具有無(wú)線傳輸功能的智能丙酮?dú)饷魝鞲衅?/h1>
2013-12-31 00:00:00李慶
數(shù)字化用戶 2013年14期
【摘 要】由于科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備的功能越來(lái)越強(qiáng)大。對(duì)于一直采用直流電的磁控濺射方法而制備的有Sn02摻雜的Ti02薄膜，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的700攝氏度的高溫退火之后才能夠得到具有良好選擇性與靈敏度氣敏傳感器元件。并且需要ARM7內(nèi)核的12C2131當(dāng)做微型的控制器，并且要設(shè)計(jì)測(cè)量的丙酮?dú)怏w的濃度測(cè)試電路。一旦外界的氣體發(fā)生變化，電路就會(huì)測(cè)量出此刻的氣敏電阻值，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的處理和分析后，形成系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。這個(gè)系統(tǒng)的功能包含無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和高度的靈敏度，消耗低等，可以廣泛的應(yīng)用于丙酮?dú)怏w的濃度監(jiān)控。
【關(guān)鍵詞】無(wú)線傳輸功能 智能丙酮 氣敏傳感器
丙酮也稱作二甲基酮，是屬于飽和脂肪酮系列中最簡(jiǎn)單形式的酮。無(wú)色的液體，有特殊氣味，能夠溶解于醋酸纖維與硝酸纖維，還能夠溶于乙醇和水等有機(jī)溶液。丙酮的用途很廣泛，常用作涂料和農(nóng)藥的原材料，醫(yī)用領(lǐng)域也經(jīng)常涉及。但丙酮也屬于易燃易爆的液體，和空氣相結(jié)合便迅速形成爆炸性的混合物。所以，在生產(chǎn)過(guò)程中一定要注意丙酮的保存，一旦泄露很容易發(fā)生安全事故。
由于丙酮的特殊性，現(xiàn)在普遍使用檢測(cè)丙酮?dú)怏w的傳感器，一般屬于廣譜型敏感器件，使用范圍較廣，在此基礎(chǔ)上研發(fā)一種無(wú)線傳輸功能的丙酮蒸汽傳感器有更高的應(yīng)用價(jià)值。無(wú)線傳輸功能的丙酮?dú)饷魝鞲衅鞑坏珣?yīng)用于數(shù)據(jù)監(jiān)控與反饋領(lǐng)域，還可以進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
一、氣敏薄膜的制備
實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)一般采用的是JCK一500E的磁控濺射儀進(jìn)行薄膜的制備。在不同的溫度進(jìn)行退火的樣品，丙酮?dú)怏w選擇性能和靈敏度也會(huì)有所不同并且在恢復(fù)的時(shí)間上也有差異。在700攝氏度退火處理工藝之后樣品對(duì)于丙酮?dú)怏w的選擇性有明顯的效果影響，但是對(duì)丙醇或者是究竟影響力會(huì)比較小。薄膜的靈敏度會(huì)很好的作用于丙酮?dú)怏w，可以達(dá)到57.368，恢復(fù)時(shí)間一般是2秒，此時(shí)的丙酮?dú)怏w的靈敏傳感器靈敏度可以表示為：s=R/Rs，式中：R，Rs分別代表元件在被測(cè)的氣體和空氣中的電阻值。
二、智能丙酮?dú)饷魝鞲衅飨到y(tǒng)的電路設(shè)計(jì)
（一）傳感器系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
智能丙酮?dú)饷魝鞲衅飨到y(tǒng)的芯片是ARM，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的采樣電路檢測(cè)氣體，在控制電路和無(wú)線傳輸，再經(jīng)過(guò)顯示單元這一系列系統(tǒng)流程實(shí)現(xiàn)傳感器的功能。智能丙酮?dú)饷魝鞲衅鲗?duì)氣體的濃度進(jìn)行采樣，并將其發(fā)送到ARM芯片LPC2131，然后讀取A/D轉(zhuǎn)換值與氣體濃度的計(jì)算，并得出氣壓值。電壓值的傳輸形式主要是無(wú)線發(fā)送，接收端是通過(guò)接收模塊進(jìn)行的，把無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送到LPC213l芯片，LPC213l芯片經(jīng)過(guò)信息處理再經(jīng)過(guò)Pc機(jī)或者是LCD顯示傳給用戶。并且智能丙酮?dú)饷魝鞲衅飨到y(tǒng)的無(wú)線接收電路均是采用了無(wú)線收發(fā)的模塊nRF905，nRF905是一種單片射頻收發(fā)器，無(wú)需客戶端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，收發(fā)模式是無(wú)線的數(shù)據(jù)發(fā)送，具有很高的可靠性，操作方便，被廣泛的應(yīng)用到工業(yè)控制和消費(fèi)電子等領(lǐng)域。
