氣體傳感器論文計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件畢業(yè)論文應(yīng)用軟件論文氣體傳感器計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)的研制

1、氣體傳感器論文計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件畢業(yè)論文應(yīng)用軟件論文氣體傳感器計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)的研制摘要：標(biāo)定氣體傳感器的電性能參數(shù),對于其理論研究和應(yīng)用都具有重要的意義。文章采用計(jì)算機(jī)打印口來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和外部電路的信號(hào)控制和數(shù)據(jù)傳輸,具體包括溫度控制、數(shù)據(jù)采集及氣體配置,并采用VC+6.0開發(fā)出了基于計(jì)算機(jī)打印口的應(yīng)用軟件程序。關(guān)鍵詞：氣體傳感器;測試系統(tǒng);計(jì)算機(jī)打印口;應(yīng)用軟件1引言氣體傳感器檢測在環(huán)境監(jiān)測、食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域有著重要的意義14。目前我國氣體傳感器行業(yè)以手工測試為主,測試效率低、精度低,而且手工測試無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測量,從而不能準(zhǔn)確的測得氣敏元件的某些參數(shù),如響應(yīng)時(shí)間曲線、恢復(fù)時(shí)間曲線等。日本

2、費(fèi)加羅公司針對氣體傳感器采用單片機(jī)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng);國內(nèi)各科研小組和氣體傳感器生產(chǎn)企業(yè)紛紛開展出上下位機(jī)結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)的研制,并出現(xiàn)了基于嵌入式和虛擬儀器的氣體傳感器測試系統(tǒng)58。本文利用計(jì)算機(jī)并行口來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外部之間的信號(hào)控制和數(shù)據(jù)傳輸,通過讀寫計(jì)算機(jī)并行打印口的端口來實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制和數(shù)據(jù)傳遞,從而實(shí)現(xiàn)對氣體傳感器性能的研究和分析。2測量原理氣體傳感器的測試原理如圖1所示。將氣體傳感器RS和固定采樣電阻R1進(jìn)行串聯(lián)分壓,測得總回路電壓Ui、采集R1兩端電壓Uo,并通過公式RS=(Ui/Uo-1)*R1就可以計(jì)算出氣體傳感器的電阻值。當(dāng)氣體傳感器檢測不同濃度的待測氣體時(shí),其電阻值會(huì)發(fā)生一定的變

3、化,通過動(dòng)態(tài)檢測這一變化,就可以獲得響應(yīng)時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間、感應(yīng)前后的電阻值、靈敏度等參數(shù)。其中,RH是加熱電阻。3系統(tǒng)測試原理及硬件設(shè)計(jì)根據(jù)氣體傳感器參數(shù)測試的要求,設(shè)計(jì)了基于計(jì)算機(jī)打印口的氣體傳感器測試系統(tǒng)方案,其原理框圖如圖2所示。它主要由用戶端、打印口和外圍電路三部分組成。其工作流程是:氣體傳感器放置在測試腔中,通過溫度控制電路控制其工作環(huán)境溫度,通過質(zhì)量流量控制器和三通電磁閥實(shí)現(xiàn)待測氣體的定量注入,氣體傳感器的電性能變化信息可通過A/D轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、處理和保存。根據(jù)外圍電路實(shí)現(xiàn)功能的不同,可以分成三大模塊:溫度控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和氣體配置系統(tǒng),由計(jì)算機(jī)打印口和計(jì)算機(jī)

4、相連,通過軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能,采用這種方法,可以使測試系統(tǒng)模塊化,從而可以分別設(shè)計(jì),最終組合成整個(gè)測試系統(tǒng)。3.1計(jì)算機(jī)打印口端口資源分配在計(jì)算機(jī)打印口資源中,5位狀態(tài)線作為輸入,8位數(shù)據(jù)線和4位控制線作為輸出。本系統(tǒng)中,外圍電路需要通過計(jì)算機(jī)打印口和計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)傳遞,與計(jì)算機(jī)打印口連接時(shí)所需的信號(hào)線如下所示:模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX187:兩個(gè)控制線(時(shí)鐘端SCLK和片選端cs),一個(gè)數(shù)字輸出端(DOUT端)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX539:三個(gè)控制線(時(shí)鐘端SCLK、控制字輸入端DIN和片選端cs)。三通電磁閥:一個(gè)控制線。質(zhì)量流量控制器:閥控狀態(tài)選擇需要兩個(gè)控制線。綜上所述,總共所需8個(gè)控制線和

5、一個(gè)狀態(tài)線,既沒有超過計(jì)算機(jī)并行打印口所能提供的資源量,也能充分利用計(jì)算機(jī)并行打印口數(shù)據(jù)傳輸速度快的特點(diǎn)。具體資源分配如表1所示。3.2氣體配置系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)采用靜態(tài)配氣法,原理框圖如圖3所示,根據(jù)所要檢測的氣體量,通過程序計(jì)算出MFC(氣體質(zhì)量流量控制器)的氣流量對應(yīng)的電壓值和通過三通電磁閥向測試腔注氣的注氣時(shí)間,然后控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路來實(shí)現(xiàn)這一電壓量,采用開關(guān)控制電路來控制三通電磁閥來控制注氣時(shí)間,實(shí)現(xiàn)氣體的自動(dòng)配置。在配氣之前還要清除管道中的各種雜質(zhì)氣體,通過開關(guān)控制電路控制質(zhì)量流量器及三通電磁閥的工作狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)管道清洗。3.3開關(guān)電路硬件設(shè)計(jì)繼電器開關(guān)電路主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能,一是通過控

