導語：有害氣體無線監(jiān)測設計與實現(xiàn)一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：此系統(tǒng)旨在降低歷年火災發(fā)生率，避免有害氣體泄漏。系統(tǒng)使用STM32作為主控制模塊控制氣體探測電路。氣體探測電路可驅動氣體探測模塊，采集需要的氣體濃度數(shù)據(jù)，根據(jù)不同種類的氣體探測頭采集不同種類的氣體，如CO、CO2等?？赏ㄟ^A/D轉換數(shù)據(jù)，并在LCD屏上顯示，以便于查看。將檢測數(shù)據(jù)通過LoRa無線模塊傳送至上機位，實現(xiàn)對有害氣體的遠程無線監(jiān)測。因災情中氣體多以CO為主，故系統(tǒng)選用的氣體探測頭傳感器為CO-AX傳感器，可從源頭發(fā)出警示，有效避免氣體中毒事件的發(fā)生。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；STM32；氣體探測；CO-AX傳感器；AD7790；LoRa

近年來，人們生活水平日益提高，人身保護和財產(chǎn)保護成為人們主要的關注點。在多種自然災害中，火災對于群眾的人身安全、財產(chǎn)安全最具殺傷力?；馂陌l(fā)生的過程中會產(chǎn)生許多有害氣體，這些有害氣體在空氣中的含量超出一定的標準時就會對人體健康造成傷害[1-2]。目前市面上大多為有線攜帶式氣體檢測儀，需要親臨現(xiàn)場進行氣體檢測，無法實現(xiàn)對空氣中氣體的遠程監(jiān)控。本系統(tǒng)具有無線氣體探測功能和便攜等優(yōu)點，將STM32、EVAL-CN0357氣體探測電路以及長距離無線傳輸技術（LongRange,LoRa）相結合，利用電化學傳感器單電源、低噪音、便攜等優(yōu)勢，將檢測電路檢測出的特定氣體信息通過無線通信LoRa模塊實現(xiàn)遠程發(fā)送。本系統(tǒng)使用Alphasense公司出品的CO-AX傳感器實現(xiàn)CO探測。

1系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)包括氣體傳感器、無線發(fā)送LoRa模塊、前端放大電路、ADC讀取數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)轉換模塊、MCU和LCD顯示屏。使用CO-AX傳感器測量CO氣體濃度，此傳感器最大響應為100nA/ppm，最大輸入為2000ppm。所用AD7790芯片為16位，具有精度高、單電源、噪聲小等優(yōu)點。將CO-AX傳感器與MCU連接，可將CO濃度數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示屏上，并通過LoRa模塊發(fā)送到上機位。

2系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件主要包括CN0357氣體探測電路、CO傳感器模塊、無線通信模塊。利用電化學傳感器對輸出高低電平和0X38波形進行采集，通過電壓轉換公式得到數(shù)據(jù)后由SPI通道回傳，并在LCD屏上顯示，最終通過LoRa模塊傳輸至數(shù)據(jù)管理端。

2.1硬件結構

系統(tǒng)的電化學氣體傳感測量電路檢測空氣中的CO濃度，然后經(jīng)電平轉換芯片將信息傳回AD7790芯片，STM32F103X通過SPI接收后將數(shù)據(jù)顯示到LCD屏上，最后通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳至PC端[3]。系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。

2.2系統(tǒng)電路

2.2.1電化學傳感器測量電路在電化學傳感器測量電路中，通過CO-AX檢測頭檢測對應氣體的濃度，通過1管腳和2管腳傳送電流信號，其中1管腳由CE流向ADA4528，2管腳流入WE，回傳到ADA4528的3管腳后再傳到放大器和AD7790，最后通過CO濃度與電壓轉換公式得到數(shù)據(jù)。電化學傳感器測量電路如圖2所示。2.2.2AD7790及應用AD7790是一款適合低頻測量的低功耗、完整模擬前端[4-5]，內(nèi)置一個低噪聲16位Σ-Δ型ADC，一路差分輸入可配置為緩沖或無緩沖模式，此外還有一個增益可設置為1、2、4或8的數(shù)字PGA。從放大器ADA4528傳入的電壓信號通過3管腳進入AD7790。采集數(shù)據(jù)并處理后，信號由9管腳輸出。AD7790驅動電路如圖3所示。2.2.3LCD電路LCD顯示屏通過在.C文件中引用聲明函數(shù)顯示所需的字、字符以及字符串，主要運用CS、CLK、MOSI和MISO通過調(diào)節(jié)時序實現(xiàn)[6]，LCD電路如圖4所示。2.2.4有源蜂鳴器蜂鳴器是電子信息傳遞裝置，采用3.3V直流電壓供電。電磁式有源蜂鳴器自帶振蕩電路，初始化后，拉低管腳的電平，蜂鳴器發(fā)出聲響，反之蜂鳴器無反應。STM32蜂鳴器電路如圖5所示。

2.3無線通信

LoRa模塊SX1278本設計使用Semetch公司出品的SX1278作為無線通信的載體，選用點對點透傳模式。LoRa工作于半雙工模式，單片機端為發(fā)送端，PC端為接收端，利用USART發(fā)送AT命令進行設置，電腦端可以通過上位機進行設置。LoRa上電默認為透傳模式，將單片機端和電腦端的LoRa設置成相同的參數(shù)即可實現(xiàn)點對點通信[7]。

3系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件部分主要包括系統(tǒng)模塊初始化、ADC讀取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)轉化、LCD顯示、蜂鳴器報警和LoRa發(fā)送數(shù)據(jù)。軟件流程如圖6所示。

4結果

STM32讀取AD7790從CO感應頭收集的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉化為實際值后在LCD上顯示（當超過設置的閾值時，蜂鳴器鳴響），通過LoRa將數(shù)據(jù)傳輸至上位機，用戶可以對數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)測。

5結語

本文以有害氣體無線監(jiān)測設計為研究目標，使用STM32作為主控模塊，利用AD7790芯片完成數(shù)據(jù)的轉化與傳輸。通過LoRa模塊實現(xiàn)對有害氣體濃度的無線遠程監(jiān)測，并使用蜂鳴器在氣體濃度超出閾值時報警。系統(tǒng)對室內(nèi)CO濃度的監(jiān)測效果良好，能夠有效保證室內(nèi)人員的人身財產(chǎn)安全。

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作者：王靖懿 崔國強 韓東奇 李響 王英澤 單位：北方工業(yè)大學