CO氣體監測儀的研究

　　1、引言
　　
　　CO氣體濃度監測儀是用來測量相關環境空氣中CO含量的便攜式智能儀器。目前，國內CO氣體監測儀與控制中心的數據通信zui常見的是通過CAN總線、RS一485總線或RS一232總線來完成。RS一232總線的通訊距離是12m，zui大可達15.4m；RS一485總線的通訊距離是1200m。CAN總線的直接通訊距離zui大可達10km。但無論哪種方式都有距離的限制。而且zui終決定了控制中心的固定性。筆者提出一種通過GSM短消息收發模塊實現與短信中心通信的CO氣體監測儀的設計方案。
　　
　　2、NL-2007模塊
　　
　　NL-2007模塊是終端的主要功能部件，由GSM基帶處理器、電源集成電路、射頻電路和閃速存儲器等部分組成，負責處理GSM蜂窩設備中的音頻、數據和信號，內嵌的軟件部分執行應用接口和所有GSM協議站的功能。基帶處理器包含蜂窩無線部分的所有模，數轉換功能，為滿足GSM、PCS蜂窩用戶市場日益增長的要求。在不用外接電路的情況下就能支持FR、HR和EFR語音和信道編碼。射頻部分基于SMARTi型電路。模塊內的天線電纜連接到GSC類型的50Ω連接器。NL-2007模塊適合zui小功率的GSM蜂窩設備。這種蜂窩設備的應用部分構成人機接口(MMI)。通過串口(RS232)可接入NL-2007。NL-2007通過40針ZIF連接蜂窩應用部分，ZIF連接器提供控制數據、音頻信號和電源線的應用接口。終端系統的工作電壓為5VDC。由于NL-2007的突發耗電電流峰值可達3A，故外加穩壓器件必須達到足以提供該額定電流的條件。在該終端中，采用LM2596型開關電源完成12V到5V的轉換。作為NL-2007終端的電源。必須注意的是，由LM2596完成開關電源轉換需要大功率的電感器和電容器以提高儲能能力滿足NL-2007的耗電要求。　　
　　3、CO氣體監測儀系統的結構
　　
　　具有GSM短消息收發功能的便攜式CO氣體濃度監測儀的結構如圖1所示。筆者研制的監測儀主要用于公共場所及某些生產車間空氣中CO濃度的監測.采用電池作為供電電源.CO傳感器N1選用日本根本特殊化學株式會社生產的NAP一505型電化學式傳感器。傳感器輸出電流與CO氣體濃度成線性關系(UOUT=70nA±10nM/l×106)。A1(OP90)可以保證工作電極和參考電極等電位。傳感器輸出OμA～70μA電流經Aa(OP90)轉換成0V～0.7V的電壓，以保證當CO濃度在0~10-3時A3的輸出為0V～2.5V，以滿足MD轉換器U.I(ADS7822)的輸入要求。OP90具有內部調零電路.允許儀器放大器提供真正的零輸入零輸出操作。NAP一505的溫度特性用常數B為3435K的NTC熱敏電阻器進行補償，溫度經過補償后.其輸出在一10℃~50℃范圍內能夠滿足精度要求。Ul(ADS7822)的參考電壓通過5Ω電阻器和電容器組成的電源濾波器接到Vcc上.濾除電源自身的高頻噪聲。經A/D轉換后的數據送人U2(89LV/51)單片機，存儲在U7(AT24C08)中。CO氣體濃度監測儀的液晶顯示模塊可以顯示濃度值和濃度變化曲線.并通過短消息收發模塊與控制中心通信。
　　
　　4、單片機對NL-2007模塊的控制
　　
　　本系統只使用短消息收發功能.因此只使用NL-2007的數據輸入，輸出接口。需要注意的是NL-2007是作為數據通訊設備(DCE)來連接的，而不是像一般調制解調器作為數據終端設備(DTE)進行連接。如圖l所示.NL-2007的BXDO對應單片機的。RXD，NL-2007的TXD0對應單片機的rXD。TE35數據接口工作在CMOS電平(2.65V)，單片機對FC35的控制和通信信號進行電平轉換。本系統中通過7404型OC門電路完成電平轉換。系統加電后，為使NL-2007進人工作狀態.必須給IGT加一延時大于：100ms的低脈沖.電平下降持續時間不能超過100ms。啟動后IGT應保持高電平(3.3V)。驅動IGT時NL-2007的供電電壓不能低于3.3V，否則NL-2007不能被激活。NL-2007的數據輸入/輸出接口實際上是一個串行異步收發器，符合ITU—RS232接口標準。它有固定的參數：8位數據位和l位停止位.無校驗位.波特率為300b/s~115kb/s可選.筆者給系統設置的是9600b/s。ZIF連接器給SIM卡接口提供6針.其中CCIN用來檢測SIM卡是否插好.連接器的SYNC腳控制燈的狀態.以此判斷NL-2007的工作狀態。單片機控制短消息收發子程序.其流程如圖2所示。其中。初始化工作包括設置串口速率、無線網絡登陸及設置短信模式為PDU模式。
　　
　　5、短信收發的實現
　　
　　NL-2007采用AT賀氏指令。單片機可以通過正確的AT指令對NL-2007模塊進行初始化短消息的接收和發送。對短消息的控制有3種模式：Block模式、PDU模式和Text模式。使用Block模式需要廠家提供驅動支持。目前，PDU模式已取代Block模式，而Text模式不支持中文。因此本系統使用PDU模式進行短消息的接收和發送。NL-2007啟動后自動給單片機發送~SYSSTART，表示模塊可以正常工作，然后通過如下AT指令對短消息模塊進行控制：網絡注冊：AT+CREG?設置成PDU模式：AT+CMGF=0發送SMS信息(PDU)模式：AT+CMGS=0190DOA0891683108401505f011000d91683167866040f20008a9044f60597dla(發送時將其轉換為ASCLL碼)。由單片機發送AT+CMGL；O0D0A的查詢命令可查詢是否有未讀短消息。返回格式如下：
　　
　　+CMGL：2，0，，260891683108401505F0240D91683167866040F20008507032418095000665E94EOA597DOK
　　
　　接收數據格式解釋如下：+CMGL：2，0，，26，(2：第二條；0：未讀)；26：短消息的長度
　　
　　6、結束語
　　
　　控制中心具有可移動，覆蓋范圍廣，實時性好，可靠性高，保密性好。以GSM網絡作為無線傳輸網絡，短消息業務經濟實惠，適合遠程移動監控中心站的管理.具有很廣泛的應用前景。