单片机MSP430氯气联机检测系统外文文献及翻译
摘要
现在的处境显示国产的氯气线上检测仪器设备的精确程度很低而且功能简单，重要仪器缺少扩展性，只有短距离的与通讯中心的通信能力。一种氯气线上检测仪器发展出来了。一个采用MSP430处理器和恒值电解质的气体传感器，它能够测量氯气在空气中的浓度，当氯气浓度超过警戒值时发出警报并且通过无线分组数据与控制中心进行通信。这种测量范围在0到20ppm，反应时间小于30秒，测量误差小于2%。这种设计是切实可行的，并且能够满足造纸业、纺织业以及制药与水处理业的真实需求。
1. 介绍
氯气是一种广泛应用于造纸、纺织、制药、塑胶生产和水处理工业的重要化学物质。同时，氯气也是一种有毒气体。他能够刺激呼吸道黏膜和眼黏膜，甚至引起肺部呼吸通风机能不良，支气管炎症，中毒性肺部水肿和眼球灼伤。氯气泄漏事故有时会在氯气的生产，储藏，搬运和使用中发生。为了防止氯气泄漏事故的发生和保障工人的安全，发展出一种在线检测氯气浓度的装置很有意义。
现在国内制造的氯气在线检测仪器精度很低，功能简单，结构也过时了，几乎不能够满足需要了。附注2是国内唯一一种关于氯气在线检测方面获得专利的仪器。它是应用模电规律的，精度很低，结构过时，功能简单，可靠性很低。附注3是一种口袋式氯气报警装置。这种装置也是应用模电规律的，只能检测氯气浓度，并且当浓度超过超过标准时发出警报，但也不能与控制中心相连。MX48是国外产品的典型代表。这种仪器非常昂贵，只能与控制中心进行短距有线连接，人机界面设计的也不够合理。
按照现在的状况，本论文发展出了一种基于嵌入式技术的氯气在线检测装置，它是一种高精度的理想系统，反应时间很短，高可靠性并且人机交互友好。这种装置能够通过无线网络与控制中心进行远距离通信。这样的设计有强大的功能和灵活性。它能够满足造纸业，纺织业，制药业，塑胶生产，水处理业的真正需求，能够防止氯气泄漏和保障工人的安全。
这篇文章的第二部分介绍了氯气在线检测的测量原理；第三部分介绍了系统的整体架构；第四部分是关于装置的硬件部分设计；第五部分是装置软件部分的设计；第优部分是整篇文章的综述。
2. 测量原理原文请找腾讯752018766优,文-论'文.网http://www.youerw.com
横值的电解气体传感器有高精度的优点和很好的稳定性。它能够被认为是氯气检测的理想传感器。恒值电解质气体传感器的结构如图一所示。工作电极、反应电极和参考电极被放置在装有电解质溶液里。容器被渗透性薄膜所密封。当工作电极工作时，设置参考电极的电压不变。工作电极发生还原反应，同时相应电极发生氧化反应。电极电流随着氯气的直接变化而改变。
当传感器工作时，电极电流与氯气浓度之间的关系如下表示：
3. 总的系统结构
整个氯气在线检测系统能够被划分为两个部分：氯气在线检测装置和控制中心。氯气在线检测装置也能被划分为主控制装置和氯气传导体。图二显示了系统的整体结构。一些氯气传导体被安放在检测区域，检测氯气的聚集程度，然后通过RS485把检测结果发送给主控制装置。主控制装置通过传导体发送来的氯气浓度数据，将数据显示在显示屏上，然后通过GPRS将数据发送给控制中心。主控制装置能够使用SD卡储藏和显示关于氯气浓度的历史数据。控制中心能够分析和储存数据。检测范围在0到20ppm.当氯气的浓度超过标准，主控制装置能够报警，把信号发送给控制中心。因此，这套系统能够阻止氯气泄漏事故的发生，保障工人的安全。
4. 硬件系统设计
4.1主控制装置硬件系统设计
