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深圳pcb抄板S3C44B0x在室内空气质量监测仪中的应用

    人们日常生活中由于粗心或设备故障引起的有害气体泄露,如水煤气、天然气、液化石油气等的泄露给人体带来危害。因此,有必要设计一种集这两方面有害气体监测为一体的便携式室内空气质量监测仪(IAQ Monitoring System),及时、准确、有效地对生活坏境中这类有害气体进行检测并报警,提醒人们做出一定措施。不仅能有效地保护人们的健康,甚至能够让很多家庭灾难得以避免。
    该系统采用Samsung 公司的S3C44B0x 微处理器芯片作为硬件核心,选用μC/OS-Ⅱ实时操作系统作为嵌入式软件的基础和开发平台。电路板克隆S3C44B0x 芯片内集成了ARM7TDMI 核,并在ARM7TDMI 核基本功能的基础上集成了丰富的外围功能?椋阌诘统杀旧杓魄度胧接τ孟低场μC/OS-Ⅱ是一个完整的、源码公开的、可移植、固化、裁剪的占先式实时多任务内核。其中μC/OS-ⅡV2.52 通过了美国航天管理局(FAA)的安全认证,可以用于飞机、航天器等与人生命攸关的控制系统中,是值得放心使用的操作系统。实践结果证明,该监测仪操作简单,工作稳定可靠,成本低,具有广阔的应用前景。
    2 系统总体设计
    由于嵌入式操作系统屏蔽掉了很多底层硬件的复杂信息,在开发的过程中,pcb抄板通过操作系统提供的API 函数便可以完成大部分工作,可以简化开发过程,提高系统的稳定性,所以该监测仪选用采用嵌入式操作系统。
    嵌入式监测系统由硬件层、中间层、软件层、功能层组成,各层的内容结构如图1 所示。其中板级支持包(BSP)或称硬件抽象层(HAL)的功能在于将系统软件和底层硬件部分隔离,一般具有相关硬件的初始化、数据的输入/输出操作、硬件设备的配置等功能。
    3 系统硬件设计
    3.1 系统硬件基本架构
    系统硬件主要由两大部分组成:
    (1)针对该气体监测系统的传感器阵列电路,其中包括传感器加热电路、传感器信号采集电路;
    (2)典型的S3C44B0x 的外围电路,其中包括实现该系统所需要的5 V、3.3 V、2.5 V、1.4 V 的电压转换电路、用于程序和数据存储的Flash 存储器和Sdram 存储器电路、用于显示各种气体当前浓度的液晶显示电路、声光报警电路、键盘操作电路以及用于调试的JTAG 接口电路。
    室内空气质量监测系统硬件结构图如图2 所示。
    3.2 气体传感器信号拾取原理
    该设计中选用的MQ-135 气体传感器适用于测量甲醛、甲苯、烟雾、二氧化碳等有害气体;MQ-9 传感器用于测量一氧化碳、甲烷、液化石油气这类可燃气体;选用了DHT21 温湿度传感?榻形率鹊牟饬俊
    MQ-135 和MQ-9 的测量电路如图3 所示。该测量电路由测试回路和加热回路两部分组成。在测试回路中,传感器表面电阻RS 阻值随待测气体浓度的变化而变化,通过与其串联的负载RL 上有效电压信号VRL 的输出来反应空气中待测气体的浓度,VRL 与RS 之间关系如式(1)所示。
    图3 中,A,a,B,b,H,h 为气体传感器的6 个接头;VC 为回路电压;VH 为加热电压;RH 为加热电阻;RS 为传感器表面电阻;RL 为取样电阻;VRL 为输出电压。