基于STM32的O2分析仪的设计

论文总字数：18826字

摘 要

氧气分析仪的原理是利用对应传感器分别把氧气浓度、转换为相应大小的模拟电信号，再经信号调理电路把微弱的传感器电信号放大到伏特级，然后送入STM32F103处理器内部集成的ADC模块的输入端，经片内ADC模块把端口的电压模拟量转化成为STM32F103处理器可识别的数字量。STM32F103处理器把这些数字量进行数字处理后，将得到的各气体体积浓度送入OLCD进行显示。当达到预警值的时候，则启动声光报警。氧气分析仪硬件设施包括：电磁阀驱动电路，阻抗电路，485（串口电路），AD转换电路，JAPG连接电路，电源电路,滤波电路，通过这一系列的硬件电路，使得氧气的含量很好地传送到STM32的单片机中去。而氧气分析仪主要运用的软件子程序包括：AD（数模）转换，LED报警，485串口程序，LCD显示子程序。

我们本次实验主要是通过STM32单片机，结合了485电路，电源电路，阻抗电路，电阻匹配电路，JAPG电路，滤波电路，电磁阀驱动电路的硬件设施和串口子程序，LCD显示子程序，报警子程序，AD子程序的软件设施。当氧气含量通过单片机被显现出来时，放空阀门2，实验完结，结果可行。

关键词：氧气分析仪；STM32F103；ADC；单片机

Based on the STM32 Determination of Oxygen Analyzer

Abstract

The principle of oxygen analyzer is use the corresponding oxygen concentration sensors are converted to analog electrical signals corresponding size, and then the signal conditioning circuitry to amplify weak signals to volt level sensor, then the signal input to the ADC STM32F103 processor integrated modules, the ADC module is the voltage analog ports become digital conversion chip processor recognizable STM32F103. The STM32F103 processor these digital digitally processing，the volume concentration of each gas was fed OLCD display. When the alarm value is reached, the start sound and light alarm. The oxygen analyzer hardware facilities include solenoid drive circuit, the impedance circuit 485 (serial circuit), AD conversion circuit, JAPG connection circuit, the power supply circuit, a filter circuit. Through this series of hardware circuit, the oxygen content could well transmitted to the STM32 microcontroller. The main use of oxygen analyzer software routines includeAD (digital-analog) converters, LED alarm, 485 program, LCD display subroutine.

This experiment we through STM32 microcontroller combines 485 circuit, power circuit, the hardware facilities impedance circuit, the resistance matching circuit, JAPG circuit, filter circuit, the solenoid valve driving circuit and serial routines, LCD display routines, alarm child program, AD subroutine software facilities. When the oxygen content is visualized by the microcontroller, vent valve 2, the experiment is , the result is feasible.

Keywords: Oxygen Analyzers; STM32; ADC Module; Microcontroller

目录

摘 要

Abstract

第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2氧气分析仪的发展状况

1.3 本氧气分析仪的优点

1.4氧气分析仪的注意事项

第二章 氧气分析仪

2.1氧气分析仪的工作原理

2.2氧气分析仪设定的电路设计

2.3氧气分析仪的原理图

第三章 硬件介绍

3.1设计内容

3.2硬件部分

3.3 Altium Designer

3.4 Keil编程软件介绍

3.5 stm32f103芯片

3.6硬件原理图

3.6.1 芯片图

3.6.2电源电路

3.6.3 JTAG调试电路

3.6.4 滤波电路

3.6.5 485转换电路

3.6.6阻抗匹配电路

3.6.7 ADCamp;DACamp;PWM电路

3.6.8电磁开关阀驱动电路图设计

3.7本章小结

第四章 软件电路

4.1 实验流程图

4.2.3蜂鸣器

4.2.4按键输入

4.2.3 LCD显示装置

4.2.4 AD转换装置

4.3本章小结

第五章 结果显示

第六章 总结与展望

第七章 致谢

参考文献

第一章 绪论

1.1选题背景及意义

在现在的生产过程中尤其是在发生氧化反应和燃烧过程中，氧含量的测定和控制对产品的质量以及降低消耗等的指标都会产生直接影响。所以氧含量的测定至关重要。氧气含量的测量来看主要有以下方法：化学比色法和容量法；电化学法；氧化锆差电池法；黄磷发光法；库伦分析法；磁式氧分析法；气相色谱法；气-质联用法等，其中比色法是较为古老的测量方法,它主要是利用铜氨溶液对氧含量进行比色分析的。由于操作相对复杂，它的准确度难以保证，并且也不能实现在线分析，所以这种方法在逐渐淘汰，黄磷发光法是由于黄磷与氧气的氧化燃烧进行分析的，虽然其分析速度快，可以连续分析，但是由于黄磷是危险化学品生成的产物具有腐蚀性较强的特点，而且它的检测限低，现在已经很少采用了，电化学法是利用氧化还原电池的原理进行微量氧的分析的，在这它的传感器为化学电池让电池产生的电子由电路引出进行补偿修正，放大，浓差电池法是将氧化锆做为传感器，以氧化锆为主体构成测氧电池，包括氧化锆管及涂制在管底部的钼电池和电池的引线的方式来对氧含量有很好的测量。随着方法的多样化，人们对氧气的含量也需要一些仪器来对其进行测定。氧气分析仪就是目前应用最广泛的测定氧气含量的仪器，氧气分析仪根据制造原理的不同大致可以分为两类，一类是根据电化学制成的，如原电池，固体电解质法和极谱法。另一类是根据物理法来发明。如热磁式，顺磁式，磁力机械式等。化学法的选择性能良好，它的灵敏度和其他方法比较相对较高，但是其的响应速度和其他方法比较会较慢，维护的工作量较大，物理法的响应速度较快，它的稳定性能较好，而且不会消耗需要分析的气体，维修和使用方便。以上两种氧气的分析仪，氧化锆分析仪和顺磁式分析仪是目前工业上应用最为广泛的两种分析仪。氧化锆氧分析仪的工作原理是由于通过与氧化锆探头相匹配的，它的氧化锆探头将模拟氧量信号转变为数字信号并送到氧化锆氧分析仪处，氧化锆氧分析仪通过监测处理数字信号，显示实时氧量。氧化锆氧分析仪的最主要特点是：采用了相对新型可靠地开关电源，其冷端补偿采用了三线制Pt100，该仪器还采用低漂移运放，高分辩率的A/D转换和 LED四位数码管高亮度、双排显示 PID温度自整定控制，其还带有输出指示上、下限报警和R232通讯口。顺磁式氧分析仪是根据氧气的体积磁化率比一般气体高得多，在磁场中具有极高的顺磁特性的原理制成的一种测量气体中含氧量的分析仪器。顺磁式氧分析仪，它的另一种名称是磁效应式氧分析仪也可以叫做磁式氧分析仪，不过，我们通常通称为磁氧分析仪。它一般分为磁机械式、磁压力式。现在这款分析仪的具有全自动化的功能，其意义深远。

1.2氧气分析仪的发展状况

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