甲烷检测 - 用于合并
基于MSP430的甲烷检测系统设计
摘要：睡眠呼吸暂停综合症(Sleep Apnea Syndrome，SAS)是一种发病率高，具有潜在危险性的疾病。传统的呼吸暂停监护系统虽能有效减少呼吸暂停病患者的死亡率，但不能对众多该类患者进行实时监护，尤其是症状较轻的早期患者。其发病随机，持续时间短暂，给病情的及早诊断和治疗造成很大的困难。本文主要介绍了利用热敏电阻MF52作为温度传感器来检测人体呼吸时呼出的气流温度的变化，将从温度传感器输出的毫伏级的信号经过AD620放大后，得到 2.3V左右的能够被微处理器处理的信号，从而获得呼吸信号参数，并通过微处理器MSP430F149进行分析处理后，判断是否暂停，如果有暂停发生，则通过蜂鸣器发出报警信号以提示旁人进行一定的处理。同时记录下发生呼吸暂停的时间，并且在LCD上显示，实现了实时监控的目的。
关键词：睡眠呼吸暂停综合症；监护仪；热敏电阻；MSP430F149
The Design of Sleep Apnea Alarm Monitor
Abstract: Sleep apnea syndrome is a high incidence and potentially dangerous disease. The traditional apnea monitoring system can effectively reduce the mortality rate of sleep apnea patients, but can not monitor numerous patients by the real-time, especially the patients with early lighter symptoms. It is difficult to early diagnosticate and treat, because of random and short duration. This paper introduces a method of using thermister MF52 as temperature sensors to detect the temperature changes of exhaled airflow by human breath, the mV level signal which output from the temperature sensor, through the amplifier AD620, we can obtain a signal about 2.3 V, which could be processed by microprocessor, that is the signal processing parameters. After breathing signal processed by MSP430F149 microprocessor analysis, it can judge if it is suspended, if it is, a warning signal by a buzzer can be given to others to make some processing, while recording the occurred time, and displaying in LCD, which can realize the purpose of real-time monitoring.
Key words: Sleep Apnea Syndrome, Monitor, Thermister , MSP430F149
目录
第1章绪论 3
1.1 概论 3
1.2 选题背景及意义 3
1.3 甲烷气体检测技术及其发展现状 4
1.3.1甲烷气体的检测方法4
第2章系统的总体设计 6
2.1系统总体方案6
2.2系统组成6
2.2.1 系统硬件部分7
2.2.2 系统软件部分8
2.3 本章小结9
第3章系统硬件设计10
3.1 硬件电路总体设计10
3.2 电源单元10
3.3 信号采集与预处理单元11
3.4 信号处理单元16
3.5 报警单元19
3.6 液晶显示单元20
3.7 JTAG接口单元21
第4章系统软件设计 23
4.1 系统软件开发环境23
4.2 系统软件模块24
4.2.1 采样呼吸信号模块25
4.2.2 实时时钟处理模块27
4.2.3 数据处理模块32
4.2.4 液晶显示模块33
4.2.5 报警处理模块37
4.3 本章小结37
第5章系统测试 39
5.1 系统硬件测试39
5.2 系统软件测试39
结论41
致谢42
参考文献43
附录1 睡眠呼吸暂停报警监护仪电路原理图44 附录2 睡眠呼吸暂停报警监护仪实物照片45 附录3 主要程序清单46
第1章绪论
1.1 概论
我们国家是一个煤炭、天然气生产和消费的大国。随着工业化的迅速发展，人们的工作以及生活的周边环境的污染不断的增加。我们的周围存在着各种各样有毒有害和易燃易爆的气体。譬如家用液化石油气、城市煤气、天然气还有交通工具排放的甲烷以及其他气体在不断地污染环境，破坏了人们的生存环境。一方面人们对像甲烷这种有害气体的承受能力是有限度的，另一方面像甲烷这种易燃易爆的气体如果超过了一定的浓度就可能引发火灾甚至爆炸，造成人们的生命和财产的损失。由于人的感官不能对甲烷等气体进行辨别，尤其是对甲烷浓度定量的判断的能力，所以需要研制测量甲烷气体浓度的检测系统。
1.2 选题背景及意义
