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摘 要

氧气检测对于进入密闭空间和进入某些低于地面开放空间显得十分重要，原因就在于高于空气密度的其它气体，会在下方空间聚集，置换出空间中的氧气，从而威胁到人员的安全。氧气浓度检测要考虑到两个浓度点：氧气浓度太低会导致窒息；如果超过常量的过量氧气可能会引起燃烧和其它化学反应的加速。所有对含氧量的分析有着重要的意义。尤其体现在工业生产过程中，在工业生产过程中氧气是众多需要实时监测的气体之一，氧气的浓度适当的调整不仅可以提升经济利益，而且还可以达到节能减排的作用。如果在工业生产锅炉中氧气浓度值低于某个特定值时，会引起化学反应变慢，影响企业经济利益；超限还会引起爆炸，导致人员伤亡和重大经济损失。

本次论文介绍了一种基于STM32F103RBT6的一种便携式氧气浓度分析仪的设计与实现。采用电化学反应式氧气传感器和氧气进行接触把氧气浓度信号转换成电压信号，紧接着经过调理放大后传输给STM32，然后经过STM32内部的A/D转换后传输给微处理器，最后经过微处理器处理后通过串口通信输出给上位机并在液晶显示屏上实时显示氧气的浓度。本系统主要用于检测气体中氧气的浓度，并把检测数据进行本地显示。本此设计采用电流信号模拟发生器代替电化学反应式氧气传感器产生电压信号；最终解决了实现对氧气浓度为0~25%的实时检测，如果氧气浓度超过设定阈值时实现报警功能。

关键字：氧化锆 STM32 氧气分析仪 微处理器

Design of O2 analyzer based on STM32

Abstract

Detection of oxygen for it coming into a confined space and into some below ground open space is very important, the reason is that the other gases whose density is higher than that of air’s , will gather in the space below and displace the oxygen from the air, and thus threat personnel safety. Oxygen concentration detection takes the two concentration points into account: If oxygen concentration is too low it will cause asphyxia, if oxygen concentration is more than constant excess oxygen, it may cause combustion and speed up other chemical reactions. So the analysis of oxygen content has important significance, especially in the industrial production process. In the process of industrial production, oxygen is one of the many need real-time monitoring gases. Adjusting oxygen concentration appropriately can not only enhance the economic interest but also achieve energy saving and emission reduction. If the oxygen concentration in the industrial boiler is lower than a certain value, it will slow down the chemical reaction, thus affect the enterprise economic benefits; when overruns, it will cause an explosion then resulting in casualties and major economic losses.

This article presents the design and implementation of a portable oxygen concentration analyzer based on STM32F103RBT6. Taking advantage of the contact between the electrochemical reaction oxygen sensor and oxygen to convert oxygen concentration signal into voltage signal, followed by amplifying and transmits to the STM32 and after STM32’s internal A / D converting input to the microprocessor. Finally, after the microprocessor for processing by serial communication output to the

host computer and on the LCD screen real time display oxygen concentration. This system is mainly used to detect the concentration of oxygen in the gas, and the detection data is displayed locally. The design uses the current signal simulation generator instead of electrochemical reaction type oxygen sensor generates a voltage signal; ultimately realizing the detection of oxygen concentration for real-time of 0 ~ 25%, if the oxygen concentration exceeds a predefined threshold, it will start alarm function.

Key Words: Zirconia; STM32; Oxygen Analyzer; Microprocessor

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究的背景和意义 1

1.2课题国内外研究现状 1

1.3课题主要内容 2

1.4 本章小结 3

第二章 氧气分析仪检测的原理及软硬件介绍 4

2.1 氧气检测原理 4

2.1.1 氧化锆法 4

2.1.2 原电池法 5

2.1.3 顺磁法 5

2.2 主要使用的软件、硬件介绍 5

2.2.1硬件介绍 5

2.2.2 软件介绍 6

2.3 本章小结 8

第三章 系统硬件电路设计 9

3.1总体介绍 9

3.2 处理器选择 10

3.3 电磁开关阀驱动电路图设计 13

3.4 气体检测模块设计 13

3.4.1 传感器介绍 13

3.4.2 氧气传感器的选型 14

3.5 A/D转换模块设计 15

3.5.1 ADC简介 15

3.6液晶显示模块设计 16

3.6.1液晶显示模块简介 16

3.6.2液晶显示硬件原理图 17

3.7电源模块设计 18

3.8 RS485通信模块设计 19

3.8.1 RS485介绍使用功能介绍 19

3.8.2 RS485与CPU连线 20

3.9 其它模块设计 21

3.9.1 阻抗匹配电路 21

3.9.2 报警模块 22

3.9.3 时钟电路 22

3.9.4 复位电路 25

3.10本章小结 25

第四章 系统软件设计 26

4.1 总体结构介绍 26

4.2 LCD显示程序设计 26

4.3 A/D转换程序设计 27

4.4 串口通信程序设计 29

4.5 主程序设计 30

4.6 本章小结 31

第五章 氧气分析系统性能检测及结果分析 32

5.1 A/D转换调试 32

5.2 LCD液晶显示调试 33

5.3氧气浓度显示调试 34

第六章 总结和展望 37

6.1论文工作总结 37

6.2后期工作展望 37

参考文献 39

致谢 41

第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

随着石油、化工、煤炭、冶金等工业快速发展，人们生活条件得到了充分改善，与此同时伴随着各种工业生产的气体迅速增加，各种气体造成的事故不绝入耳，这对人民的生命财产安全和生存环境构成很大的威胁。城市燃气的普及同样伴随着爆炸的危险。因此，对气体检测显得非常的重要，确定气体的含量和种类已经成为相关行业的劳动安全和环境保护的重要内容。在密闭空间下（反应罐、油罐、地下管道、地下排水沟、地下储藏罐、船仓等）是需要对氧气浓度检测的重要场所。

煤矿是人类最早认识到需要对气体检测的场所，矿井中可能遇到很多的气体，包括一氧化碳。硫化氢。氮氧化合物等气体，还包括氧气不足，本次论文主要介绍氧气浓度的检测。氧气检测对于进入密闭空间和进入某些低于地面开放空间的十分重要，原因就在于高于空气密度的其它气体，从而置换出空间中的氧气。从而威胁到人员的安全。氧气浓度检测要考虑到两个浓度点：氧气浓度太低会导致窒息；如果超过常量的过量氧气可能会引起燃烧和其它化学反应的加速。

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