基于S3C2410的氢气浓度监测系统设计

2011-07-18 18:02:06来源: 互联网 关键字:微弱信号  调理电路  S3C2410  嵌入式Linux  监测系统  AD7888

引言
    零碳排放的氢燃料作为一种高效、清洁、可再生的能源,得到了国际能源界的广泛认同。氢气也在石油化工、电子工业、食品工业、航空航天工业等领域有了广泛应用。然而,氢气是一种无色无味、携带极不方便、极易泄漏的气体,在室温和标准大气压下,氢气与空气的混合比例达到4.1%~74.1%时遇明火极易爆炸。为了减小使用氢气的安全隐患,开发出一套安全、可靠、灵敏度高的氢气浓度监测系统具有十分重要的意义。

1 系统总体结构设计
    采集到的氢传感信号经过低噪声放大电路进行放大处理,并在低通滤波器滤除信号中的高频噪声。然后,经A/D转换器送入ARM处理器S3C2410,ARM处理器再调用应用程序对采集到的数据进行数字处理,最后实时显示浓度值,并在浓度超出限定值时做出报警处理。整个系统框图如图1所示。

2 系统硬件结构设计
    本系统中所选氢气传感器为瑞士Membrapor生产的H2/C-1000。它的主要指标有:测量范围O~1 000 mg/m3,最大负载2000 mg/m3,输出信号为30±10 nA每mg/m3,分辨率2 mg/m3,响应时间<45 s,温度范围-20~40℃,典型信号漂移<2%/月。可见,传感器输出的信号范围为0~40μA甚至nA级的微弱直流信号。这里首先利用I/V转换电路将微弱的电流信号转换为电压信号,再利用后级的差动放大电路将其放大到A/D能采集的电压范围。然后,将其经过二阶低通滤波处理后送入A/D转换器。最后由微处理器S3C2410处理采集到的数值信号。
2.1 微弱信号放大电路
    根据弗里斯定理可知,I/V转换引入的外界干扰和噪声,对整个系统性能影响最显著,为此必须选用开环输入电阻高、输入偏置电流小、噪声小的精密运算放大器。这里选用斩波稳零的高精度运放ICL7650,其输入电阻为1012Ω,偏置电流为1.5 pA,输入失调电压为1μV,失调电压温度系数为0.01μV/℃,共模抑制比为130 dB。后级的差动放大选用内部具有三运放结构的仪用放大器AD620AN。它具有共模抑制比高,温度稳定性好,放大频带宽,噪声系数小、功耗低,差动输入、单端输出,电压增益由电阻RG确定,且连续可调等优点。系统的前端信号放大电路如图2所示。

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编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0718/article_3006.html
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