（二）采樣電路
智能丙酮?dú)饷魝鞲衅鳠o(wú)線接收流程內(nèi)容是：丙酮?dú)饷魝鞲衅魃系拿舾性?huì)感受到氣體的濃度變化，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)量電路，通過(guò)曲線的擬合會(huì)出現(xiàn)電壓信號(hào)的變化，在控制電路上將電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的串口發(fā)送到LPC213l芯片，芯片在接受完數(shù)據(jù)后通過(guò)SPI接口繼而發(fā)送給nRF905，nRF905會(huì)將數(shù)據(jù)的前面加上導(dǎo)碼與CRC代碼，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送客戶端。在nRF905正確讀取數(shù)據(jù)之后，經(jīng)過(guò)USART傳輸?shù)絃CD顯示或者是PC機(jī)器等外用設(shè)備上。
三、無(wú)線傳輸功能的智能丙酮?dú)饷魝鞲衅鬈浖O(shè)計(jì)
在nRF905基礎(chǔ)上進(jìn)行的智能丙酮?dú)饷魝鞲衅髟O(shè)計(jì)不但在傳統(tǒng)的電路基礎(chǔ)上增加了低通濾波和電壓跟舶器的隔離電路，并能夠自動(dòng)換擋，設(shè)計(jì)思路是改進(jìn)傳統(tǒng)傳感器的不穩(wěn)定性能與改善測(cè)量精度低的缺點(diǎn)，丙酮?dú)饷魝鞲衅鬟€可以通過(guò)軟件改進(jìn)提高傳感器系統(tǒng)整體性能。硬件設(shè)計(jì)是測(cè)量裝置，軟件設(shè)計(jì)主要含有：中斷處理（服務(wù)）程序、層芯片驅(qū)動(dòng)程序、無(wú)縵收發(fā)程序、監(jiān)控程序和實(shí)現(xiàn)各種不同種類計(jì)算的功能性模塊。軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)該保持在ADS的集成開發(fā)的環(huán)境中獨(dú)立完成，并且根據(jù)EASYJTAG仿真器進(jìn)行嚴(yán)格的系統(tǒng)調(diào)試。
無(wú)線傳輸功能的智能丙酮?dú)饷魝鞲衅飨到y(tǒng)模塊軟件的設(shè)計(jì)通過(guò)nRF905的接受和發(fā)送功能實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)程序，能夠有效準(zhǔn)確的進(jìn)行數(shù)據(jù)銜接，并且在傳感器驅(qū)動(dòng)程序中可以自動(dòng)設(shè)置初始化的各種參數(shù)值的變量，例如：靜態(tài)的變量、全局的變量和端口變量等，對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行整體性的編譯，從而實(shí)現(xiàn)丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯臄?shù)據(jù)采集的無(wú)線傳輸功能。
四、結(jié)束語(yǔ)
無(wú)線傳輸功能的智能丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯脑O(shè)計(jì)基礎(chǔ)是nRF905，它的功能不但可以進(jìn)行丙酮和丙酮?dú)怏w濃度的準(zhǔn)確測(cè)量，還可以檢測(cè)其阻值變化的范圍，電阻的測(cè)量精度可以達(dá)到±0 5%。在智能丙酮?dú)饷魝鞲衅飨到y(tǒng)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，并且具有很高的集成度，因此具有低消耗的特點(diǎn)。在操作上借助于ARM7內(nèi)核作為MCU，使得傳感器的系統(tǒng)能夠更好的發(fā)揮擴(kuò)展能力，并且發(fā)展前景也比較好，被廣泛的應(yīng)用于無(wú)線測(cè)試和遠(yuǎn)程顯示領(lǐng)域中。
參考文獻(xiàn)：
[1]潘國(guó)峰；何平；王其民；孫以材；高金雍.具有無(wú)線傳輸功能的智能丙酮?dú)饷魝鞲衅鱗J].儀表技術(shù)與傳感器.2011（04-15）.
[2]李曉麗；潘國(guó)峰；孫以材. 一種新型智能氣敏傳感器及其無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].傳感器世界.2007（07-25）.
[3]趙衛(wèi)萍；孫以材；王小捧；宮云梅. 用濺射法制備ZnO薄膜丙酮?dú)饷魝鞲衅鱗J]. 傳感器世界. 2005（12-19）.