我国是能源生产和消费大国，煤炭和煤气层以及天然气的资源非常的丰富。能源产业已经成为经济的重要支撑的产业。随着人们环保意识的提高，世界需求干净快捷能源的呼声高涨。天然气被视为最干净的能源之一，再加上各个主要消耗石油的国家研发替代能源，但还没真正发现可代替的能源之前，天然气的需求量会很大的，还有可能继续增加。天然气的应用领域非常广，可以作为一般的民用燃料，即居民生活用燃料，可作为压缩天然气汽车，用天然气代替汽车用油，有价格低廉，污染小等特点。与此同时还可以用来发电和天然气化工工业等方面的应用。虽然天然气具有这么多优点，但是它同时也具有危险性。天然气一般情况下都是通过管道传输的，但是由于腐蚀，损伤等也可造成天然气泄漏。
甲烷作为多种液体燃料如瓦斯、天然气、沼气等的主要成分，是在自然界分布很广的一种易燃易爆气体。甲烷是一种无色、无味、无臭的气体，与空气混合在一起后，既看不到，摸不着，闻不出来。甲烷易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。与五氧化溴、氯气、次氯酸、三氟化氮、液氧、二氟化氧及其它强氧化剂接触反应剧烈甲烷在空气中的爆炸下限是5．3％（V/V），上限15．0％。甲烷在空气中浓度增大时，能使空气中的氧气含量相对降低，而使人窒息，空气中的甲烷浓度的含量达到40%以上时，就能使人立刻死亡。因此，对环境中的甲烷气体成分进行准确测量，可以避免和预防灾害性事故的发生，从而保证公共安全。
其中，瓦斯是在形成煤的过程中形成并且大量贮存在煤层中的气体，是煤矿下危害性最大的气体。在我国煤矿安全事故中，瓦斯爆炸造成的伤亡所占比例也特别大。瓦斯爆炸有一定的浓度范围，我们把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限为5%~16%。当瓦斯浓度低于5%时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，当瓦斯浓度为9.5%时，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反应);瓦斯浓度在16%以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。瓦斯爆炸界限并不是固定不变的，它还受温度、压力以及煤尘、其它可燃。
可见监测甲烷气体含量、防止其爆炸意义重大，为了预防与控制事故的发生，最大限度地减少人员伤亡事故，实时快速地检测出气体中甲烷的浓度是非常重要的。可见，气体甲烷浓度的检测系统的研制与开发有着重大的现实意义和广阔的市场前景。
同时，甲烷也是温室效应的主要气体之一，，温室效应有26%是由于甲烷引起的。CH4对温室效应的作用是CO2的22倍。空气中的甲烷浓度每年以1%的速度增长。综上，及时、准确地检测甲烷气体的产生源、泄漏源及浓度，对于人身安全及环境保护有着十分重要的作用。世界各国都成立专门的组织，研究开发甲烷等有害气体的检测方法和气体传感器，有害气体的检测已经逐渐成为传感器技术发展领域的一个重要课题。
1.3 甲烷气体检测技术及其发展现状
1.3.1甲烷气体的检测方法
1.热催化式
在煤矿的安全检测中，载体催化方法是检测甲烷气体的最有效并且是最经济的方法。在国内外测量低浓度的甲烷的使用比较成功和普遍的一种方法。
载体催化式是利用甲烷气体在催化元件上的氧化生热引起其电阻的变化来测定甲烷浓度，因为不同浓度的甲烷在燃烧的时候产生的热量不同，用温度的变化来测量甲烷的浓度的一种检测方法，也可称为催化氧化和接触燃烧式。其优点是甲烷气体传感器的生产成本低，输出信号大，线性度好，提供了比较大的接触反应表面。对于1%的气样，电桥输出可达到15mV 以上，信号处理和显示都比较方便。因此仪器的结构十分的简单，受背景气体和温度变化的影响小，很容易实现自动检测。其缺点是探测元件的寿命较短，不能测高浓度甲烷，抗毒性差，硫化氢及硅蒸气会引起元件中毒而失效。目前国内外检测甲烷的仪器广泛采用这一原理。
2、光干涉式
光干涉式原理的传感器是利用光波对空气和甲烷气体的折射率的不同所产生的光程差，引起干涉条纹的移动来实现对不同甲烷浓度的测定。具体情形是这样的，一束入射光经过分解后变为了两束光，一路通过被测气体的气室，而另外一束则通过参考气室，满足了相干的条件后，两束气体就会相遇产生干涉条纹。在使用前，需要对两边的气体调零，两个气室均应该充满新鲜的空气，这时干涉条纹的位置作为零点：测量的时候，气室吸入被测的气体，光路中引入附加的光程之差，条纹发生了移动，移动量与甲烷的浓度成正比，因此可以确定甲烷浓度。光干涉式的优点是准确性高，坚固耐用，校正比较容易，高低浓度均可测量，还可测量二氧化碳浓度；其缺点是浓度指示不直观，受气压、温度、湿度的影响严重，特别是空气中氧气不足或者是氮、氧的比例不正常时，测量将会产生误差；并且光学零件加工很复杂，成本较高，实现自动检测比较困难。
3.热导式
热导式传感器的原理是利用甲烷与空气的热导率之差来实现甲烷气体浓度的测量。它是将气体送入气室，在气室中有热敏元件，当对热敏元件加热时，气体的导热系数较高时，热量从热敏元件上散开，使阻值减小，通过电阻的变化可以测到气体浓度值。其优点是热敏元
件的的工作温度比较低，工作电压也不高，与此同时热导元件和仪器设计的制作比较简单，成本低、量程大，可进行连续的检测，有利于实现自动测量，被测气体不会发生物理和化学变化，读数稳定，元件的寿命长。但是其缺点是测量低浓度甲烷时候的输出信号小，受气温以及及背景气体的影响较大。
4.红外线式
红外线式甲烷传感器是利用甲烷分子能够吸收特定的波长的红外线来测定甲烷的浓度，吸收强度与甲烷气体的浓度有关来检测甲烷浓度。红外线式传感器一般都是用红外辐射源，测量的气体室，滤光片，红外探测器等组成。当气体吸收谱线在入射的光谱范围内时，那么红外辐射可以透过被测气体后在相应谱线处就能发生能量的衰减，由此得知能量的衰减。没有被吸收的辐射将被探头测出，通过测量该谱线处的能量的衰减量以此来得知被测甲烷气体浓度。其优点是采用这一原理的仪器精度高，测量范围广，选择性好，防爆性能好，不受其它气体影响，可连续检测，尤其是当甲烷浓度过高时，不会像催化元件那样容易发生中毒现象。但是其缺点是由于有光电转换精密结构，使制造和保养产生困难，而且体积大，成本高，耗电多，因此推广使用受到一定限制，最大的缺点是价格太贵了。
