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有害气体检测系统设计报告 v1.2 2011-06-18
本副 用于参加EDNChina 晒毕设活动
ZigBee430 应用设计范例
基于ZigBee 的有害气体检测模块
作者:Nightseas 懒兔子
VER1.2 2011-06-18
本副 用于参加EDNChina 晒毕设活动
一、设计要点
本范例通过MSP430F425 单片机和集成MG2450 芯片的AT-MR500 模块实现了H S、CO
2
和CH 三种有害气体检测和ZigBee 网络的数据通信,并通过VB.NET 开发上位机软件实现
4
对气体浓度的实时监测,其设计要点如下:
◆有害气体检测方法
◆MSP430 数据采集系统设计
◆ZigBee 无线终端模块设计
◆实时数据检测软件开发
二、系统方案
2.1 系统构架
基于 ZigBee 的有害气体检测模块的硬件系统共分为三个部分:气体检测模块、数据采
集底板和ZigBee 无线数据传输模块。图3.4 即为系统设计结构框图。
有害气体检测模块包含传感器和前端电路,以接插板的形式通过统一的模拟数据接口和
数据采集底板 接,由MSP430F425 的三个AD 通道,经过SD 16 模块进行数模转换和数据
换算,得到需要的气体浓度。
为保证无线通信的距离和通信质量,MG2540 无线数据通信模块采取了直插转接的方式,
通过插针架起并同数据采集底板进行 接。MG2450 芯片同MSP430 通过UART 接口通信,
通信速率为115200bps 。
数据采集底板包含MSP430 为中心的AD 数据采集电路和JTAG 、ISP 电路。同时为了保
证系统在外部供电异常或没有外部供电的情况下能够正常工作, 系统设计了充电管理、电
源监测电路,同时传感器和风扇电路可以通过MSP430 的I/O 接口控制时能,从而在不需要
采集数据时降低功耗。
图 系统设计结构框图
2.2 传感器检测原理
本副 用于参加EDNChina 晒毕设活动
(1)电化学传感器
电化学气体传感器是利用化学原理制作的探测器置于待测气体中,待测气体和探测器中
的化学物质发生化学反应,通过测量化学反应产生的电流来测量气体浓度。
在传统的两电极系统中,其工作电极和对电极由一层较薄的电解液隔开并通过一个很小
的电阻 接外电路。当气体通过扩散方式进入传感器后,在感应电极表面进行氧化或还原反
应,产生电流并通过外电路流经两个电极。 电流的大小与气体的浓度成比例关系,可通过
外电路的负载电阻进行测量。
相比二电极系统,三电极系统除了感应电极(S 极)和计数电极(C 极)以外引进参考
电极(R 极),并利用外部的恒电位工作电路来减小电极极化所受的限制。 范例中的H S、
2
CO 检测均采用电化学系统:
H S 传感器:采用美国RAE 公司的4H2S-100 电化学传感器,测量范围0-100ppm ,最大
2
过载500ppm,灵敏度为0.8 0.2μA/ppm ,分辨率0.1ppm ,T90 响应时间小于35 秒,长期漂
移小于2%/月。
图 RAE 4H2S-100 电化学传感器
CO 传感器:采用英国MRB 科学公司的S+4CO 电化学传感器,测量范围0-500ppm ,最
大过载1500ppm,灵敏度70 15nA/ppm ,分辨率1ppm ,T90 响应时间小于30 秒,长期漂移
小于2%/年。
图 MRB S+4CO 电化学传感器
(2 )催化燃烧式传感器
催化燃烧式传感器又称催化接触燃烧式传感器,它的工作原理是将由气敏材料制成的探
测器 (常用Pt 电热丝)置入待测气体中,在电源供电的环境中,使待测气体在催化剂的催
化作用下发生氧化反应,即无焰燃
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