教事技车与度用
应用研究
基于STM32的 SO,超声波气体检测仪的研制
谢安
(南京科技职业学院江苏南京210038)
摘要：我国的能源以煤为主,SO,的排放量十分大,约占世累排放量的20%左右。SO,对环境破坏十分严重。为此我国境在着大力气治理环境,出台一系列大气污染排放标准与环境，控制SO,的排放浓度和总量。利用嵌入式微处理器STM32103C8T6,设计一套基于表入式系统的超声波气体检测仪。实验结果表明，此检测仪能够有效的捕提由于气体中SO,的成分，设计参数符合国家环保要求。
关键调：资入式系统STM32103C8T6超声波SO,检测仪
中图分类号：TP216.1
文献标识码:A
随着嵌人式技术和传感器技术的迅速发展，SO气体检测仪也趋向于精度更高，更灵敏的发展，本文就以化工厂尾气SO,排放的检
测为背景研制开发了一种高精度的检测设备。 1系统结构
本文播述的设备的系统结构如下所述，烟道取样口用温压流体探头采样，从烟道口采样来的烟气有大量烟尘与油污，及水蒸气，所以不能直接用于气体检测，必须至少经过2层过滤，烟尘及油污过滤，(但是过程中必须全程伴热，因为低密度检测环境下，要考虑气体水溶解的因素。混合气体之后流人SO,超声波气体检测仪，利用超声波传感器快速铺提空载超声波，经过放大，滤波，整形电路后送人
P Aee
GND-
un
产
MAX4104EUR-T
蒙
107
R43 1.2E
套图1信号放大电路
- GNp
1c35
R56 EE
空气压筛机
压力 Fo.1 0.2 0.35 0.5
10P
30 48
GND
25
H
H GND
图2带通滤波电路
表1超声波气体测量数据表
实测频率 KHZ 78.8 81.1 79.5 82.5
收稿日期：2015-09-18
YP0511C测量的额率
KHZ 80.2 80.17 80.15 81.2
相对误差% 1.74564 1.160035 0.81098 1.600985
文章编号：1007-9416(2015)10-0079-01
电路的前置放大器，经过如下图1所示的放大电路放大，在通过AD 转换送人STM32芯片处理，并通过USART口将数据传输给显示装置和上位机。
2硬件电路设计
2.1检测原理
目前国内外的主流超声波传感器的检测不外乎通过时间差和相位差来分析气体的成分，一般气体接受频率在200HZ以下，这里我们将超声波的发出频率选在80-100HZ之间，如果频率选的过高，则衰减比较大，反之，散射现象很严重。本文设计的仪器，我们选择通过时闻差来检测，超声波在SO,中的传播速度为298M/S，空气则是340M/S，超声波在经过混有SO,气体后，浓度，温度，速度会有一比例关系。由此测得精度很高的表度数据。
2.2硬件电路设计
因为超声波传感器的输出电压通常为0~10MV，而STM32的内部基准电压本文选择的是3.3V，要达到模数转换的要求，信号放大电路部分的设计就十分重要，下围1中就是信号放大器的前端部分，本文采用MAX4104，在高频部分的工作中它的优点很明显，输人端有很强的抗干扰性。电路中的电容分别起到隔直和滤波的作用。
2.3带通滤波设计
考虑到超声波信号频率较高，令带通滤波器的中心频率为 80HZ，电压放大倍数A=-50，考虑高频设计，设计应用中选取R48和
R56为3.2KR45为6.4K，R57为7K欧，电路如图2所示。 3软件设计
SO,超声波检测系统在KEILC环境开发，由多个子程序斜街而成。串口，AD转换，显示等。软件流程：
(1)先初始化程序，(2)STM32F103C8T6对输人信号AD转换：(3）频谱特性送LCD显示，(4)判断是否超标，是：第5步，否：第2步，(5)存
储数据并报警提示，并跳转第二部；如此循环执行下去。 4实验结果及分析
为检测设备精确度及稳定，对其在南京天元仪表有限公司现场分析，现出有一高精度测量仪，为参数与其匹配，特设置如下表1所示，采用SO,标气混合空气与杭州成功超声设备有限公司的高精度的测量仪比较，实测精度为80KHZ。相对误差在2%以内，精度和重复
性良好。参考文献
[1]王晚像,周查聘,徐凯,等.基于改进相差法的超声液微流量检测[J].东南大学学报（自然科学版),2011(6):202-207
[2]何宗键.Windows CE嵌入式系统[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.
作者简介谢安(1983一),男，江苏南京人,颈士研究生,率业于南京工业大学，讲师，研究方向：机电一体化。
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