5.气敏半导体式
气敏半导体的种类较多，如氧化锡、氧化锌等烧结型金属氧化物。这一原理是利用气敏半导体被加热到200℃时，其表面能够吸附甲烷而改变其电阻值来检测甲烷浓度。其优点是对微量甲烷比较敏感，结构简单、成本低。但当浓度大于1%CH4时，其反应迟钝，选择性和线性均较差，所以很少用于煤矿井下甲烷浓度的检测，而多用于可燃气体的检漏报警。
6.声速差式
在温度为22℃、气压为101325Pa的条件下，声波在甲烷中的传播速度为432m/s，而在清洁空气中为3m/s。比较这两种速度就可测定高浓度甲烷。其优点是读数不受气压影响;其缺点是不适合测量低浓度甲烷，一般只用来检测矿井抽放甲烷管道中的甲烷浓度，对背景气体、粉尘及气温变化很敏感。
7.离子化式
气体在放射性元素的辐射作用下发生电离，在气体介质中的两个电极度之间便有电流产生。测量空气介质和被测甲烷中的电流大小，便可测出甲烷浓度。其优点是快速，可以连续自动检测，灵敏度高，测量准确，可测二氧化碳浓度。其缺点是测量低浓度甲烷困难，空气湿度对仪器读数有影响，传感器结构复杂
1.3.2甲烷气体检测技术的发展及应用现状
我们国家甲烷检测技术的最早使用的是在煤矿，主要使用的是光干涉式的瓦斯即甲烷检测仪进行检测。目前，我国使用的便携式甲烷检测仪有组合式的，智能式，个人便携式等几种类型。随着煤矿事故的增多，大家对瓦斯检测仪器的需求也增大了，甲烷传感器也随着进一步发展。科技的进步为气体检测技术的发展提供了有利的条件，市场的需求，人们安全意识的提高使得气体检测技术的发展处于高速增长的状态。从技术方面看，根据传感器的原理不同，常见的甲烷气体传感器有自己使用的范围以及领域。未来很长的一段时间，半导体和催化原理
第2章系统的总体设计
2.1系统总体方案
对于睡眠呼吸暂停监护仪来说，应该根据调研和收集的资料确定系统设计的任务和目标，分析需要解决的问题，实现的基本功能。为了解决夜间睡眠过程中存在的呼吸暂停的问题，提出了睡眠呼吸暂停报警监护仪具有的功能：
> 在输入方面，通过传感器采集呼吸信号；
> 对采集到的信号进行处理，得出呼吸是否异常；
> 监视过程中，系统的实时情况可以显示；
> 具备报警的能力；
> 系统应该操作简单，易于使用；
> 系统成本应该控制在合理的价格之内。
根据对监护仪硬件系统和软件系统等的需求分析，得到睡眠呼吸暂停报警监护仪系统的设计原则如下：
> 采用低功耗硬件电路设计及微控制器芯片，为睡眠呼吸监控提供平台支持,并能根据以后应用的需要，对于该平台进行模块扩展。
> 对于所设计的系统来说，需要响应呼吸时定时器的定时中断、液晶显示中断和报警中断，系统对中断的异步响应能力是验证系统稳定性的一个重要方面，因此增加中断源能更好验证系统的可靠性与稳定性。
> 睡眠呼吸暂停报警监护仪要有良好的人机交互窗口，使用可以显示图形和字体的液晶屏，可以提高系统的交互性。
> 呼吸监控在医学治疗应用环境中，对可靠性要求较高，所以硬件电路设计重点是考虑外围工作电路的可靠性设计。
> 采用高性能低价格的系统方案。
2.2系统组成
睡眠呼吸暂停监护仪的设计主要由两个部分组成，系统的硬件部分以及软件部分。硬件部分则主要由单片机应用系统实现，单片机应用系统是以单片机为核心，配以输入、输出、显示、测量和控制等外围电路和软件能实现一种或多种功能的实用系统。硬件是单片机应用系统的基础，软件则是在硬件的基础上对其资源进行合理调配和使用，从而完成应用系统所要求的任务。硬件和软件二者相互依赖，缺一不可。
2.2.1 系统硬件部分
基于以上的需求分析，可以得到睡眠呼吸暂停报警监测系统硬件主要由以下几个部分组成：信号采集部分、信号预处理部分、单片机处理部分(MCU)、报警部分、电源部分、显示部分。
* 信号采集部分：主要是负责采集呼吸信号，可以通过各种传感器，如温度传感器、压力传感器和阻抗法等。
* 信号预处理部分：主要负责的是将采集到的呼吸信号经过一定的放大、滤波处理，使之能够被送入到单片机中进行处理，继而进行其他的操作。
* 单片机处理部分(MCU)：它是整个系统的"大脑"，对整个系统进行智能控制和管理，并对检测信号进行处理，经过计算给出系统的呼吸速度，并且与设置的参数进行比较，确定是否需要进行报警操作。本文采用的单片机是MSP430F149。
* 报警部分：信号采集部分采集到的信号经单片机处理后，得出报警控制信号，再由报警部分响应，以引起操作人员的注意。主要有光电报警(发光二极管)和声音报警(扬声器或蜂鸣器)等。
* 电源部分：主要负责为睡眠呼吸暂停监测系统硬件设施提供标准电源的模块，以使各个模
块能够正常的工作。
* 显示部分：主要负责显示实时时间以及呼吸速度等信息。一般采用LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示)液晶屏显示。
基于以上的分析，可以得到系统的硬件框图如图2-1所示：
图2-1 系统硬件框图
2.2.2 系统软件部分
本次设计中,主要完成的是系统软件部分的工作,同时也参与了硬件方面的设计和选型等。系统的软件部分主要完成的工作则是采样经过放大、滤波后的呼吸信号，经过一定的分析处理，判断呼吸暂停是否超过10S，如果超过10S，则启动报警。同时系统的软件部分还要控制液晶的显示。基于以上的分析，可以得到系统的软件部分框图如图2-2所示：
图2-2 系统的软件框图
2.3 本章小结
通过对睡眠呼吸暂停报警监护仪的总体分析，提出了系统的总体设计方案。系统共分为两大部分，分别为硬件系统部分和软件系统部分。硬件系统包括以下几个部分：信号采集部分、信号预处理部分、单片机处理部分、报警电路、电源电路和液晶显示部分。对每一部分进行了功能说明。软件系统包括以下几个部分：采样呼吸信号、实时时钟处理、数据处理、液晶显示和报警处理模块。
