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能見度即目標(biāo)物的能見距離，是指觀測目標(biāo)物時，能從背景中分辨出目標(biāo)物的最大距離。近年來，由于種種原因，世界各地大氣能見度越來越低，溫室效應(yīng)也日趨明顯，霧霾、沙塵暴等成為人們熱議的話題，國防工業(yè)生產(chǎn)和百姓日常生活都受到極大影響。加強(qiáng)空氣中CO2和能見度測量迫在眉睫。目前國際上已經(jīng)研制出的能見度儀器有透射式和散射式兩大類，而我國能見度測量儀器的研究還未成熟。
本文提出一種簡易的透射式能見度測量裝置的設(shè)計方案，同時配備CO2 檢測功能。利用單片機(jī)控制，集測量、顯示于一體，儀器簡單實用，測量結(jié)果一目了然。體積小易攜帶，數(shù)據(jù)實時性好，靈活度大。
硬件設(shè)計
該裝置硬件電路可分為信號采集電路、控制電路和顯示電路三部分。其中信號采集電路包括激光發(fā)射端、光敏接收端和CO2 傳感電路，用于采集待測信號。控制電路為信號放大電路和數(shù)據(jù)控制處理單元，用于對采樣到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。顯示電路包括能見度分級顯示電路、CO2 濃度顯示和報警電路，實時輸出結(jié)果，直觀反映當(dāng)前環(huán)境的能見度和CO2 濃度。電路圖如圖3所示。
信號采集電路
激光發(fā)射端采用發(fā)射峰值波長為650.0 nm 紅光的激光發(fā)射管，微調(diào)儀用于對準(zhǔn)接收端，位于采樣筒一端。接收端采用硅光電色敏二極管，帶峰值波長為650.0 nm 的增透膜，防止雜光干擾，位于采樣筒另一端。發(fā)射端發(fā)射來的激光通過采樣空間由硅光電色敏二極管接收轉(zhuǎn)換成電信號，通過NE5532可調(diào)放大電路放大至0~3.5 V 范圍，送入單片機(jī)處理。可調(diào)放大電路使信號電壓放大約200倍。
CO2 傳感電路和引腳圖如圖4 所示，包括MG811CO2氣體傳感探頭，LM393電壓比較器等。MG811測試CO2 的濃度范圍在0~10 000 ppm，可探測各種環(huán)境下CO2的濃度值。
控制電路
該套裝置由具有自帶A/D 轉(zhuǎn)換功能的芯片STC12C5A60S2控制，它是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，可以為外圍的電路提供足夠的IO 端口。本設(shè)計配置11.059 2 MHz 的晶振為主系統(tǒng)的工作時鐘實現(xiàn)對能見度和CO2 數(shù)據(jù)的采集分析及對顯示部分的控制。
顯示電路包括了能見度顯示、CO2 濃度顯示及報警電路。其中能見度采集裝置采樣來的信號經(jīng)控制電路控制LED 燈顯示結(jié)果。為了更直觀表示能見度大小，該裝置將能見度由小到大設(shè)置為6 級顯示結(jié)構(gòu)，紅黃綠LED 燈各兩個，紅燈表示能見度很低，黃燈表示能見度低，綠燈表示能見度良好。CO2 濃度顯示電路用LCD1602 液晶顯示屏實現(xiàn)。LCD1602字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，單片機(jī)控制該模塊顯示CO2 濃度。當(dāng)能見度低于預(yù)先設(shè)定的某一值時，蜂鳴器報警。
電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點評分析：
本文提出了一種易于操作且參數(shù)可變的透射式能見度測量裝置的設(shè)計方案，實現(xiàn)了對大氣能見度的分級檢測。在外界其他條件不變的情況下，能見度越低，感應(yīng)出的直流電壓越小。與此同時裝置加入了CO2 探測器，在測量大氣中能見度的同時能夠檢測環(huán)境中CO2 的含量。該裝置物理原理清晰，結(jié)構(gòu)簡單，易于操作且參數(shù)可調(diào)，同時具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，加入其他不同的有害氣體傳感器，可以對大氣中的各種有害物質(zhì)進(jìn)行實時檢測。
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