6、制質(zhì)量流量控制器的閥控端決定質(zhì)量流量控制器的工作狀態(tài),二是控制三通電磁閥進(jìn)氣口與兩個(gè)出氣口的氣路。(1)質(zhì)量流量控制器閥控端控制信號(hào)的實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量控制器的閥控端決定著它的工作狀態(tài),接“+15V”時(shí)閥關(guān)閉,接“-15V”時(shí)為清洗功能,懸空時(shí)為閥控功能。當(dāng)質(zhì)量流量控制器工作于閥控狀態(tài)時(shí),根據(jù)設(shè)定端不同的電壓值就可以實(shí)現(xiàn)不同的氣體流量。閥控端控制信號(hào)由繼電器開關(guān)電路來實(shí)現(xiàn),如圖4所示。其控制信號(hào)由計(jì)算機(jī)打印口的4腳和3腳來控制,在光耦隔離后用驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003來驅(qū)動(dòng)繼電器工作,并設(shè)置了兩個(gè)指示燈來指示質(zhì)量流量控制器的工作狀態(tài)。質(zhì)量流量控制器工作狀態(tài)指示的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。為了在繼電器斷開操作時(shí)

7、能順利快速放電,在繼電器控制端反接了快速恢復(fù)續(xù)流二極管FR107。(2)三通電磁閥控制信號(hào)的實(shí)現(xiàn)通過控制三通電磁閥就可以實(shí)現(xiàn)是否往測試腔注入待測氣體,以及注入氣體的時(shí)間。當(dāng)需要向測試腔注入氣體時(shí),則使三通電磁閥的進(jìn)氣口與和測試腔相連的那個(gè)出氣端相通,否則與另一個(gè)出氣端相通并進(jìn)行尾氣處理。其控制線圈的工作電壓為24V,常閉端為與尾氣處理相通的那一端,常開端則為與測試腔相通的那一端?？刂菩盘?hào)產(chǎn)生電路如圖5所示。通過接口JP1與三通電磁閥相連接。4測試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選用VC+6.09軟件來開發(fā)測試系統(tǒng)。外圍電路的三大模塊(溫度控制、數(shù)據(jù)采集和氣體配置),溫度控制系統(tǒng)是通過PID自整定算法來實(shí)現(xiàn),

8、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和氣體配置系統(tǒng)則需要計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制并與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息傳輸,因此需要編寫相應(yīng)的軟件程序,加上要實(shí)現(xiàn)文件保存和文件打開等文件操作功能,因此整個(gè)應(yīng)用程序框架就可以分為四個(gè)部分。文件操作實(shí)現(xiàn)文件保存和文件打開的功能,以及應(yīng)用程序退出前提示保存數(shù)據(jù)防止丟失數(shù)據(jù)功能;數(shù)據(jù)采集程序主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和電壓-時(shí)間曲線繪制功能;氣體配置程序主要實(shí)現(xiàn)向測試腔中注入氣體功能,以及在注氣前清除管道中的雜質(zhì)氣體(如空氣等)和在實(shí)驗(yàn)完成后清洗管道功能。5系統(tǒng)運(yùn)行及測試結(jié)果分析采用本氣體傳感器測試系統(tǒng)測試對CO氣體敏感的氣體傳感器。圖6是用該氣體傳感器測試系統(tǒng)分別對注入1000ppmCO氣體的MQ-7

9、氣敏元件進(jìn)行測試的運(yùn)行結(jié)果。將本系統(tǒng)所測試的響應(yīng)曲線和這些標(biāo)準(zhǔn)氣體傳感器應(yīng)用手冊中的特性曲線做比較,有較好的一致性。本氣體傳感器測試系統(tǒng)將測試環(huán)境發(fā)生裝置、檢測、數(shù)據(jù)采集、分析、顯示集于一體,減少了人工測量誤差,提高工效和測試精確度,降低成本,完全滿足科研或生產(chǎn)對氣體傳感器測試的要求。參考文獻(xiàn)1 Gardner J. W., Bartlett P. N. A brief history of e-lectronic nosesJ. Sensors and Actuators,1994,B18(1):2102112高大啟,楊根興.電子鼻技術(shù)新進(jìn)展及其應(yīng)用前景J.傳感器技術(shù),2001,20(9):153楊國強(qiáng),張淑娟.電子鼻技術(shù)在酒類識(shí)別應(yīng)用中的研究進(jìn)展J.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,30(1):91964劉靜.人工嗅覺技術(shù)在智能火災(zāi)探測中的應(yīng)用研究J.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2008,18(5):1381405潘國峰,劉蘭普,孫以材,等.基于ARM的高阻氣敏傳感器測試電路J.儀表技術(shù)與傳感器,2006(10):45476譚永紅,雷躍.基于單片機(jī)的氣敏傳感器測試系統(tǒng)J.中國科技信息,2007(6):1071097祁昌禹,劉國漢