一種簡易的透射式能見度測量裝置設(shè)計方案

　　0 引言

　　能見度即目標物的能見距離，是指觀測目標物時，能從背景中分辨出目標物的最大距離。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。實驗驗證，本方案基本滿足日常生活所需。

　　1 測量裝置原理及構(gòu)成框圖

　　該裝置包含了能見度測量系統(tǒng)和CO2測量系統(tǒng)，如圖1所示。

　　光的衰減是由沿光束路徑上微粒的散射和吸收造成的，在能見度測量系統(tǒng)中，激光發(fā)射管發(fā)射激光，硅光電池檢測采樣空間內(nèi)水平空氣柱的光透過率，光信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，此時電壓的變化即反映了能見度的變化，本裝置通過單片機控制多個LED燈，直觀反映被測環(huán)境能見度的大小。在CO2測量系統(tǒng)中，CO2傳感器使用MG811,該傳感器采用固體電解質(zhì)電池原理，采樣傳感器敏感電極與參考電極間的電勢差(EMF)，該電勢差經(jīng)過放大和溫度補償輸入單片機，公式修正轉(zhuǎn)換成CO2濃度值并通過LCD液晶屏顯示，用蜂鳴器對高濃度CO2條件報警。

　　2 硬件和軟件設(shè)計

　　2.1 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，該裝置主要功能框圖如圖2所示。

　　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?？刂齐娐窞樾盘柗糯箅娐泛蛿?shù)據(jù)控制處理單元，用于對采樣到的數(shù)據(jù)進行分析和處理。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，直觀反映當前環(huán)境的能見度和CO2 濃度。系統(tǒng)主要功能電路圖如圖3所示。

　　2.1.1 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，送入單片機處理?？烧{(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。