第3章系统硬件设计
根据实际需求，设计出特定的应用系统，是每一个系统设计工程师应该达到的目标。应用系统的设计包含硬件系统的设计和软件系统的设计两个部分，并且这两部分的设计是互相关联、密不可分的，因此睡眠呼吸暂停监护仪硬件设计原则应遵循安全可靠、有足够的抗干扰能力、经济合理、易用性。
考虑到系统实现的功能、软硬件组成，系统的主要元器件有：单片机(MCU)、传感器、放大器、时钟芯片、蜂鸣器和液晶屏。
3.1 硬件电路总体设计
睡眠呼吸暂停监视仪的硬件主要包括单片机、电源单元、信号处理单元、报警单元、液晶显示单元和实时时钟单元等，系统结构如图3-1所示：
P3.0~P3.2
P5.0~P5.7
P2 P1.6
P6.0
图3-1 系统硬件结构图
3.2 电源单元
睡眠呼吸暂停监视仪中各个模块所需要的电压大小[4],可分为四种±12V、+5V和+3.3V 如图3-2所示：
图3-2 电源电路
通过L7812、L7912、L7805和L1117的稳压芯片分别得到±12V、+5V和+3.3V电压。±12V电压也AD620模块提供电源，+5V为液晶模块LCD1602和传感器电桥电路提供电源，+3.3V 为MSP430F149提供电源。
在L7812、L7912、L1117的芯片输入和输出端都接100μF电解电容和104独石电容，可以比较有效滤掉电源线和电源内部产生的干扰。
3.3 信号采集与预处理单元
根据医学生理学原理，在肺通气阻力一定时，推动气体流动的压力越大，单位时间内气体流量就越大，当气道管径一定时，气体流速也就越大，反之亦然[5]。
人的呼吸途径有两个，一个是鼻腔，另一个是口腔。在呼吸时，口、鼻腔处由于气流流过而使温度发生变化。将温度传感器和导管相连，导管固定在鼻腔或口腔下方，在呼吸时，口鼻腔底部由于气流流过使温度发生变化，传感器就会将受到的变化的温度信号转换为电信号从而得到呼吸信号，因此人体的呼吸状态可以通过检测口鼻腔处压力变化获得[5]。
在呼吸过程中，导管中的温度不断发生变化，这时可以通过传感器采集这一温度信号转化为MCU易于处理的电压信号，这时的电压信号在10mV左右波动，变化不明显而且容易受外界干扰，因此需要对这个信号进行放大滤波处理，放大滤波后的信号在2.3V左右波动，这时的电压信号即可清楚地反映呼吸状态，然后把这一电压信号接入单片机，A/D转化，并根据相关参数进行数据处理，判断呼吸是否暂停。这里的呼吸暂停是指呼吸停止持续时间超过10s。呼吸过程中的参数如表3-1所示。
表3-1 呼吸参数
状态放大前(mV)放大后(V)呼5.0-800.6-1.0不呼310-3502.2-2.4 常用的呼吸信号检测
方法有四种，分别是用压力传感器获取呼吸信号，用温度传感器获取呼吸信号，用阻抗法获取呼吸信号，通过心电信息获取呼吸信号。
（1）用压力传感器获取呼吸信号
呼吸运动时，随着呼气和吸气的周期性变换，呼吸管道以及胸腹部都会产生周期性的形变。压力传感器就是从这个现象出发，设法感受呼吸时呼吸管道和胸腹部的这种周期性形变，以此测定呼吸频率。该设计是采用力学传感器直接测量胸腹以及呼吸管道的位移，这种接触式的方法需要给胸腹施加一定的预压力，会使受试者产生不适感[5]。
（2）用温度传感器获取呼吸信号
呼吸实质上是人体内外环境之间气体的交换, 正常人的呼吸是由呼吸中枢支配呼吸肌有节奏地张弛、造成肺内压和大气压之间的压力差, 此压力差在克服了肺通气阻力之后, 方能实现气体交换。
根据医学生理学原理, 在肺通气阻力一定时, 推动气体流动的压力(大气压与肺内压力差) 越大, 单位时间内气体流量就越大,当气道管径一定时, 气体流速也就越大, 反之亦然[5]。而此气体通过鼻腔, 与外界气体进行交换时, 必然会引起鼻腔内温度的变化。
实验证明:在气道管径不变的条件下,温度的变化量(△T)与气体流速的变化量(△V)线性相关,因此只采用灵敏度高、温度线性好、时间常数较小的热敏传感器,就能把微弱的呼吸信息检测出来,再经过放大、滤波、A/D转换、微处理器处理,就能自动地、实时地显示呼吸波形、流速-容量曲线、呼吸气流速率、频率、峰值以及潮气量等多项肺功能参数。
常用的温度传感器有热敏电阻、PN结、热电偶、石英晶体、红外热探测器和液晶测温膜等。因呼吸气流的温度变化不大(1~2℃)，故用于呼吸温度采样的传感器一般是热敏电阻式传感器。
（3）用阻抗法获取呼吸信号
人体是一个大的生物导电体，其组织和器官对高频电流呈现一定的阻抗。当人体做呼吸运动时，其胸部组织阻抗的变化与肺容积的变化之间存在着比较好的关系曲线，通过对人体胸腔输入一定频率、一定大小值的恒定电流，检测出两端电压的变化，即可得到对应的呼吸阻抗变化信号。阻抗法测呼吸是目前呼吸监测设备中最为常用的一种技术，具有无创、简单、安全、廉价等诸多优点，但受人体运动引起的干扰影响较大[6]。
（4）通过心电信息获取呼吸信号
基于一种可观测到的心电向量环和一种关于旋转变换以及时间同步的参考向量环的结合，这种方法非常适合于不方便对呼吸活动进行监测的情况，但属于间接测量，实现起来复杂也不很精确[7]。
热敏电阻是一种对温度敏感的温敏元件,由氧化锰、氧化镍、氧化钴等氧化物和陶瓷、半导体材料构成，电阻率比金属大的多。通常做成珠状、球状等,尺寸可小于0.5mm。设计温差电桥测量电路,如图3-3所示,热敏电阻分别置于两相邻臂上,人体呼吸作用于热敏电阻R4,热敏电阻R4置于外界环境中，通以电流并加热到一定温度，当鼻孔中的气流通过热敏电阻时,由于受到流动气体的热交换，引起阻值变化使电桥失去平衡,当气体周期性流过热敏电阻时,电阻值也周期性变化，因此可以从电桥输出得到周期性变化的电压信号，再经过各种处理得到呼吸参数。
图3-3 温度传感器电桥电路
综合各方面的考虑，本系统采用MF52型NTC热敏电阻。MF52型热敏电阻器是采用新材料、新工艺生产的小体积的树脂包封型NTC热敏电阻器，具有高精度和快速反应等优点。其特点为：
