摘要：针对现在煤矿常用气体检测仪以检测单气体为主，检测精度不高、稳定性不强等问题，研讨并规划了一种依据ARM9的便携式多参数气体检测仪。本检测仪以S3C2440A微处理器为中心操控器，能够完结CH4、CO、H2S、O2四种气体浓度的实时检测，一起，检测仪移植了Linux嵌入式操作体系，进步了体系的可靠性和稳定性。实践运用标明，该检测仪携带便利，丈量精确，将井下气体信息浓缩于一掌之中，使井下出产人员能及时有用的取得矿井安全情况，具有较高的推广运用价值。
关健词：ARM;传感器
;便携式;气体检测仪
0 导言
在煤矿的挖掘过程中，会释放出很多的有毒有害气体和可燃性气体，比如CH4、CO、H2S，当这些气体积累到必定浓度时，就会使人呼吸困难、窒息逝世，乃至引发瓦斯爆破事端，严重威胁着井下作业人员的生命和产业安全，因而，实时精确地检测出井下环境中的各气体浓度，做到事前预警，就显得尤为重要。
现在，我国煤矿井下所用气体检测仪以单参数检测仪为主，运用不便利，尽管现已研制出一些多参数气体检测仪，但这些检测仪遍及存在着稳定性不行、丈量精度低一级问题。依据此，本文研讨并规划了一种依据ARM9的高功用矿用便携式多参数气体检测仪。本检测仪能够实时精确地检测出CH4、CO、H2S、O2四种气体浓度，当气体浓度超越预设报警值时，进行声光报警，有用地消除了矿井的安全隐患，削减了事端的产生。
1 体系整体结构规划
检测仪以依据ARM9内核的S3C2440A嵌入式微处理器为中心，由气体传感器模块、信号调度模块、LCD显现模块、声光报警模块、数据存储模块、通讯接口模块、电源模块等组成，其详细结构如图1所示。
气体传感器将检测到的气体数据转化成弱小的模拟信号，经过信号调度电路进行滤波、扩大以及A/D转化处理后送入S3C2440A，经过S3C2440A的运算处理，终究得出相应的浓度值，送LCD显现屏实时显现出来。一起，将检测到的浓度值与预设的报警值进行比较，若超越报警值，则进行声光报警。为便于浓度数据的长时间保存和查询，S3C2440A规划有片外存储器，来扩大数据存储容量。
仪器还具有与上位机PC通讯的功用，经过RS232串口通讯接口可将丈量浓度值传输给PC机，完结前史数据的备份。电源方面，选用可充电锂电池，经过高转化功率的LDO对各模块供电。
2 体系硬件规划
2.1 气体传感器检测原理及选型
气体传感器是决议检测仪作用的要害元件，首要完结从物理量到电信号的转化，是信号收集的第一步。气体传感器按原理分为热导池式、催化焚烧式、电化学式、光干与式、红外式等几大类。依据实践需求，挑选适宜的传感器进行检测。
电化学式传感器有膜电极和电解液浇封而成，一般待测气体分散进入传感器内，将电解液分解成正负带电离子，构成电流信号，膜电极将信号输出，经过检测电流信号就能得到气体的浓度，电化学式传感器首要用于氧气和有毒气体的检测。红外式传感器检测原理依据比尔-朗伯吸收规律，即不同气体对特定波长的光有吸收，吸收强度与气体的浓度成正比，经过检测吸收强度就可换算出相应气体的浓度。
本检测仪经过比较各传感器的功用以及运用规模归纳考虑决议，选用英国SUSA公司所出产的电化学式传感器4H2S-AS来检测H2S;选用英国阿尔法公司出产的电化学式传感器CO-AF和O2-A2别离检测CO和O2;选用英国City公司出产的红外式传感器IRcel CH4来检测CH4。
2.2 处理器选型
本检测仪挑选三星公司出产的S3C2440A嵌入式处理器作为主控芯片。S3C2440A是一款专为便携式设备而规划的低功耗、高功用32位RISC微处理器，它选用ARM920T的内核，集成了丰厚的片上资源，使开发者能够尽可能地削减外围部件的规划，便利了运用体系的开发，缩短了开发周期。
S3C2440A中首要集成了下列模块：16KB指令Cache、16KB数据Cache、MMU、外部存储器操控器、LCD操控器、168脚通用GPIO、实时时钟、8通道多路复用ADC和FET给线性接触屏接口、规范20pin JTAG调试接口等。
2.3 LCD显现模块规划
为便于更好的人机交互，本规划选用接触屏规划。
S3C2440A自带有LCD操控器，所以免去了LCD操控器的规划。S3C2440A内部集成了一个接触屏接口，能够直接与四线电阻式接触屏衔接;
S3C2440A具有8个转化通道(AIN[0-7])，其间AIN[7]用于接触屏X坐标输入，AIN[5]用于接触屏Y坐标输入。