【摘 要】由于科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備的功能越來(lái)越強(qiáng)大。對(duì)于一直采用直流電的磁控濺射方法而制備的有Sn02摻雜的Ti02薄膜，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的700攝氏度的高溫退火之后才能夠得到具有良好選擇性與靈敏度氣敏傳感器元件。并且需要ARM7內(nèi)核的12C2131當(dāng)做微型的控制器，并且要設(shè)計(jì)測(cè)量的丙酮?dú)怏w的濃度測(cè)試電路。一旦外界的氣體發(fā)生變化，電路就會(huì)測(cè)量出此刻的氣敏電阻值，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的處理和分析后，形成系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。這個(gè)系統(tǒng)的功能包含無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和高度的靈敏度，消耗低等，可以廣泛的應(yīng)用于丙酮?dú)怏w的濃度監(jiān)控。
【關(guān)鍵詞】無(wú)線傳輸功能 智能丙酮 氣敏傳感器
丙酮也稱作二甲基酮，是屬于飽和脂肪酮系列中最簡(jiǎn)單形式的酮。無(wú)色的液體，有特殊氣味，能夠溶解于醋酸纖維與硝酸纖維，還能夠溶于乙醇和水等有機(jī)溶液。丙酮的用途很廣泛，常用作涂料和農(nóng)藥的原材料，醫(yī)用領(lǐng)域也經(jīng)常涉及。但丙酮也屬于易燃易爆的液體，和空氣相結(jié)合便迅速形成爆炸性的混合物。所以，在生產(chǎn)過(guò)程中一定要注意丙酮的保存，一旦泄露很容易發(fā)生安全事故。
由于丙酮的特殊性，現(xiàn)在普遍使用檢測(cè)丙酮?dú)怏w的傳感器，一般屬于廣譜型敏感器件，使用范圍較廣，在此基礎(chǔ)上研發(fā)一種無(wú)線傳輸功能的丙酮蒸汽傳感器有更高的應(yīng)用價(jià)值。無(wú)線傳輸功能的丙酮?dú)饷魝鞲衅鞑坏珣?yīng)用于數(shù)據(jù)監(jiān)控與反饋領(lǐng)域，還可以進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。
一、氣敏薄膜的制備
實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)一般采用的是JCK一500E的磁控濺射儀進(jìn)行薄膜的制備。在不同的溫度進(jìn)行退火的樣品，丙酮?dú)怏w選擇性能和靈敏度也會(huì)有所不同并且在恢復(fù)的時(shí)間上也有差異。在700攝氏度退火處理工藝之后樣品對(duì)于丙酮?dú)怏w的選擇性有明顯的效果影響，但是對(duì)丙醇或者是究竟影響力會(huì)比較小。薄膜的靈敏度會(huì)很好的作用于丙酮?dú)怏w，可以達(dá)到57.368，恢復(fù)時(shí)間一般是2秒，此時(shí)的丙酮?dú)怏w的靈敏傳感器靈敏度可以表示為：s=R/Rs，式中：R，Rs分別代表元件在被測(cè)的氣體和空氣中的電阻值。
二、智能丙酮?dú)饷魝鞲衅飨到y(tǒng)的電路設(shè)計(jì)
（一）傳感器系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
智能丙酮?dú)饷魝鞲衅飨到y(tǒng)的芯片是ARM，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的采樣電路檢測(cè)氣體，在控制電路和無(wú)線傳輸，再經(jīng)過(guò)顯示單元這一系列系統(tǒng)流程實(shí)現(xiàn)傳感器的功能。智能丙酮?dú)饷魝鞲衅鲗?duì)氣體的濃度進(jìn)行采樣，并將其發(fā)送到ARM芯片LPC2131，然后讀取A/D轉(zhuǎn)換值與氣體濃度的計(jì)算，并得出氣壓值。電壓值的傳輸形式主要是無(wú)線發(fā)送，接收端是通過(guò)接收模塊進(jìn)行的，把無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送到LPC213l芯片，LPC213l芯片經(jīng)過(guò)信息處理再經(jīng)過(guò)Pc機(jī)或者是LCD顯示傳給用戶。并且智能丙酮?dú)饷魝鞲衅飨到y(tǒng)的無(wú)線接收電路均是采用了無(wú)線收發(fā)的模塊nRF905，nRF905是一種單片射頻收發(fā)器，無(wú)需客戶端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，收發(fā)模式是無(wú)線的數(shù)據(jù)發(fā)送，具有很高的可靠性，操作方便，被廣泛的應(yīng)用到工業(yè)控制和消費(fèi)電子等領(lǐng)域。