> 测试精度高。
> 体积小、反应速度快；
> 能长时间稳定工作；
> 互换性、一致性好。
信号采集单元是睡眠呼吸暂停仪设计最重要的部分之一。能否准确地检测出呼吸信号是计算呼吸速度和判断呼吸异常的关键,也是整个睡眠呼吸暂停报警监护仪性能和可靠性的主要参考标准。
呼吸信号的采集与预处理如图3-4所示，本系统采用MF52 NTC热敏电阻作为传感器采集呼吸信号，即通过呼吸时鼻腔内的温度变化来转化为毫伏级的电压变化，通过信号预处理单元将采集到信号经过滤波放大到0~2.5V满足单片机的A/D转换量程内的电压。经过预处理的呼吸信号与单片机的P6.0进行连接。以完成模数转换以及为后续电路提供输入信号。
图3-4 呼吸信号的采集与预处理电路
图中R3是一个负温度系数(NTC)的热敏电阻，在将热敏电阻放在鼻腔处时，调节R4的阻值，使得桥路输出电压为200mV左右，经过AD620放大到2.3V左右，当人呼吸时，鼻腔处的温度会升高，导致热敏电阻阻值降低，此时桥路输出电压降低，而且下降幅值较大，可以使得放大后的输出电压下降至0.5V左右，调理后的信号与MSP430F149的P6.0连接，那么，将单片机检测阈值设为1V，当信号在1V处为上升沿变换则启动计时，当在1V处有下降沿时停止计时，看这段时间是否大于10S，若大于10S就触发报警单元进行报警，若小于10S则将此段时间清零，为下一次计数作准备。
在这一环节中，放大器的选择好坏对提高测量精度十分关键，根据相关资料查阅，在放大器电路精选中，一般在首级放大器有低噪声、低输入偏置电流、高共模抑制比等要求的场合大多采用自制的三运放结构[8]，如图3-5所示。
图3-5 三运放结构的高性能放大器原理图
图3-5中由Al、A2构成前级对称的同相、反相输入放大器，后级为差动放大器，在这个结构图中，要保证放大器高的性能，参数的对称性与一致性显得尤为重要，不仅包括外围的电阻元件R1与R2、R3与R4、R5与R6，还包括A1与A2放大器的一致性，因此，要自制高性能的放大器对器件要求相当高。而随着微电子技术的发展，市场上已经出现了专用的高性
能的仪表放大器，它的内部核心结构还是三运放，例如AD620、AD623就是具有上述三运放结构。
在本设计中呼吸信号幅度很小，大约只有微伏到毫伏的数量级范围，所以所选放大器的增益范围要广，放大倍数要便于调节，功耗要小。针对以上要求，最终选择了体积小、功耗低、噪声小及供电电源范围广的AD62O作为放大器。
AD620是低价格、低功耗仪用放大器，它只需要一只外部电阻就可设置1~1000倍的放大增益，具有较低的输入偏置电流、较快的建立时间和较高的精度，特别适合于精确的数据采集系统，如称重传感器接口，也非常适合医疗仪器的应用系统(如ECG，Electrocardiogram，心电图)、多路转换器及干电池供电的前置放大器使用。
AD620作为一个低成本，高精度的单片仪器放大器，为双列直插外形(Dual In-line Package Shape, DIPS)(图3-6)，其主要特点如表3-2所示。AD620的内部结构是OP-07S组成的三运放结构，性能大大优于自制的三运放IC(Integrate circuit，集成电路)电路设计，只需在1脚与8脚之间外接RG电阻(图3-6),为此它的外围电路十分简单[10]。
表3-2 AD620特征参数
供电电源增益选择增益范围最大增益误差率带宽功耗
±2.3~±18V
电阻编程
1~1000
0.7%(G=1000)1MHz(G=l，小信号-3dB
最大650mW输入失调电压输入失调偏移输入偏置电流最小共模抑制比温度范围
最大125μV
最大1μV/℃
最大20μA
93dB(G=100)0~70℃民品
-40~85℃工业品
-55~120℃军品
图3-6 AD620管脚图
AD620为三运放集成的仪表放大器结构，为保护增益控制的高精度，其输入端的三极管提供简单的差分双极输入，并采用β工艺获得更低的输入偏置电流，通过输入级内部运放的反馈，保持输入三极管的集电极电流恒定，并使输入电压加到外部增益控制电RG上。AD620的两个内部增益电阻为24.7kΩ，因而增益方程式为:
（3-1）对于所需的增益，则外部控制电阻值为:
（3-2）外部增益控制电阻值RG也决定前置放大器的跨导，当RG减小时，由（3-1）式可知可编程的增益增加，开环增益随之增加；反之当RG增大时则增益降低，并且降低了增益误差，同时带宽也随之增加，因而优化了频率响应。另一方面，AD620的低输入电压噪声在1kHz时为9nV/Hz，在0.1~l0Hz频带时为0.28μVpp，电流噪声仅为0.1pA/Hz，因而在精确测量系统中，应用AD620设计电路是非常理想的。
在本系统中，由于传感器输出的信号有300mV左右，所以增益G=7就可以满足放大要求，由公式(3-2)计算出RG =8.3 kΩ左右就可以了，系统中采用10 kΩ可调电阻实现这一要求。
3.4 信号处理单元
信号的分析与处理是此系统的主要模块所在，选用MSP430F149作为系统的微处理器。MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信
号处理器[9](Mixed Signal Processor)。称之为混合信号处理器。该单片机在设计上打破常规，采用了全新的概念，其突出的优点是低电源电压、超低功耗，非常适合各种功率要求低的应用。它有多个系列和不同型号，它们分别由一些基本功能模块按不同的应用目标组合而成。称之为混合信号处理器，主要是由于其针对实际应用需求，把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上，以提供"单片"解决方案。凭借其较高的性能价格比，已广泛应用于智能家庭仪表、医疗设备和保安系统等方面。
MSP430系列单片机的迅速发展和应用范围的不断扩大，主要取决于以下的特点：
