一種簡(jiǎn)易的透射式能見(jiàn)度測(cè)量裝置設(shè)計(jì)方案

　　0 引言

　　能見(jiàn)度即目標(biāo)物的能見(jiàn)距離，是指觀測(cè)目標(biāo)物時(shí)，能從背景中分辨出目標(biāo)物的最大距離。近年來(lái)，由于種種原因，世界各地大氣能見(jiàn)度越來(lái)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(guó)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(jiàn)度測(cè)量迫在眉睫。

　　目前國(guó)際上已經(jīng)研制出的能見(jiàn)度儀器有透射式和散射式兩大類，而我國(guó)能見(jiàn)度測(cè)量?jī)x器的研究還未成熟。

　　本文提出一種簡(jiǎn)易的透射式能見(jiàn)度測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)配備CO2檢測(cè)功能。利用單片機(jī)控制，集測(cè)量、顯示于一體，儀器簡(jiǎn)單實(shí)用，測(cè)量結(jié)果一目了然。體積小易攜帶，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性好，靈活度大。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本方案基本滿足日常生活所需。

　　1 測(cè)量裝置原理及構(gòu)成框圖

　　該裝置包含了能見(jiàn)度測(cè)量系統(tǒng)和CO2測(cè)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(jiàn)度測(cè)量系統(tǒng)中，激光發(fā)射管發(fā)射激光，硅光電池檢測(cè)采樣空間內(nèi)水平空氣柱的光透過(guò)率，光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，此時(shí)電壓的變化即反映了能見(jiàn)度的變化，本裝置通過(guò)單片機(jī)控制多個(gè)LED燈，直觀反映被測(cè)環(huán)境能見(jiàn)度的大小。在CO2測(cè)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(shì)差(EMF)，該電勢(shì)差經(jīng)過(guò)放大和溫度補(bǔ)償輸入單片機(jī)，公式修正轉(zhuǎn)換成CO2濃度值并通過(guò)LCD液晶屏顯示，用蜂鳴器對(duì)高濃度CO2條件報(bào)警。

　　2 硬件和軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 硬件設(shè)計(jì)

　　該裝置硬件電路可分為信號(hào)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(hào)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(cè)信號(hào)?？刂齐娐窞樾盘?hào)放大電路和數(shù)據(jù)控制處理單元，用于對(duì)采樣到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。顯示電路包括能見(jiàn)度分級(jí)顯示電路、CO2 濃度顯示和報(bào)警電路，實(shí)時(shí)輸出結(jié)果，直觀反映當(dāng)前環(huán)境的能見(jiàn)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(hào)采集電路

　　激光發(fā)射端采用發(fā)射峰值波長(zhǎng)為650.0 nm 紅光的激光發(fā)射管，微調(diào)儀用于對(duì)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(zhǎng)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(lái)的激光通過(guò)采樣空間由硅光電色敏二極管接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)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?？烧{(diào)放大電路使信號(hào)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(cè)試CO2 的濃度范圍在0~10 000 ppm,可探測(cè)各種環(huán)境下CO2的濃度值。