（二）采樣電路
智能丙酮?dú)饷魝鞲衅鳠o(wú)線接收流程內(nèi)容是：丙酮?dú)饷魝鞲衅魃系拿舾性?huì)感受到氣體的濃度變化，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)量電路，通過(guò)曲線的擬合會(huì)出現(xiàn)電壓信號(hào)的變化，在控制電路上將電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的串口發(fā)送到LPC213l芯片，芯片在接受完數(shù)據(jù)后通過(guò)SPI接口繼而發(fā)送給nRF905，nRF905會(huì)將數(shù)據(jù)的前面加上導(dǎo)碼與CRC代碼，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送客戶端。在nRF905正確讀取數(shù)據(jù)之后，經(jīng)過(guò)USART傳輸?shù)絃CD顯示或者是PC機(jī)器等外用設(shè)備上。
三、無(wú)線傳輸功能的智能丙酮?dú)饷魝鞲衅鬈浖O(shè)計(jì)
在nRF905基礎(chǔ)上進(jìn)行的智能丙酮?dú)饷魝鞲衅髟O(shè)計(jì)不但在傳統(tǒng)的電路基礎(chǔ)上增加了低通濾波和電壓跟舶器的隔離電路，并能夠自動(dòng)換擋，設(shè)計(jì)思路是改進(jìn)傳統(tǒng)傳感器的不穩(wěn)定性能與改善測(cè)量精度低的缺點(diǎn)，丙酮?dú)饷魝鞲衅鬟€可以通過(guò)軟件改進(jìn)提高傳感器系統(tǒng)整體性能。硬件設(shè)計(jì)是測(cè)量裝置，軟件設(shè)計(jì)主要含有：中斷處理（服務(wù)）程序、層芯片驅(qū)動(dòng)程序、無(wú)縵收發(fā)程序、監(jiān)控程序和實(shí)現(xiàn)各種不同種類計(jì)算的功能性模塊。軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)該保持在ADS的集成開發(fā)的環(huán)境中獨(dú)立完成，并且根據(jù)EASYJTAG仿真器進(jìn)行嚴(yán)格的系統(tǒng)調(diào)試。
無(wú)線傳輸功能的智能丙酮?dú)饷魝鞲衅飨到y(tǒng)模塊軟件的設(shè)計(jì)通過(guò)nRF905的接受和發(fā)送功能實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)程序，能夠有效準(zhǔn)確的進(jìn)行數(shù)據(jù)銜接，并且在傳感器驅(qū)動(dòng)程序中可以自動(dòng)設(shè)置初始化的各種參數(shù)值的變量，例如：靜態(tài)的變量、全局的變量和端口變量等，對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行整體性的編譯，從而實(shí)現(xiàn)丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯臄?shù)據(jù)采集的無(wú)線傳輸功能。
四、結(jié)束語(yǔ)
無(wú)線傳輸功能的智能丙酮?dú)饷魝鞲衅鞯脑O(shè)計(jì)基礎(chǔ)是nRF905，它的功能不但可以進(jìn)行丙酮和丙酮?dú)怏w濃度的準(zhǔn)確測(cè)量，還可以檢測(cè)其阻值變化的范圍，電阻的測(cè)量精度可以達(dá)到±0 5%。在智能丙酮?dú)饷魝鞲衅飨到y(tǒng)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，并且具有很高的集成度，因此具有低消耗的特點(diǎn)。在操作上借助于ARM7內(nèi)核作為MCU，使得傳感器的系統(tǒng)能夠更好的發(fā)揮擴(kuò)展能力，并且發(fā)展前景也比較好，被廣泛的應(yīng)用于無(wú)線測(cè)試和遠(yuǎn)程顯示領(lǐng)域中。
參考文獻(xiàn)：
[1]潘國(guó)峰；何平；王其民；孫以材；高金雍.具有無(wú)線傳輸功能的智能丙酮?dú)饷魝鞲衅鱗J].儀表技術(shù)與傳感器.2011（04-15）.
[2]李曉麗；潘國(guó)峰；孫以材. 一種新型智能氣敏傳感器及其無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].傳感器世界.2007（07-25）.
[3]趙衛(wèi)萍；孫以材；王小捧；宮云梅. 用濺射法制備ZnO薄膜丙酮?dú)饷魝鞲衅鱗J]. 傳感器世界. 2005（12-19）.