本规划选用三星公司出产的四线电阻式LCD接触屏，尺度为3.5寸，分辨率为320×240。
2.4 数据存储模块规划
因为检测仪程序量很大、检测后所得的浓度数据很多，且需求长时间保存以便调阅和查询，本规划决议选用3种存储器，以进步体系的功用。
NAND Flash作为文件存储器，用于存储气体浓度数据;NOR Flash作为程序存储器，用于寄存引导程序、用户程序以及Linux嵌入式操作体系;SDROM作为数据交换存储器，体系运转所运用的程序代码、仓库和数据一般都调入此存储器运转，以进步体系的运转速度。
本体系选用三星公司的K9F1208芯片作为NAND Flash存储器，单片存储容量为64 MB;选用K802815芯片作为NOR Flash，单片存储容量16MB。
2.5 声光报警模块规划
声光报警电路由三极管、发光二极管、蜂鸣器组成。当检测仪检测到某种气体浓度超限时，相对应的气体浓度值在LCD显现屏上继续闪耀，提示是哪种气体浓度超限，一起体系驱动蜂鸣器宣布动静以及赤色发光二极管闪耀，进行声光报警，警示检测人员采纳必要的举动。
2.6 通讯接口模块规划
检测仪具有与上位机PC通讯的功用，经过串口可将丈量数据传输给PC机，一起也可经过PC对检测仪的各项参数进行设置。
因为S3C2440A的输入、输出电平是TTL电平，而PC机装备的是RS232规范串行接口，因而要完结S3C2440A与PC机之间的数据通讯，有必要对TTL电平进行电平转化。在本体系中运用了SP3232E芯片来完结TTL电子到RS232电平的转化。
2.7 电源模块规划
本体系需求的作业电压有1.3V、3.3V、5V三种，其间S3C2440A内核所需的作业电压为1.3V;气体传感器、LCD显现屏等需求5V电压供电;S3C2440A的I/O口、一些首要的外围器材如SDROM、NORFlash、NAND Flash等需求3.3V电压供电。
检测仪选用可充电锂电池供电，经过5V稳压器LM340A-5取得5V电压，从5V电源经过SPX5205系列LDO稳压芯片取得3.3V和1.3V电压。
3 体系软件规划
依据体系的需求，体系软件规划首要包含嵌入式操作体系Linux的移植和依据Linux操作体系的运用程序规划。
3.1 Linux嵌入式操作体系的移植
传统的体系程序规划中一般选用前后台的作业方式，这种作业方式实时性不强，处理多使命的才能较差，而嵌入式操作体系能及时呼应外部异步事情的恳求，在规则的时间内完结对该事情的处理，并操控一切实时使命和谐一致地运转。因而，为进步体系CPU的利用率以及体系的实时性，本规划挑选移植入Linux嵌入式操作体系。
Linux是一个源代码敞开、功用强大、功率高的实时多使命操作体系，它软件移植便利，能够依据详细的体系进行削减和优化。Linux操作体系的移植首要包含以下三个部分：引导程序(BootLoader)移植、群伺渲糜氡嘁搿⑽募体系的加载。
3.2 体系运用程序规划
体系运用程序运用C言语进行编写，选用模块化规划的思维，在主程序下分红若干互相独立的功用子程序，开发工具为VS2005。
体系主程序首要包含体系初始化子程序、按键输入子程序、气体数据收集子程序、LCD显现子程序、声光报警子程序、数据存储子程序、串口通讯子程序、串口中止处理子程序等。
体系主程序如图2所示。
4 试验成果
检测仪是井下一线出产人员取得井下安全情况的重要手法。检测仪开机后，主动初始化体系各模块，经过LCD接触屏显现体系主界面，人为接触操控各项功用，进行气体检测、数据存储、数据查询、报警处理、数据传输等操作。检测仪上电后运转主界面如图3所示。
气体检测首要用于CH4、CO、H2S、O2四种气体浓度的实时检测，可一次性检测四种气体浓度，也可挑选其间的一种气体进行检测;数据存储用以将检测所得数据寄存于存储器中，以供前史查询;数据传输是检测仪与上位机PC通讯的功用，检测仪可将丈量数据传输给PC机，一起也可经过PC对检测仪的参数进行设置;当气体浓度超限时，检测仪会进行声光报警，这时点击报警处理，可免除报警。
5 结束语
本文以依据ARM9内核的S3C2440A微处理器为中心，结合Linux嵌入式操作体系，规划了一种新式的矿用便携式多参数气体检测仪，本检测仪体积小、携带便利、灵敏度高，能实时精确地检测出矿井中有毒有害气体的浓度，为井下作业人员供给安全保证，具有很高的实用性。
