无线CO电化学传感器应用设计.pdf

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1、无线CO电化学传感器应用设计郭奇，等无线CO电化学传感器应用设计ApplicationDesignofWirelessCOElectrochemicalSensor郝芬路林专(上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240)摘要：传统CO传感器在很多场合存在布线难的问题，在研究其工作原理的基础上，采用C8051F单片机和CCll00无线收发器，设计了一个无线CO电化学传感器。该传感器除了具有实时显示、超标报警、无线通信和电流输出功能外，还具有温度修正和零点自调校等功能，可用于煤矿或地下车库等场合的CO浓度在线监测，具有一定的工程应用价值。关键词：CO电

2、化学传感器C8051FCCll00无线温度修正中图分类号：TP212+．6文献标志码：AAbstract：Inmanyoccasions，traditionalCOsensorsarefacingdifficultyofwiringproblem．Onthebasisofresearchingtheoperationalprincipleofthesensor，byadoptingC8051FsinglechipcomputerandCCll00wirelesstransceiver，thedesignofhardwareandsoftwareofthewi

3、relessCOelectrochemicalsensorisimplemented．Thesensorprovidesfunctionsofreal．timedisplay，overlimitalarm，wirelesscommunicationandcurrentoutput，andalsoofferstemperaturecorrectionandzeropointself-adjustment．ItcanbeusedinonlinemonitoringofCOconcentrationincoalmineorundergroundparkingare

4、a，thusitpossessescertainengineeringapplicablevalue．Keywords：COelectrochemicalsensorC8051FCCll00WirelessTemperaturecorrection0引言CO是一种有毒且易燃易爆的气体，汽车尾气、煤矿井下气体和工厂废气中存在的CO给人们的生命安全带来巨大危害。为了及时准确地对生产生活中的CO进行检测，设计一种灵敏度高、性能可靠、操作简单和功能完善的CO传感器是十分必要的。为此，本文设计了一种无线CO电化学传感器。该传感器除具有实时监测、报警指示和电流变送输出等

5、功能外，还具有射频通信、自动调校和温度补偿等多项功能。通过电极上发生的电化学氧化还原反应，建立电化学平衡，反应产生的电流与CO气体的浓度成正比，化学反应方程式如下：CO+H20=C02+2H++2e(工作电极)02+4H++4e=2H：O(对电极)为保证最佳工作电极电位和最大反应电流的线性关系，信号放大电路需要将参考电极引入恒电位电路。恒电位电路的作用是在自身没有电流流过的前提下⋯，给工作电极提供稳定的电化学电位，使其不随化学反应而变化。1传感器工作原理2传感器硬件电路CO电化学传感器共有工作电极(WE)、参考电极(RE)和对电极(CE)这3个电极，其原理如

6、图1所示。图1电化学传感器原理图Fig．1Principleofelectrochemicalsensor修改稿收到日期：2010—12—06。第一作者郭奇(1981一)，男，现为上海交通大学自动化专业在读硕士研究生；主要从事嵌入式系统等方面的研究。《自动化仪表》第33卷第3期2012年3月传感器硬件电路以ME3一CO探头、C8051F005和CCll00为核心，它由电源电路、信号放大调理电路、温度检测电路、变送输出电路和报警显示电路等组成，其硬件组成框图如图2所示。图2传感器硬件组成框图Fig．2Hardwareofthesensor73无线CO电化学传感

7、器应用设计郭奇，等2．1放大电路设计ME3．CO气体探头对CO具有较好的气体选择性。考虑到电流信号相当微弱，且恒电位电路需要保证尽量小的电流流过参考电极，本设计选用低噪声、高精度的运放OP07。它具有低输入失调电压(10恤V)、低输入偏置电流(2nA)、低温漂(o．2I山V／。C)、高输入阻抗和高共模抑制比(110dB)等特性，满足电化学传感器的放大要求。恒电位电路和信号放大电路如图3所示。图3恒电位电路和信号放大电路Fig．3Constantpotentialcircuitandsignalamplifyingcircuit2．2射频电路设计C8051F0

8、05单片机内部集成8通道12位ADC、2通道12位D