CO气体监测仪的研究
2015-08-14
1 引言
CO气体浓度监测仪是用来测量相关环境空气中CO含量的便携式智能仪器。目前，国内CO气体监测仪与控制中心的数据通信最常见的是通过CAN总线、RS一485总线或RS一232总线来完成。RS一232总线的通讯距离是12m，最大可达15.4m；RS一485总线的通讯距离是1200m。CAN总线的直接通讯距离最大可达10km。但无论哪种方式都有距离的限制。而且最终决定了控制中心的固定性。笔者提出一种通过GSM短消息收发模块实现与短信中心通信的CO气体监测仪的设计方案。
2 NL-2007模块
NL-2007模块是终端的主要功能部件，由GSM基带处理器、电源专用集成电路、射频电路和闪速存储器等部分组成，负责处理GSM蜂窝设备中的音频、数据和信号，内嵌的软件部分执行应用接口和所有GSM协议站的功能。基带处理器包含蜂窝无线部分的所有模，数转换功能，为满足GSM、PCS蜂窝用户市场日益增长的要求。在不用外接电路的情况下就能支持FR、HR和EFR语音和信道编码。射频部分基于SMARTi型电路。模块内的天线电缆连接到GSC类型的50Ω连接器。NL-2007模块适合最小功率的GSM蜂窝设备。这种蜂窝设备的应用部分构成人机接口(MMI)。通过串口(RS232)可接入NL-2007。NL-2007通过40针ZIF连接蜂窝应用部分，ZIF连接器提供控制数据、音频信号和电源线的应用接口。终端系统的工作电压为5VDC。由于NL-2007的突发耗电电流峰值可达3A，故外加稳压器件必须达到足以提供该额定电流的条件。在该终端中，采用LM2596型开关电源完成12V到5V的转换。作为NL-2007终端的电源。必须注意的是，由LM2596完成开关电源转换需要大功率的电感器和电容器以提高储能能力满足NL-2007的耗电要求。
3 CO气体监测仪系统的结构
具有GSM短消息收发功能的便携式CO气体浓度监测仪的结构如图1所示。笔者研制的监测仪主要用于公共场所及某些生产车间空气中CO浓度的监测.采用电池作为供电电源.CO传感器N1选用日本根本特殊化学株式会社生产的NAP一505型电化学式传感器。传感器输出电流与CO气体浓度成线性关系(UOUT=70nA±10nM/l×106)。A1(OP90)可以保证工作电极和参考电极等电位。传感器输出OμA～70μA电流经Aa(OP90)转换成0V～0.7V的电压，以保证当CO浓度在0~10-3时A3的输出为0 V～2.5V，以满足MD转换器U.I(ADS7822)的输入要求。OP90具有内部调零电路.允许仪器放大器提供真正的零输入零输出操作。NAP一505的温度特性用常数B为3435K的NTC热敏电阻器进行补偿，温度经过补偿后.其输出在一10℃~50℃范围内能够满足精度要求。Ul(ADS7822)的参考电压通过5Ω电阻器和电容器组成的电源滤波器接到Vcc上.滤除电源自身的高频噪声。经A/D转换后的数据送人U2(89LV/51)单片机，存储在U7(AT24C08)中。CO气体浓度监测仪的液晶显示模块可以显示浓度值和浓度变化曲线.并通过短消息收发模块与控制中心通信。
4 单片机对NL-2007模块的控制
本系统只使用短消息收发功能.因此只使用NL-2007的数据输入，输出接口。需要注意的是NL-2007是作为数据通讯设备(DCE)来连接的，而不是像一般调制解调器作为数据终端设备(DTE)进行连接。如图l所示.NL-2007的BXDO对应单片机的。RXD，NL-2007的TXD0对应单片机的rXD。TE35数据接口工作在CMOS电平(2.65V)，单片机对FC35的控制和通信信号进行电平转换。本系统中通过7404型OC门电路完成电平转换。系统加电后，为使NL-2007进人工作状态.必须给IGT加一延时大于：100ms的低脉冲.电平下降持续时间不能超过100ms。启动后IGT应保持高电平(3.3V)。驱动IGT时NL-2007的供电电压不能低于3.3V，否则NL-2007不能被激活。NL-2007的数据输入/输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITU—RS232接口标准。它有固定的参数：8位数据位和l位停止位.无校验位.波特率为300b/s~115kb/s可选.笔者给系统设置的是9600b/s。ZIF连接器给SIM卡接口提供6针.其中CCIN用来检测SIM卡是否插好.连接器的SYNC脚控制灯的状态.以此判断NL-2007的工作状态。单片机控制短消息收发子程序.其流程如图2所示。其中。初始化工作包括设置串口速率、无线网络登陆及设置短信模式为PDU模式。
5 短信收发的实现
NL-2007采用AT贺氏指令。单片机可以通过正确的AT指令对NL-2007模块进行初始化短消息的接收和发送。对短消息的控制有3种模式：Block模式、PDU模式和Text模式。使用Block模式需要厂家提供驱动支持。目前，PDU模式已取代Block模式，而Text模式不支持中文。因此本系统使用PDU模式进行短消息的接收和发送。NL-2007启动后自动给单片机发送~SYSSTART，表示模块可以正常工作，然后通过如下AT指令对短消息模块进行控制：网络注册：AT+CREG?设置成PDU模式：AT+CMGF=0发送SMS信息(PDU)模式：AT+CMGS=019 0DOA0891683108401505f011000d91683167866040f20008a9044f60597dla(发送时将其转换为ASCLL码)。由单片机发送AT+CMGL；O0D 0A的查询命令可查询是否有未读短消息。返回格式如下：
+CMGL：2，0，，260891683108401505F0240D91683167866040F20008507032418095000665E94EOA597DOK
接收数据格式解释如下：+CMGL：2，0，，26，(2：第二条；0：未读)；26：短消息的长度
6 结束语
控制中心具有可移动，覆盖范围广，实时性好，可靠性高，保密性好。以GSM网络作为无线传输网络，短消息业务经济实惠，适合远程移动监控中心站的管理.具有很广泛的应用前景。
气体测试仪产品链接：//1000qsw.com/product/Gas/
