摘 要：本文介紹以高速的80C196單片機為(wei) 基礎的多通道氣敏傳(chuan) 感器的高精度參數測定係統。計算機與(yu) 單片機之間采用串口通信，采取軟硬件措施解決(jue) 多通道數字電路開關(guan) 切換所產(chan) 生的幹擾，提高了測量的準確性，安全性，計算機還可以通過串口快速讀取測量數據並加以分析和保存。

關(guan) 鍵詞：氣敏傳(chuan) 感器 濾波器 80C196

1 引言

　　氣敏傳(chuan) 感器在工業(ye) 及日常生活中有著廣泛的應用，尤其是可燃氣體(ti) 傳(chuan) 感器在防火防爆方麵起著舉(ju) 足輕重的作用，這類傳(chuan) 感器主要用來測定環境中易燃性氣體(ti) 比如氫氣，天然氣，瓦斯等的濃度，通常製成報警器用來對空氣中的可燃氣體(ti) 濃度進行監控，當濃度超過指標時，傳(chuan) 感器就會(hui) 輸出警告信號觸發報警裝置。傳(chuan) 感器參數標定的準確度非常重要，因為(wei) 一旦標定的參數有偏差，那麽(me) 傳(chuan) 感器將會(hui) 在非指定濃度誤報警，報警過早和過遲都是不可取的。為(wei) 準確快速大量的對氣體(ti) 傳(chuan) 感器的參數進行標定，我們(men) 采用80c196單片機結合邏輯電路研製出一套測試精度高，速度快，可與(yu) 計算機通信的多通道氣體(ti) 傳(chuan) 感器參數測試係統。

2 硬件電路設計

　　多通道氣體(ti) 傳(chuan) 感器參數測試儀(yi) 的硬件電路如圖1所示。采用80c196自帶的A/D轉換器，對標準化的參數電壓進行準確的測量。由於(yu) 一次性要測量的傳(chuan) 感器數量較大，故設計了通道切換控製電路，以便分時測量。為(wei) 提高測試人員的安全性，測試儀(yi) 通過串口與(yu) 計算機進行遠距離的通信，可以方便的使用計算機遠程操作進行傳(chuan) 感器的測試及測量結果的保存和打印。

圖1多通道氣體(ti) 傳(chuan) 感器參數測試儀(yi) 硬件原理圖

　　計算機主要用於(yu) 控製測試係統以及對數據的分析，整理和保存。測試部分主要包括主控電路和8個(ge) 輔助電路兩(liang) 部分。測試部分的基本結構如圖2所示：

圖2 測試部分電路結構圖

　　其中，主控電路包括：80c196擴展電路，串行通信電路，分壓網絡和其它輔助電路。單片機通過串行通信接收計算機的命令然後進行指定的操作：測量傳(chuan) 感器和傳(chuan) 送測量結果。主控電路結構如圖3所示：

圖3 主控電路結構圖

　　輔助電路結構如圖4所示，包含開關(guan) 網絡，用於(yu) 通道切換。由圖可知，每個(ge) 4051邏輯開關(guan) 有8個(ge) 輸入端，一個(ge) 輔助電路可以同時連接64個(ge) 傳(chuan) 感器，故整個(ge) 係統可一次性測量512個(ge) 感器的參數，大大提高了測量效率。

圖4 輔助電路原理圖

　　為(wei) 了消除數字係統頻譜混疊，濾除高頻噪聲對控製係統的影響，故在數控係統的傳(chuan) 感器信號前端設計了二階低通抗混疊濾波器。抗混疊濾波器采用壓控電壓源二階低通濾波電路如圖5所示，其傳(chuan) 遞函數為(wei) ：

圖5 抗混疊濾波器電路原理圖

3 測試係統軟件設計

　　單片機通過串口接收上位機的命令進行指定的操作，其軟件流程如圖6所示：

圖6 軟件流程圖

　　雖然硬件電路已經有抗混疊濾波電路，為(wei) 了進一步提高測試的準確性，加入了軟件濾波。用雙線性變換法設計IIR數字低通濾波器，係統所需數字濾波器的傳(chuan) 遞函數為(wei) ：