强大的处理能力，MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集(RISC)结构，具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较高的处理速度，在8MHz 晶体驱动下指令周期为125ns。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
在运算速度方面，MSP430系列单片机能在8MHz晶体的驱动下，实现125ns的指令周期。16位的数据宽度、125ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能实现乘加)相配合，能实现数字信号处理的某些算法(如 FFT等)。
MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系统处于省电的备用状态时，用中断请求将它唤醒只用6μs。
超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压及灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。
首先， MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.8~3.6V电压。因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流会在 200~400μA 左右，时钟关断模式的最低功耗只有0.1μA 。
其次，独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的系统时钟系统：基本时钟系统和锁频环(FLL和 FLL+)时钟系统或DCO数字振荡器时钟系统。有的使用一个晶体振荡器(32768Hz)，有的使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生CPU和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。
由于系统运行时打开的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。在系统中共有一种活动模式(AM)和五种低功耗模式(LPM0~LPM4)。在等待方式下，耗电为0.7μA，在节电方式下，最低可达0.1μA。
系统工作稳定，上电复位后，首先由DCOCLK启动 CPU，以保证程序从正确的位置开始执行，保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用做CPU 时钟MCLK时发生故障，DCO会自动启动，以保证系统正常工作；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。
丰富的片上外围模块，MSP430系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT)、模拟比较器A、定时器A(Timer_A)、定时器B (Timer_B)、串口0、1(USART0、1)、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Sigma-Delta AD、直接寻址模块(DMA)、端口O(P0)、端口1~6(P1~P6)、基本定时器(Basic Timer)等的一些外围模块的不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D转换器；16位定时器(Timer_A和Timer_B)具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的I/O端口，最多达6*8条I/O 口线；P0、P1、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；12/14位硬件A/D转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达160段；实现两路的12位D/A转换；硬件IIC串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为
了增加数据传输速度，而采用直接数据传输(DMA)模块。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。
方便高效的开发环境,目前MSP430系列有OPT型、FLASH型和ROM型三种类型的器件，这些器件的开发手段不同。对于OPT型和ROM型的器件是使用仿真器开发成功之后在烧写或掩膜芯片；对于FLASH型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的FLASH存储器，因此采用先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语言。MSP430 单片机目前主要以FLASH型为主。
MSP430x14x的结构框图如图3-7所示。
图3-7 MSP430X14X结构框图
单片机主要完成的功能则是通过检测与P6口连接传感器输入信号,通过A/D转换后进行数据处理，判断是否发生呼吸暂停，如果有，则从P1.6口输出报警信号。并且检测从P3口送入的实时时钟数据，通过P5数据口和P2.5~P2.7控制口的在液晶屏上显示实时时间。
3.5 报警单元
报警单元的功能是提醒患者旁边的人当患者出现呼吸暂停时能够及时的对患者进行一定的处理以及提醒，使其尽快的恢复正常。本系统的报警单元采用蜂鸣器报警方式，蜂鸣器采用+5V的器件，通过驱动电路直接与单片机引脚P1.6相连接，如图3-8所示。
