第２１卷第１期２００７年３月Ｖｏ１．２１Ｎｏ．１Ｍａｒ．２００７河海大学常州分校学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＯＨＡＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＣＨＡＮＧＺＨＯＵ文章编号：１００９－１１３０（２００７）０１－００６４－０３ＡＲＭ在气体浓度检测中的应用纪正飚，范新南（河海大学计算机及信息工程学院，江苏常州２１３０２２）摘要：根据超声波在气体中的传播速度与气体组分有关的事实，以ＡＲＭ芯片为主要元件设计气体浓度检测系统．该系统与现有的气体浓度检测系统相比，具有精度高、操作简单、成本低等优点．实验结果表明，该系统的检测精度可达到５０×１０－６．关键词：ＡＲＭ；超声波；气体浓度；检测中图分类号：Ｏ６５９；ＴＢ５５９文献标识码：Ｂ收稿日期：２００６－０３－１４作者简介：纪正飚（１９８１－），男，江苏盐城人，硕士研究生，通信与信息系统专业．现代工业中使用的诸如六氟化硫、氯气等有毒气体的泄露不但会给工业生产造成经济损失，而且会造成人员伤亡，因此准确检测这些气体的浓度（按行业习惯，本文中的气体浓度均指气体的体积分数）就显得十分重要．目前国内检测无色、无味、不易燃烧气体浓度的方法很多种，如气相色谱法、导热系数法、光干涉法［１］等，但这些方法都需要昂贵的仪器设备，并要求操作者具有相当高的操作水平［１］，因而难以在工业中推广应用．超声波能在气体、液体、固体、固熔体中有效传播，且频率、功率、强度不同的超声波在不同物质中具有独特的传播特征及效应，因而在工业、农业、医学、国防等领域得到了广泛的应用．本文中作者应用ＡＲＭ技术设计超声波气体浓度检测系统，该系统克服了现有检测方法的不足，具有精度高、操作简单、成本低等优点．１系统工作原理当超声波在不同组分的气体中传播时，传播速度是不同的，即微量气体的浓度变化会使超声波在其中的传播速度发生变化［２］．利用超声波的这一特性，便可设计出气体浓度检测系统．系统的核心部件是ＡＲＭ芯片，该芯片具有性能高、成本低和能耗小等优点，目前已广泛用于嵌入式控制、多媒体和移动通信等行业．本系统采用的ＡＲＭ芯片是ＬＰＣ２１４０，ＬＰＣ２１４０具有很高的指令吞吐量和较快的实时中断响应．超声波发射器在发射超声波进行测距的同时给ＡＲＭ一个信号，ＡＲＭ收到信号后便开始记数；当超声波反射回来后，发射器再给ＡＲＭ一个信号，ＡＲＭ停止记数．通过传播的距离和时间，ＡＲＭ就能计算出超声波的传播速度．同时ＡＲＭ读取湿度和温度传感器数据，按照湿度和温度数据查表得到超声波的理论传输速度，将此速度与实测速度对比，依此判断是否有气体泄露．如果泄露气体的浓度超过某一限值，则系统采取相应的措施，如报警、开启电扇等．ＡＲＭ芯片的定时器０和定时器１共有７个捕获输入，用以对外来信号记时．ＡＲＭ检测的分辨率与其芯片的频率有关，一般ＡＲＭ芯片的频率为１０￣２５ＭＨｚ，在本系统中ＬＰＣ２１４０的频率ｆ＝１１．０６ＭＨｚ，因此分辨率ｆ－１＝９．４２×１０－８ｓ，相应系统的检测精度为５０×１０－６．２系统软硬件组成２．１系统硬件设计系统结构如图１所示．ＡＲＭ工作时需要２组电源，一组为３．３Ｖ的输入输出，另一组为１．８Ｖ的内核电源．系统的功率虽然不大但对电源的要求比较高，因此采用低压差模电源，即先将电源整流滤波，通过７８０５纪正飚，等ＡＲＭ在气体浓度检测中的应用将电压稳压到５Ｖ，然后通过ＬＤＯ芯片稳压输出３．３Ｖ和１．８Ｖ的电压．采用ＬＤＯ芯片的优点是电流大、精度高、稳定性好、功耗低［３］．系统工作时首先给ＡＲＭ芯片一个复位信号，将ＡＲＭ初始化到一个确定的状态．系统的复位芯片是微处理器电源监控芯片ＭＡＸ７０８Ｓ，复位门槛电压为２．９３Ｖ，即电压小于２．９３Ｖ时产生复位信号．系统的外围电路，如超声波探头、温度传感器、湿度传感器、报警装置、风扇装置等比较成熟．其中温度和湿度传感器负责将采集到的信息转化成数据传输给ＡＲＭ芯片进行处理．两者均选用电压输出的传感器，输出的模拟量经过Ａ／Ｄ转换成数字量．在本系统中湿度传感器采用ＡＰＯＬＬＯ公司的ＨＳ１１００系列传感器，ＨＳ１１００传感器具有不需校准的完全互换性，能瞬时退饱和，温度系数为０．０４ｐＦ／℃．温度传感器采用ＮＡＴＩＯＮＡＬ公司的ＬＭ３５，ＬＭ３５采用内部补偿，因此输出可以从０℃开始，该器件的工作电压４～３０Ｖ．为了能定期对系统进行检测和升级，特别留有ＣＯＭ口，以便和ＰＣ机进行通信．２．２系统软件设计系统的软件是建立在硬件基础之上的，具体包括Ｂｏｏｔｌｏａｄｅｒ、嵌入式操作系统和用户代码等．用户代码的程序流程如图２所示．系统以ｕＣ／ＯＳ为操作系统，该系统具有很好的实时性，用户的应用程序是运行在操作系统之上的各项任务．操作系统根据各项任务的要求，进行资源管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作．