　　其中用matlab計算得到。

4 上位機軟件設計

　　計算機作為(wei) 上位機，通過串口給單片機發送命令進行測量和讀數操作。其軟件框圖如圖7所示：

圖 7 上位機軟件框圖

　　界麵的設計主要是從(cong) 使用者的角度來設計的包括以下幾點：

　　1）.界麵做到顧名思義(yi) ，即操作界麵上的各個(ge) 部分的意義(yi) 明確

　　2）.操作方式通用化，采用大眾(zhong) 化的操作，即通過菜單、工具條和按鈕來實現操作

　　3）.通過禁用控件、菜單等方式禁止非法操作

　　4）.通過鼠標放置時的提示語句來提醒操作人員此項的功能

　　5）.采用大量的對話框來幫助操作人員，提示當前和隨後的工作

　　為(wei) 達到以上要求，采用VB進行界麵的設計，不僅(jin) 可進行傳(chuan) 感器的快速測量，而且能快速在界麵上顯示測量結果，並指示出傳(chuan) 感器是否合格。

　　數據讀取和保存

　　單片機將測量結果保存到自己的存儲(chu) 區，測量結果暫時存在單片機的外部數據存儲(chu) 區，A/D轉換值存儲(chu) 在8000H————-83FFH，共1024個(ge) 存儲(chu) 單元，轉換值低8位存在偶數單元，高8位存在奇數單元 。當收到單片機的命令要求傳(chuan) 送結果時，單片機通過串行口將數據傳(chuan) 給計算機。計算機將測量結果進行必要的處理後存儲(chu) 到數據庫中。

5 係統特點

　　（1）大批量傳(chuan) 感器：

　　可一次性對512個(ge) 傳(chuan) 感器進行快速準確測量。

　　（2）測量精度：

　　對測量結果影響較大的幾個(ge) 方麵為(wei) ：A/D轉換器基準參考點電壓的設定，繼電器的接觸電阻和整個(ge) 係統進行采樣時對采樣電路的影響。

　　80c196的A/D轉換器為(wei) 10位所以對0——5伏的分辨力為(wei) : 0.0049V,則 對0——12伏的分辨力為(wei) ：0.0049＊12/5= 0.0117V 。

　　4051，分壓網絡以及繼電器的接觸電阻都會(hui) 對參數電壓VRL造成影響，造成係統誤差，可用實驗的方法進行估計。

　　同時還存在隨機誤差，是不可測量的。

　　通過對測試儀(yi) 的調試可對測量誤差進行補償(chang) ，如果軟硬件調試無誤，本測試儀(yi) 的測量精度可達±2%V。

　　（3）分壓網絡：

　　為(wei) 提高測量精度，適應更為(wei) 廣泛的測量範圍，采用繼電器對分壓網絡進行換檔。電路如圖8

圖8 分壓網絡電路

　　軟件功能

　　1） 實現對512路傳(chuan) 感器的測試自動化。

　　2） 能夠對單片機的RAM進行檢測

　　3） 能夠清楚顯示測量結果

　　4） 能夠對指定的傳(chuan) 感器進行快速重測

　　5） 能夠保存測試結果

6 結語

　　多通道氣體(ti) 傳(chuan) 感器測試儀(yi) 研製完成後經實際使用證明，具有測量精度高，測量速度快，硬件電路簡單，易於(yu) 拆卸安裝，克服了原來使用手工測量精度低，速度慢的缺點。同時與(yu) 計算機連接，方便操作，智能程度高，且可實現傳(chuan) 感器的即插即測功能等特點，為(wei) 傳(chuan) 感器參數測量的自動化奠定了良好的基礎。#p#分頁標題#e#

　　本文的創新點：開關(guan) 網絡的設計，信號的抗幹擾處理。

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