原標(biāo)題：基于CAN總線和MSP430的CO紅外檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于CAN總線和MSP430的CO紅外檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要涉及到系統(tǒng)的整體架構(gòu)、硬件組成、軟件設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)處理等方面。以下是對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的詳細(xì)闡述：

一、系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)旨在通過(guò)紅外檢測(cè)技術(shù)精確測(cè)量一氧化碳（CO）的濃度，并利用CAN總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)以MSP430超低功耗單片機(jī)為核心，結(jié)合紅外CO氣體傳感器、數(shù)字濾波和溫度補(bǔ)償?shù)人惴ǎ瑢?shí)現(xiàn)高精度、高可靠性的CO濃度檢測(cè)。

二、系統(tǒng)組成

1. 紅外CO氣體傳感器

• 選擇：采用SM-CO H/M紅外線CO氣體探測(cè)器，該傳感器采用雙光束非分光紅外線（NDIR）檢測(cè)技術(shù)，具有抗其他氣體干擾、穩(wěn)定性好、自帶溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。

• 工作原理：每種物質(zhì)都有特定的吸收光譜，CO氣體在光波波長(zhǎng)4.5μm處有一個(gè)極強(qiáng)的吸收峰。當(dāng)紅外光通過(guò)待測(cè)氣體時(shí)，氣體分子對(duì)特定波長(zhǎng)紅外光有吸收作用，吸收規(guī)律遵循朗泊-比爾定律。通過(guò)檢測(cè)紅外輻射經(jīng)氣體吸收后的輻射強(qiáng)度，可計(jì)算出被測(cè)氣體的濃度。

2. MSP430單片機(jī)

• 選擇：選用德州儀器（TI）公司生產(chǎn)的MSP430F449型單片機(jī)，該單片機(jī)具有豐富的內(nèi)部硬件資源，包括內(nèi)置的溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和硬件乘法器等。

• 功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)負(fù)責(zé)處理傳感器輸出的模擬信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字濾波和溫度補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)算，以提高測(cè)量精度。同時(shí)，單片機(jī)還控制LCD顯示、聲光報(bào)警以及CAN總線通信等功能。

3. CAN總線接口

• 組成：由獨(dú)立的CAN總線控制器SJA1000和CAN數(shù)據(jù)收發(fā)器TJA1050組成。

• 功能：SJA1000是獨(dú)立CAN控制器，主要用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制。TJA1050是控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，提供差動(dòng)發(fā)送和接收功能。通過(guò)CAN總線接口，系統(tǒng)可以將CO濃度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至監(jiān)控中心。

4. 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

• 軟件平臺(tái)：上位機(jī)采用Delphi編寫的Windows下的可視化操作界面，通過(guò)串口通信與下位機(jī)（即基于MSP430的檢測(cè)系統(tǒng)）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控。

• 功能：遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示CO濃度數(shù)據(jù)、報(bào)警信息等，并可以執(zhí)行遠(yuǎn)程操作和控制。

三、軟件設(shè)計(jì)

1. 系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)上電復(fù)位后首先進(jìn)行初始化操作，包括系統(tǒng)硬件初始化和從MSP430 Flash中讀取CAN相關(guān)參數(shù)并進(jìn)行設(shè)置。

2. 按鍵掃描與操作

系統(tǒng)通過(guò)按鍵掃描接收用戶輸入，如設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間、聲光報(bào)警值以及對(duì)應(yīng)的CAN總線通信地址等參數(shù)。按鍵處理采用捕獲中斷或行列式鍵盤方式以節(jié)省端口資源。

3. 數(shù)據(jù)采集與處理

系統(tǒng)通過(guò)紅外CO氣體傳感器采集CO濃度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)字濾波和溫度補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)算以校準(zhǔn)濃度數(shù)據(jù)。數(shù)字濾波法采用去極值平均濾波法以提高測(cè)量精度。

4. 報(bào)警與記錄

當(dāng)CO濃度超出設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)聲光報(bào)警裝置提醒井下工作人員，并記錄報(bào)警時(shí)刻和報(bào)警值到存儲(chǔ)器中以便后續(xù)分析。

5. CAN通信

系統(tǒng)通過(guò)CAN總線接口與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)上位機(jī)發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文時(shí)，系統(tǒng)以CAN報(bào)文形式發(fā)送CO濃度數(shù)據(jù)至監(jiān)控中心。

四、總結(jié)

基于CAN總線和MSP430的CO紅外檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)紅外檢測(cè)技術(shù)精確測(cè)量CO濃度，并利用CAN總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和監(jiān)控。該系統(tǒng)具有高精度、高可靠性、遠(yuǎn)程通信能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦井下等工業(yè)場(chǎng)所具有廣泛的應(yīng)用前景。