1 引言
一氧化碳(CO)是剧毒性气体,人体吸人后造成人体组织和细胞缺氧,导致引起中毒窒息。在煤矿井下,CO也是引起瓦斯爆炸的主要气体之一。CO无论是对工业生产还是人类都造成巨大的损害,因此,CO检测尤为重要,特别在煤矿井下,《煤矿安全规程》规定,井下作业场所的CO浓度应控制在0.002 4%以下。因此,实时、准确地测出井下CO气体浓度,对保障煤矿工业安全生产具有重要意义。
目前检测CO的方法主要有化学法、电化学法、气相 {MOD}谱法等。这些方法普遍存在价格高、普适性差等问题,且测量精度较低。这里设计一种新的检测系统,选用红外CO传感器和MSP430单片机作为核心信号处理电路,结合数字滤波、温度补偿运算.具有检测浓度范围宽、使用寿命长等优点。CAN总线通信距离长、可靠性高等特点,通过扩展CAN总线接口使检测仪具有远程通信能力,可方便地与监控中心进行对接联络,有效降低事故发生率,具有推广和应用价值。
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MSP430单片机是德州仪器(TI)公司生产的超低功耗Flash型16位单片机。根据系统功能及外围电路接口要求,选用MSP430F449型单片机,该单片机具有丰富的内部硬件资源;内置的温度传感器用于检测环境温度,补偿红外传感器检测的数据;其内置A/D转换器用于将传感器输出的模拟量转换为数字量;通过硬件乘法器,实现对被测量的A/D采样数据进行高速数字滤波和温度补偿等运算。数字滤波法采用去极值平均滤波法。在脉冲干扰较严重的场合,如采用一般的平均值法,则干扰将会平均到结果中去,不易消除由干扰引起的误差。首先把Ⅳ次采样值按大小顺序排成一列,采用“冒泡排序法”,可去掉N个数据中的最大值和最小值,再计算(N-2)个数据的平均值,即为去极值平均滤波法。温度补偿的处理方法;传感器的静态特性为线性时,则温度补偿前的特性可表示为:
式中,x为传感器的输入量,y为输出量,Y为特性曲线在y轴上的截距(即环境温度引起的输出增益),k为比例系数。
温度补偿公式法的步骤如下:
(1)给定(m+1)个温度值:T0,T1,T2,…,Tn,…,Tm,测出每一温度下传感器静态特性曲线在y轴上的截距Y0,Y1,Y2,…,Yn,…Ym;
(2)将Y表示成以温度T为自变量的n次代数多项式(n<m)
用最小二乘曲线拟合法确定a0,a1,a2,…an。
(3)在测得每一个y值及相应T值时,首先计算出Y值,然后再求出x值
采用数字滤波和温度补偿算法可使测量更精确,受环境温度影响减少到最小。
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