通过修改ｕＣ／ＯＳ中的ＯＳ＿ＣＰＵ．Ｈ、ＯＳ＿ＣＰＵ．Ｃ，以及和处理器相关的汇编语言等文件就可把ｕＣ／ＯＳ移植到ＡＲＭ中［３］．当ＡＲＭ芯片复位时系统进行初始化，然后跳转到Ｒｅｓｔ处．Ｒｅｓｔ的程序如下：ＲｅｓｔＢＬＩｎｉｔＳｔａｃｋＢＬＴａｒｇｅｔＲＥＳＥＴｎｉｔＢ＿ｍａｉｎ系统启动后首先调用ＩｎｉｔＳｔａｃｋ对各种模式堆栈初始化，然后调用ＴａｒｇｅｔＲＥＳＥＴｎｉｔ对系统进行基本初始化，最后跳到用户开发的ｍａｉｎ函数中．进入ｍａｉｎ后，系统首先给超声波探头发出一个信息，开始发送超声波，同时开始记时，当超声波返回时停止计时．在读取温度和湿度传感器数据后就完成了数据采集．若对气体浓度检测的精度要求在５×１０－３左右时，则可在程序中对定时器作如下设置：Ｔ０ＴＣ＝０；Ｔ０ＰＲ＝０；Ｗｈｉｌｅ（ｉｏｐｉｎ＆０ｘ０１）！＝０）Ｔ０ＴＣＲ＝０ｘ０１；Ｗｈｉｌｅ（ｉｏｐｉｎ＆０ｘ０１）＝＝０）Ｔ０ＴＣＲ＝０ｘ００；ＴＩＭＥ＝Ｔ０ＴＣＲ；数据采集完成后，便按温度和湿度查表计算超声波的实际传播速度和理论传播速度间的差值．当差值大于一定的范围时，系统报警并打开电扇通风．系统根据定时器设置的检测时间间隔进行检测，其他时间处于休眠状态．系统与上位机通信时，设置特定的按键，当该键按下去时系统将发生中断［４］．通过ＵＡＲＴ０与ＰＣ机的ＣＯＭ口相连接，ＵＡＲＴ０的初始化程序为图１系统结构图Ｆｉｇ．１Ｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ图２程序流程Ｆｉｇ．２Ｐｒｏｇｒａｍｆｌｏｗｃｈａｒｔ第２１卷第１期６５ｖｏｉｄＵＡＲＴ０＿ｉｎｔ（ｖｏｉｄ）｛Ｕ０ＬＣＲ＝０ｘ８３；Ｕ０ＤＬＬ＝０ｘ００；Ｕ０ＤＬＭ＝０ｘ００；Ｕ０ＬＣＲ＝０ｘ０３；｝３结束语目前，超声波技术在检测领域研究中的应用越来越多．本文中作者根据超声波的速度传播特性，以高性能的ＡＲＭ处理芯片ＬＰＣ２１４０为核心元件，构建了嵌入式的硬件平台；在软件设计时考虑了系统的实时性和稳定性，应用汇编语言和Ｃ语言混合编程．本系统与传统的气体浓度监控系统相比具有精度高、操作简单、成本低等优点．参考文献：［１］江福椿．基于超声波技术的气体浓度检测仪器设计［Ｄ］．南京：河海大学，２００５．［２］江福椿，朱昌平，林善明，等．气体浓度检测技术的现状和应用［Ｊ］．河海大学常州分校学报，２００４，１８（１）：１６－１９．［３］周立功．ＡＲＭ微控制器的基础与实践［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００２．［４］贾智平，张瑞华．嵌入式系统与接口技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００３．ＡＧａｓＣｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＡＲＭＪＩＺｈｅｎｇ!ｂｉａｏ，ＦＡＮＸｉｎ!ｎａｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｏｈａｉＵｎｉｖ．，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３０２２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆａｃｔｔｈａｔｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｇａｓｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｇａｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＡＲＭｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｇａｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｙｓｔｅｍｈａｓｍａｎｙａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｕｃｈａｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｌｏｗｃｏｓｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄｒｅａｃｈ５０×１０－６．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ；ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ；ｇａｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ河海大学常州分校学报２００７年３月６６。