图3显示了主控制装置的硬件结构。它包含了处理器，RS485模块，SD卡模块，GPRS模块，人机交互模块和RTC（实时时钟）模块。采用的核心处理器是MSP430F169，其中包含有60KB＋256KB的FLASH，2KBRAM，2种制式的USART以及其它模块。ＭＳＰ430系列微处理器是16bitRISC处理器，其广泛应用在检测装置，自动控制和消费电子领域。它们有着高速，小功耗，功能强大，很强的抗干扰和难以破解信息的特点。
4.1.1 RS485接口设计
主控制器通过RS485总线连接了氯气传导体。它允许高达128个外设装置连接在总线上，并且能够很容易地组建成局域网。
4.1.2 SD卡接口设计
SD卡是一种基于FLASH技术的记忆卡，有着大容量存储，体积小，容易接入和高可靠性的优点。SD卡提供了两种进入模式，SD模式和SPI模式，都能自动地确认。图5显示了SD接口模块。MSP430F 169能够通过SPI接口进入SD卡。
4.1.3 GPRS模块接口设计
GPRS模块采用了华为的GTM900-B无线模块。与传统的无线通信技术相比，GPRS有着通信距离远，高可靠性和易于INTERNET6兼容，以及插入TCP/IP .它能够减少编程量。图5显示了GTM900-B接口。
这个设计值得注意的点是所有的GPRS模块，RS485模块和SD模块使用的是USART.每个USART 使用两种模式，异步通信模式和SPI模式。这些模式的接口不能被多次使用。两种模式的转换不能通过设置寄存器来实现。在设计中RS485模式使用的是USART1,GPRS模式和SD卡模式使用的是USART0.USART0的空闲状态是异步通信模式，当进入SD卡是它会被转换成SPI模式。
4.1.4人机接口模块设计
人机接口模块包括了键盘和液晶显示屏。键盘有6个键（前后左右进入和退出）。
显示模式采用了LCD12864，它有128乘64个点，用3.3伏驱动。图8显示了显示模块接口。
4.1.5时钟模块设计
MSP430F169自身没有时钟模块。设计选择了DS1339.DS1339是一个系列时钟芯片。DS1339有两个可编程警报器和一个可编程正方形波输出器。它有一个内置的电源感应电路能够检测电源不足，并能够自动转换到后台供电。地址和数据能够通过PC总线连续传送。MSP430F169的PC接口能够被其它模块使用，因此它能够在程序中实现。
4.1.6 警报模块设计
警报模块提供了两种水平的警报：警告和危险。这个模块有两种模式的信号器，它们能够被以两种方式的响应驱动。图10显示了警报模块接口。为了减少接口，一个RC电路平行地置于输出末端。
4.2 氯气装置硬件设计原文请找腾讯752018766优,文-论'文.网http://www.youerw.com
4.3 图11显示了氯气传导体的结构。核心处理器采用的是低廉的MSP430F2013。它包含有16位ADC和16位的定时器。MSP430F2013没有异步连续通信接口，因此接口能够在程序中实现。
氯气传感器采用采用了MEmBrapor的C12/C-20恒值潜在电解质氯气传感器，其具有灵敏度高，线性好，操作稳定和适宜的价格。图12显示了放大电路。A1 是一个电压跟随器，提供适合传感器的不变的电压。从传感器的输出电流被A2放大，然后放松给MSP43F2013的ADC。从仿真电路的结果来看，这个电路能够把20微安的信号线性化非常好地转换成2.4伏的信号。
从实验得来的数据显示氯气传感器的输出信号很容易受到温度的影响。图13显示了0摄氏度时的信号只有20摄氏度时的90%。因此，这个装置必须精确地对氯气信号进行补偿。温度模块采用18B20，它能够将12bit的温度信号转换成数字字。
5. 软件系统设计
系统的软件在IAR下用C语言编程。
5.1主控装置软件系统设计
图14显示了主控装置的流程图。1628