）10-00-04　　0引言　　进入20世纪80年代以来，传感器技术的革新对社会发展、科学进步起到了决定性作用，尤其是在补偿技术、网络化技术、智能技术、多功能复合技术等传感器领域有了突破性的进展[1]。随着传感器技术的不断革新，传感器配气测试系统的发展也提出了不同的要求。在国内外市场上推出的传感器配气测试系统中，主要研究气体传感器在有氧环境下的气敏特性。然而，在单独的有氧环境下进行气体检测并不能满足当今社会发展的需要。因此，根据

3、传感器技术研究的发展需求[2]，我们应该对氧偏压环境下气体传感器检测技术投入更多的关注和研究。8　　就目前国内对配气测试系统的研究情况而言，对氧偏压环境气敏传感器测试的静态配气系统少之又少。美、德、日等工业发达国家的传感器技术较为领先，但不足之处也尤为明显[3]。本项目设计的氧偏压环境静态配气测试系统主要运用于各大高校实验机构、企业、生物医药领域、工业领域等。　　1硬件系统设计　　氧偏压静态配气测试系统的硬件设计主要包括真空气泵、反应室、电源、显示模块、STM32系统控制、人机交互显示界面等，其原理图

4、如图1所示。反应室内做成一个30×30×30的正方体，以方便计算气体体积。　　2控制系统设计　　控制系统的设计主要涉及控制芯片的选型，在本次设计中，控制芯片的选型主要有几种方案可选。　　2.1利用51系列单片机　　采用51系列单片机，主要有89C51系列、89S51系列，两者程序基本兼容。该单片机应用广泛，而研究相对完善且编程简单，但单片机接口较少，资源不足。　　2.2利用ARMV7构架内核STM32处理器　　采用基于ARMV7架构内核的STM32处理器。该微处理器不仅数据处理精度高，且运行速度非常快

5、，最高工作频率为72MHz，自带3个12位逼近型AD转换器，每个AD转换器多达16个通道。　　2.3利用PLC可编程逻辑控制器8　　利用PLC可编程逻辑控制器与相应的外围电路来实现整个装置的监测与控制。其优点在于功能强、可靠性高；缺点在于其设备的可靠性、实时性和稳定性都较差。　　本次课题的控制系统主要采用STM32F103芯片。该芯片具有64KBSRAM、512KBFlash、2个基本定时器、4个通用定时器、3个12位ADC，1个12DAC、1个FSMC接口及112个通用IO口等丰富资源。在本次设计中

6、，采用BOOT电路的启动模式设置端口电路，由BOOT0和BOOT1启动选择引脚，由选择复位后STM32的启动模式，可通过跳线帽来。一般情况下，如果我们想要用串口下载代码，则必须设置BOOT0为1，BOOT1为0，而若想让STM32一按复位键就开始运行代码，则需要配置BOOT0为0，BOOT1则随便设置[4]。　　2.4温湿度传感器调理电路　　本文设计的氧偏压环境静态配气测试系统主要采用温湿度传感器DHT11。这款传感器采用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元

7、件，通过4个引脚与单片机相连。DS18B20内部结构图如图2所示。　　2.5气敏传感器调理电路　　在本文设计的氧偏压环境静态配气测试系统中所用的气敏传感器以MQ-3型酒精传感器为主。使用简单的电路即可将导电率的变化转化为该气体浓度响应的输出信号[5]。其电路原理图如图3所示。8　　由图3可知，J1外接传感器加热丝供电电压，提供传感器适合的工作温度并检测传感器在不同温度时所表现的气敏特性和温度特性。J2外接气敏传感器外接电阻，调节气敏传感器的敏感度，为了调节串联电阻的大小，把需要用到的电阻用跳线帽短接起

8、来，以方便在试验中频繁更换电阻。气敏传感器配阻模块如图4所示。　　3显示电路　　在本次设计中，系统显示电路采用一块7寸的TFT彩屏显示器作为人机交互界面，它具有很庞大的数据处理能力，采用2×17的2.54排针与外部连接。LCD的接口定义如图5所示。　　本文中用到了FSMCS设计，它是一种灵活的静态存储控制器，支持8/16/32位数据宽度，该TFTLCD的操作时序与SRAM的控制类似[6]。　　4系统软件设计　　系统软件的设计分为上位机软件设计和下位机软件