目錄:上海天道儀器有限公司>>各種監(jiān)測系統(tǒng)>> 防化實驗通風柜
| 應用領域 | 化工 |
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裝修而導致的空氣污染已經(jīng)成為現(xiàn)代危害身體健康的殺手之一，現(xiàn)有的空氣質量檢測大部分都是單氣體檢測，對于現(xiàn)在已經(jīng)演變?yōu)樯鐣栴}的空氣質量，目前的測量方式還達不到理想標準。一種儀表只能檢測一種氣體，無法滿足大型建筑物的室內(nèi)空氣質量的要求。文章介紹的監(jiān)測儀，布線簡單，受環(huán)境的干擾小，能夠同時監(jiān)測多種有害氣體，并且顯示速度快，實時性好?？梢远帱c，全面的對居住場所的空氣質量監(jiān)測[1]。
1 總體設計方案
總體設計結構如圖1所示。
文章將介紹系統(tǒng)的硬件電路，這里以氨氣傳感器的調理電路為例，以及電源電路的設計和硬件抗干擾技術。文章以STC12C5A60S2處理器為核心控制器件，系統(tǒng)上電后開機自檢，然后會對甲烷、氨氣、CO、甲醛、溫濕度進行多點實時的檢測并顯示。如果發(fā)現(xiàn)檢測的某項氣體值超標，系統(tǒng)會自動啟動報警裝置，通過聲音提示用戶。利用串口發(fā)出控制指令，提醒用戶采取相應的措施。該設計預留的通訊串口可以與其他高級設備連接實現(xiàn)遠程控制。
2 室內(nèi)空氣質量監(jiān)測儀的硬件設計
2.1 電化學傳感器的信號調理電路
文章以氨氣傳感器為主進行介紹。由于傳感器輸出的信號非常微弱，電化學傳感器采集氨氣，并輸出信號，需要對輸出的微弱mV級的信號放大，文章選擇的運算放大器是OPA333，最終將信號放大到V級[2]。由于傳感器有啟動時間，為了減少預熱時間，通過J177進行電路調整[3]，信號的調理電路如圖2所示。當甲醛傳感器感應到甲醛氣體時，由電極生成的電流信號得到電壓信號，傳感器輸出電流和電路輸出的電壓關系為：
U=Ix（R14+R15//RT2）
其中R14和R15的阻值為20k，經(jīng)過I/V轉換后，傳感器輸出的電流信號從μ 變?yōu)榉壍碾妷骸?/span>
由于電化學型傳感器的特殊性，對應的調理電路的設計，需要考慮以下幾個方面：
（1）傳感器的靈敏度數(shù)量級極低，在一級電路引入電流-電壓轉換。
（2）消除其他氣體的干擾，電化學型氣體傳感器偏壓是否穩(wěn)定會影響到噪聲和靈敏度，所以提高被測量氣體的選擇性，減少噪聲，保證傳感器工作在最佳點，采用恒電位控制電路。
（3）加入調零電路校正。
（4）為了減少傳感器本身導致的噪聲或者I/V轉換器輸出的噪聲，引入濾波電路。
2.2 電源電路設計
文章采用MCP1700進行了電壓的轉換，為了實現(xiàn)一氧化碳、甲醛等電化學型傳感器的±3V供電，需要把+5V電源電壓轉換成+3V，選用芯片MAX660，把+3V的電源電壓轉換成-3V，便得到了±3V的供電電壓[5]。采用芯片MAX660將輸入電壓范圍為+1.5V到+5.5V，轉換后變成輸出電壓是-1.5V到-5.5V，而且性能十分穩(wěn)定。
2.3 硬件抗干擾技術
系統(tǒng)運行時，會受到內(nèi)部或外部的各種干擾，比如噪聲干擾、放電干擾或者電磁干擾等，所以除了遵守相應設計規(guī)則外，必須采取可行的抗干擾措施，來提高和保證系統(tǒng)的安全性以及可靠性，所以對硬件電路進行布局布線時，還需考慮影響電路電磁兼容性、測量和控制精度和空氣監(jiān)測儀工作穩(wěn)定性的因素[6]。
文章采用的硬件抗干擾措施有：
（1）增大電源線寬度；
（2）芯片電源端連接去耦電容；
（3）模擬地與數(shù)字地分開布局；
（4）用電壓跟隨器隔離進入A/D之前的信號；
（5）在電源和地線之間加入去耦電容，防止抗干擾能力弱的芯片或關閉電源時變化大的芯片；
（6）電源輸入端接100μF的電解電容；
（7）設置專門的硬件復位電路。
3 結束語
該儀器是集環(huán)境污染，安全和溫濕度為一體的多點監(jiān)測的便攜式測量儀。適合居家環(huán)境測量以及安全報警，該設計的創(chuàng)新在于，把室內(nèi)空氣和安全報警集合為一體，采用多種電化學傳感器的組合，解決了目前室內(nèi)氣體測量種類單一的問題。
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