图3-8 报警电路
3.6 液晶显示单元
显示器是人与机器沟通的重要界面，近年来液晶显示器(LCD，Liquid Crystal Display)以其自身所具有的优点，逐渐取代阴极射线管(CRT, Cathode Ray Tube)的主流地位。单片机系统中原来采用的LED(Light Emitting Diode,发光二极管)显示方式已经不能满足应用的要求，液晶显示器已经被逐渐应用于单片机等小型系统中。液晶显示器与传统的显示器相比具有显示信息多、质量高、没有电磁辐射、可视面积大、应用范围广、画面效果好、数字式接口、体积小、功耗低等特点，在基于微处理器的仪器仪表及监视、控制等智能单元的终端显示、人机接口中受到普遍欢迎。
液晶显示器是一种极低功耗的显示器件，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中经常使用。液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)、背光源、结构件装配在一起的组件。英文名称叫"LCD Module"，简称"LCM"，中文一般称为"液晶显示模块"，通常所说的"模块"主要是指点阵液晶显示器件装配的点阵液晶显示模块。
在具体选择液晶显示模块时，应对液晶显示模块进行如下几个方面的综合评价:
> 显示方法，在被动显示方式中，是透过式、反射式，还是投影式；
> 色调，是黑/白，还是彩色，是单彩色还是全彩色，是伪彩色还是真彩色；
> 亮度与对比度，主动发光要看亮度指标，被动显示要看对比度比值；
> 响应与余辉，响应与余辉的快慢和光电响应曲线与陡度；
> 是否具有无功存储功能；
> 驱动方式，直流、交流还是脉冲，是静态驱动还是动态驱动，是电压型驱动还是电流型驱动或电荷型驱动；
> 售价是否合理，综合评价产品质量、供货稳定性、技术支持、售后服务等与价格的关系。
任何一种产品都有不同的规格型号，挑选内容应注意:外形尺寸(显示窗尺寸等机械参数)、电参数(典型值、最大值、最小值)、环境参数(特别是温度范围)、显示效果(显示效果是一种
主观评价指标，亮度或对比度等指标只能作为参照)、视角(液晶显示视角窄，所以有最佳视角12:00、6:00、3:00和9:00等)、可靠性和寿命等。
综合以上各种指标，选用的是LCD1602显示模块，它是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符（16列2行）。
1602采用标准的16脚接口，其中：
第1脚：VSS为电源地；
第2脚：VDD接5V电源正极；
第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生"鬼影"，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）；
第4脚：RS为寄存器选择，高电平(1)时选择数据寄存器、低电平(0)时选择指令寄存器；
第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作；
第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端；
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端；
第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。
液晶显示采用1602显示模块，单片机P5端口和液晶屏的数据线相连， P3.0、P3.1、P3.2三个引脚分别通过三极管放大与液晶屏的RS、RW、EN三根控制线相连接，如图3-10所示。液晶屏上可以显示实时时间。
图3-10 液晶显示连接电路
3.7 JTAG接口单元
JTAG(Joint Test Action Group)是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容,主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都支持JTAG协议，如DSP、FPGA器件等。标准的JTAG 接口是4线：TMS、 TCK、TDI、TDO，分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。
JTAG最初是用来对芯片进行测试的，基本原理是在器件内部定义一个TAP（Test Access Port，测试访问口）通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。现在，JTAG接口还常用于实现ISP（In-System programmable,在线编程），对FLASH等器件进行编程。在实际应用中，可以先将器件固定到电路板上，再用JTAG编程，从而大大加快工程进度。
在JTAG接口实际应用中，一般使用IEEE1149协议中的公共指令进行应用测试，此外，IEEE1149允许通过芯片的自定义指令集进行特殊功能的测试和状态察看。在使用PC机调试及下载睡眠呼吸暂停监控终端嵌入系统时，数据传输须通过测试访问端口TAP改变JTAG的控制状态实现。IEEE1149定义了由16个状态组成的同步状态自动机，以响应TMS和TCK信号并控制电路的活动。其中主要有复位、运行、数据寄存器状态集、和指令寄存器状态集。
当器件工作在JTAGBST模式时，使用4个I/O引脚和一个可选引脚 TRST(Test Reset，测试复位输入信号)作为JTAG引脚。这4个I/O引脚是：TDI、TDO、TMS和TCK。引脚功能如表3-3所示。
表3-3 JTAG引脚定义及功能
引脚名称功能TDI测试数据输入口指令和测试编程数据的串行输入引脚，数据在TCK的上升