设备管理与维修2021翼1（上）气体泄漏智能检测小车的设计程义军（太原工业学院，山西太原030008）摘要：为了解决危险化学气体泄漏导致的人员及环境危害的问题，设计一种基于STM32单片机的气体泄漏检测小车，主要包括单片机控制器、直流电机驱动电路、超声波测距避障传感器、红外循迹传感器、气体传感器和GPS 定位传感器。
利用相关程序及算法实现了多传感器技术的融合。
关键词：智能小车；自主巡检；气体泄漏检测中图分类号：TP23文献标识码：B DOI ：10.16621/ki.issn1001-0599.2021.01.740引言化工类企业存在很多气体介质，其中部分产品是易燃易爆且有毒有害气体。
一旦发生泄漏事故，又没有及时发现并采取措施，将对企业以及周边的人员和财产造成不可估量的损失。
因此需要有效的巡逻监测来避免事故的发生。
传统的人工检测和传感器网络监测手段需要投入大量的人力和物力，降低了企业的经济效益，且对巡检人员存在一定的危险性。
为了解决以上问题，设计了可以自主移动的气体检测智能小车，可以实现自主巡逻，实时监测有无气体泄漏，并在检测到气体泄漏时准确发送泄漏源位置信息。
以便工作人员及时采取应急措施，保障企业的安全生产，降低企业的安全生产事故。
1智能小车功能1.1自主导航及避障功能智能巡检小车可以在无人操作的情况下根据事前输入的路径规划信息或事先布置的路径标记，利用已安装的避障传感器和寻迹传感器自主避开巡检线路上的障碍物，实现自动巡航。
1.2泄漏气体检测智能小车可以利用搭载的气体传感器对泄漏气体及其浓度进行实时监测，当检测环境中有害气体浓度超过预设的阈值时，智能小车会停止运行，并发出报警信号。
1.3GPS 定位当智能小车检测到超标的泄漏气体浓度时，会在报警的同时，将异常情况发生的泄漏源坐标，快速准确的传递给工作人员，以便快速实施应急措施，减少人员和财产损失。
设计基于STM32单片机的智能巡检小车，可以实现气体泄漏源的实时监测。
技术创新《微计算机信息》 (嵌入式与 SOC2010年第 26卷第 6-2期现场总线技术应用 200例 ARM 开发与应用基于 ARM7的呼吸力学参数检测系统的设计Design of a measuring system for respiratory mechanics parameters based on ARM7 (泸州医学院黄志伟杨国城尹德辉HUANG Zhi-wei YANG Guo-cheng YIN De-hui摘要 :在气流伯努利定理的基础上 , 设计和开发了基于 ADuC7024的呼吸力学参数检测系统。
介绍了该系统的传感器选型、放大电路设计、三通阀控制电路等硬件关键技术 , 同时对系统的应用程序和人机交互界面实现的功能也做了阐述。
临床对比实验表明 , 该检测系统能有效监测病人呼吸气道的各项力学参数 , 实现对麻醉呼吸机工作状态的监测和病人呼吸气道的实时监测 , 对肺部疾病的家庭保健和预防起到很好的指导作用。
关键词 :ADuC7024; 呼吸力学参数 ; 检测系统中图分类号 :TP274.2文献标识码 :AAbstract:a measuring system for respiratory mechanics parameters based onADuC7024is developed and designed, based on the Bernoulli ’ s theorem. This paper introduces some key problems like the sensor choosing, amplifier and valve control circuit designing, expatiates the application and man -machine interface. The clinical contrast results show that the measurin g system could effectively monitor the patient ’ s respiratory mechanics parameters, could monitor work status of the ventilator and instruct the lung disease ’ s care and prevention.Key words:ADuC7024; respiratory mechanics parameter; measuring system文章编号 :1008-0570(201006-2-0114-021前言目前临床监护仪对呼吸参量的检测大多数采用阻抗法 , 只能测量呼吸频率 , 不能测量和反映病人肺部功能的其他重要生理参数。
