机动车尾气中一氧化碳检测的硬件设计

方案。该方案以STM32为处理核心，利用双路比较信号处理电路，使得模拟信号更准确的传送到单片机，以RS232 串行通信协议为基础，设计了PC 机与一氧化碳检测之间的通信，启用光源脉冲信号发送数据，通过上位机实时监测结果。

【关键词】一氧化碳；STM32；信号处理；串行通信

中图分类号： X734.2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）01-0025-002

【Abstract】In this paper， aiming at the detection of carbon monoxide in automobile exhaust， a hardware design scheme of carbon monoxide detection system is proposed. The program to STM32 as the core of the processing， the use of dual comparison signal processing circuit， making the analog signal is more accurately transmitted to the microcontroller to RS232 serial communication protocol as the basis， designed PC and carbon monoxide detection communication between the start pulse light source Signal transmission data， through the host computer real-time monitoring results.

【Key words】Carbon monoxide； STM32； Signal processing； Serial communication

0 引言

近年來机动车尾气排放污染不断加重，自然环境和人类健康受到极大威胁。我国各级政府加大了对大气污染治理的力度，纷纷出台了一系列机动车排放标准。做好检测工作成为了首当其冲的任务，而尾气中以一氧化碳的危害最为严重。环保等部门急需能便捷快速的对尾气中一氧化碳进行检测的系统，对机动车尾气中一氧化碳排放进行准确的检测和有效的监督[1-2]。

目前矿用一氧化碳传感器及一氧化碳报警仪较多，用于监测机动车尾气排放的检测系统较少[3-4]。为解决上述技术问题，本设计提出了一种实时高效的一氧化碳检测系统，可有效监控和分析机动车尾气排放，对于改善自然环境、生态平衡和提高人们生活质量有着重大的现实意义。

1 总体方案

系统主要包括电源模块、传感器模块、信号处理模块、信号传输模块，总体设计如图1所示。

系统中CO传感器实时采集汽车尾气中的一氧化碳浓度信号，信号不直接经过A/D转换送入MCU，而是先进行运算处理，再由MCU分析传输。电源模块主要用于MCU、传感器、通信模块的供电。

2 硬件设计

2.1 主控制器选用

本设计主控制器选用STM32F103X8-LQFP48。该处理器最高工作频率可达72MHz，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz；内置128K字节的闪存程序存储器和高达20K字节的SRAM。系统只需2-3.6伏供电，功耗低，且内嵌8MHz的RC振荡器；内置2个12位A/D转换器，转换时间1μs，运行速率高；有7通道DMA控制器，很大程度上减轻了CPU资源占有率，可以大大节省系统资源，支持定时器、ADC、SPI和USART；该控制器可实时有效地实现信号的采集、处理、传输，亦可预留显示和报警功能 。

2.2 信号预处理

系统选用运算放大器OPA2227， OPA2227增益稳定，具有较高的转换速率和较宽的带宽、低静态电流和低成本，OPA2227的低噪声、高精度相结合使其成为放大及滤波电路的理想选择。

低功耗集成四运放LM324内含4个独立的高增益、频率补偿的运算放大器，既可接单电源使用 （3～30V），也可接双电源使用（±1.5～±15V），驱动功耗低，可与TTL逻辑电路相容，在系统中组成高阻抗差分电路完成微小信号整流。

选用低噪声芯片AD8606ARZ进行信号的A/D转换后送控制器处理，具体实现如图3所示。

2.3 通信模块

串行通信结构简单、执行速度快、抗干扰能力强，MAX3232CSE配备专有的低漏失电压发射器输出状态，通过双电荷泵，在3.0V～5.5V供压下，表现出真正的RS-232协议器件性能，固本设计选用MAX3232CSE即可使主控制器与上微机通信，满足设计要求，电路连接如图4所示。

2.4 电源模块

电源直接诶决定系统工作的稳定性，为保证系统工作的稳定型和兼容性，本设计中分别需要3.3V、±5V、6-7V等直流电源给主控制器、集成运放、通信模块供电，设计图如图5所示。

3 结束语

本设计采用STM32和外围电路，采用双路比较信号处理电路，为保证系统工作的稳定型和兼容性，电源模块设计了多个电源电路，设计中增加PWM LED，根据LED的亮度强弱可判断PWM占空比的大小，实时对RS232传动数据进行监测，上位机进行实时曲线显示，稳定性好，准确度高。本设计对汽车尾气一氧化碳检测系统具有操作简便、稳定性高、成本较低等特点，适合于汽车生产厂商、维修厂商以及政府交通部分、环保部门等机构实时监控汽车尾气的排放量。

【参考文献】

[1]余迅，南海秋.浅析汽车尾气排放控制技术[J].中国高新技术企业，2017（6）：105-106.

[2]王善勇.我国城市汽车尾气污染防治的政策建议[J].中国资源综合利用，2017，35（2）：55-57.

[3]朱文鹏.一氧化碳检测报警故障分析[J].民营科技，2017（1）：69-69.

[4]栗洋洋.一氧化碳检测报警器示值误差的不确定度评定[J].中国化工贸易，2017，9（18）.

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