導語：有害氣體無線監測設計與實現一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：此系統旨在降低歷年火災發生率，避免有害氣體泄漏。系統使用STM32作為主控制模塊控制氣體探測電路。氣體探測電路可驅動氣體探測模塊，采集需要的氣體濃度數據，根據不同種類的氣體探測頭采集不同種類的氣體，如CO、CO2等。可通過A/D轉換數據，并在LCD屏上顯示，以便于查看。將檢測數據通過LoRa無線模塊傳送至上機位，實現對有害氣體的遠程無線監測。因災情中氣體多以CO為主，故系統選用的氣體探測頭傳感器為CO-AX傳感器，可從源頭發出警示，有效避免氣體中毒事件的發生。

關鍵詞：物聯網；STM32；氣體探測；CO-AX傳感器；AD7790；LoRa

近年來，人們生活水平日益提高，人身保護和財產保護成為人們主要的關注點。在多種自然災害中，火災對于群眾的人身安全、財產安全最具殺傷力?；馂陌l生的過程中會產生許多有害氣體，這些有害氣體在空氣中的含量超出一定的標準時就會對人體健康造成傷害[1-2]。目前市面上大多為有線攜帶式氣體檢測儀，需要親臨現場進行氣體檢測，無法實現對空氣中氣體的遠程監控。本系統具有無線氣體探測功能和便攜等優點，將STM32、EVAL-CN0357氣體探測電路以及長距離無線傳輸技術（LongRange,LoRa）相結合，利用電化學傳感器單電源、低噪音、便攜等優勢，將檢測電路檢測出的特定氣體信息通過無線通信LoRa模塊實現遠程發送。本系統使用Alphasense公司出品的CO-AX傳感器實現CO探測。

1系統總體設計

系統包括氣體傳感器、無線發送LoRa模塊、前端放大電路、ADC讀取數據模塊、數據轉換模塊、MCU和LCD顯示屏。使用CO-AX傳感器測量CO氣體濃度，此傳感器最大響應為100nA/ppm，最大輸入為2000ppm。所用AD7790芯片為16位，具有精度高、單電源、噪聲小等優點。將CO-AX傳感器與MCU連接，可將CO濃度數據顯示在LCD顯示屏上，并通過LoRa模塊發送到上機位。

2系統硬件設計

系統硬件主要包括CN0357氣體探測電路、CO傳感器模塊、無線通信模塊。利用電化學傳感器對輸出高低電平和0X38波形進行采集，通過電壓轉換公式得到數據后由SPI通道回傳，并在LCD屏上顯示，最終通過LoRa模塊傳輸至數據管理端。

2.1硬件結構

系統的電化學氣體傳感測量電路檢測空氣中的CO濃度，然后經電平轉換芯片將信息傳回AD7790芯片，STM32F103X通過SPI接收后將數據顯示到LCD屏上，最后通過無線通信模塊將數據傳至PC端[3]。系統硬件結構如圖1所示。

2.2系統電路

2.2.1電化學傳感器測量電路在電化學傳感器測量電路中，通過CO-AX檢測頭檢測對應氣體的濃度，通過1管腳和2管腳傳送電流信號，其中1管腳由CE流向ADA4528，2管腳流入WE，回傳到ADA4528的3管腳后再傳到放大器和AD7790，最后通過CO濃度與電壓轉換公式得到數據。電化學傳感器測量電路如圖2所示。2.2.2AD7790及應用AD7790是一款適合低頻測量的低功耗、完整模擬前端[4-5]，內置一個低噪聲16位Σ-Δ型ADC，一路差分輸入可配置為緩沖或無緩沖模式，此外還有一個增益可設置為1、2、4或8的數字PGA。從放大器ADA4528傳入的電壓信號通過3管腳進入AD7790。采集數據并處理后，信號由9管腳輸出。AD7790驅動電路如圖3所示。2.2.3LCD電路LCD顯示屏通過在.C文件中引用聲明函數顯示所需的字、字符以及字符串，主要運用CS、CLK、MOSI和MISO通過調節時序實現[6]，LCD電路如圖4所示。2.2.4有源蜂鳴器蜂鳴器是電子信息傳遞裝置，采用3.3V直流電壓供電。電磁式有源蜂鳴器自帶振蕩電路，初始化后，拉低管腳的電平，蜂鳴器發出聲響，反之蜂鳴器無反應。STM32蜂鳴器電路如圖5所示。

2.3無線通信

LoRa模塊SX1278本設計使用Semetch公司出品的SX1278作為無線通信的載體，選用點對點透傳模式。LoRa工作于半雙工模式，單片機端為發送端，PC端為接收端，利用USART發送AT命令進行設置，電腦端可以通過上位機進行設置。LoRa上電默認為透傳模式，將單片機端和電腦端的LoRa設置成相同的參數即可實現點對點通信[7]。

3系統軟件設計

系統軟件部分主要包括系統模塊初始化、ADC讀取數據、數據轉化、LCD顯示、蜂鳴器報警和LoRa發送數據。軟件流程如圖6所示。

4結果

STM32讀取AD7790從CO感應頭收集的數據，將數據轉化為實際值后在LCD上顯示（當超過設置的閾值時，蜂鳴器鳴響），通過LoRa將數據傳輸至上位機，用戶可以對數據進行遠程監測。

5結語

本文以有害氣體無線監測設計為研究目標，使用STM32作為主控模塊，利用AD7790芯片完成數據的轉化與傳輸。通過LoRa模塊實現對有害氣體濃度的無線遠程監測，并使用蜂鳴器在氣體濃度超出閾值時報警。系統對室內CO濃度的監測效果良好，能夠有效保證室內人員的人身財產安全。

參考文獻

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作者：王靖懿 崔國強 韓東奇 李響 王英澤 單位：北方工業大學