沿时刻移入，器件的保护熔丝被连接到TDITDO测试数据输出口指令和测试编程数据的串行输出引脚，数据在TCK下降沿移出。如果数据没有正在移出时，该引脚处于三态。它和编程数据输入口复用TMS测试方式选择口该输入引脚是一个控制信号，它决定TAP控制器的转换。TMS必须在TCK的上升沿之前建立，在用户状态下TMS应为高电平TCK测试时钟输入口是用于器件测试与自动加载程序启动的时钟输入接口。时钟输入到BST电路，一些操作发生在上升沿，另一些发生在下降沿本章主要分析了睡眠呼吸暂停检测报警系统的硬件系统设计。设计主要考虑到功耗及可靠性的要求，分析了基MSP430F149呼吸暂停监视仪的硬件设计原则和电路原理等。硬件平台是软件系统设计的前提条件，根据监视仪的具体需求，硬件系统由电源单元、信号采集与预处理单元、信号处理单元、报警单元、液晶显示单元和JTAG接口单元。并对每一部分进行了详细的介绍以及器件的选择问题。
第4章系统软件设计
单片机系统的软件必须根据单片机硬件基础进行设计。系统的软件设计是一个系统的主要组成部分，软件的质量将直接影响到系统的性能指标的完成，一个好的软件设计将是系统性能得以提高的倍增器。
睡眠呼吸暂停报警监护仪软件系统采用模块化结构设计方法。模块化编程是一种分别进行各模块程序编写、编译和调试，最后一起连接及定位的软件设计方法。模块化设计方法有以下优点:
> 模块化编程使程序开发更有效，小块程序更容易被理解和调试，当知道模块的输入和所要求的输出时，就可直接测试该模块。
> 当同类的需求较多时，可把程序存入函数库中以备以后使用。例如，常用的显示驱动模块程序，若要再使用显示驱动功能，由库中把它取出(必要时可修改)，而不需重新编写全部的程序。
> 模块化编程能够使待解决的问题与特定模块分离，很容易找到出错的模块，极大地简化了调试。
因此，将各个模块设计为可独立编程调试的程序模块，不仅有利于今后实现功能扩展，而且便于调试和连接，更有利于程序的移植和修改。由于单片机应用系统的软件设计既要有各种计算程序设计，还要结合具体的硬件电路进行各种输入输出程序设计。因此，软件设计必须在硬件、软件功能划分的基础上进行。图2-2是睡眠呼吸暂停报警监护仪设计中软件体系结构框图。在本系统中，主程序模块负责协调各个功能模块，其程序模块包括初始化模块、定时器中断模块、液晶屏显示模块和时钟程序模块。
4.1 系统软件开发环境
MSP430的开发软件较多，常用的是IAR公司的集成开发环境：IAR Embedded Workbench 嵌入式工作台，如图4-1所示。它提供一个便捷的窗口界面用于迅速开发和调试程序。IAR Embedded Workbench 提供的工具包括:快速编译器、高效的连接器、函数库、语法高亮度文本编辑器、汇编器以及C-SPY调试器。
图4-1 IAR Embedded Workbench开发环境
4.2 系统软件模块
如图4-2所示，主程序主要负责与各个中断服务程序进行交互。首先设置看门狗定时器、关中断，初始化单片机中用到的各个模块，然后开中断允许单片机响应各种中断并进行报警处理，继而使单片机进入低功耗模式等待中断的到来。
对系统的初始化将直接关系到单片机内部资源的有效利用和系统的正常运行。睡眠呼吸暂停报警监护仪初始化模块的主要功能是完成对MSP430F149单片机和各个外围模块的初始化，包括单片机的时钟振荡器设置、ADC12初始化、定时器B初始化、液晶初始化、时钟芯片初始化等。
图4-2 系统主程序流程图
4.2.1 采样呼吸信号模块
信号经过预处理之后从P6.0端口输入到单片机中，首先经过ADC12进行A/D转换，采用单通道连续转换模式，转换后的数据经过10次平均以达到平滑波形以及减小数据量的作用。经过平均后的数据与设定的阈值进行比较，当大于阈值（1638，即1V）时，通过P1.2引脚输出低电平，表示处于不呼吸状态；当小于阈值时，P1.2引脚输出高电平，表示处于呼吸状态。通过这种方式，即可得到呼吸状态的波形，据此可以判断呼吸是否异常，异常则报警。其流程图如4-3和图4-4所示。
图4-3 ADC12采样初始化流程图
N
Y
N
Y
图4-4 ADC12中断函数流程图
4.2.2 实时时钟处理模块
实时时钟（RTC）可应用于多种领域--从钟表到时间标记事件，甚至到产生事件。对于通信工程、电力自动化、工业控制等自动化程度高的领域大多数情况下很多设备都处于无人值守的情况，都希望能把故障发生的时间和相关信息记录下来，以便具体分析。
目前市面上有很多专用RTC器件，这些器件往往灵活性差，系统集成度低。而MSP430F14X 系列单片机具有低成本、低电流损耗、使用灵活简单及扩展性好等优点，使之成为专用RTC 器件在某些特殊场合的理想替代品。
本系统采用DS1302来实现实时时钟的功能，DS1302是DALLAS公司推出的串行接口实时时钟芯片。它既提供实时时钟，又把关键的数据位存储于RAM。芯片使用简单，外部连线少，在智能化仪表及自动控制领域具有广泛用途。其主要特点是：
> 简单的三线串行I/O接口；
> 2.5～5.5V的电压工作范围（在2.5V工作时耗电小于300nA）；
> 与TTL兼容（Vcc=5V）时；
> 实时时钟包括秒、分、小时、日、月、星期和年（闰年）等信息；
> 31*8静态RAM可供用户使用；
> 可选的涓流充电方式；
> 工作电源和备份电源双引脚输入；
> 备份电源可由大容量电容来替代。
引脚功能表及内部结构图如图4-5所示：
图4-5 DS1302引脚功能表及内部结构图
引脚功能如表4-1所示。
表4-1 DS1302引脚功能表
引脚号引脚名称功能1Vcc2主电源2、3X1、X2振荡源，外接32768Hz晶振4GND地线5RST 复位/片选线6I/O串行数据输入/输出端(双向)7SCLK串行数据输入端8Vcc1后备电源操作及控制
（1）复位和时钟控制
向DS1302写入数据时，数据应在时钟下降沿发生变化，上升沿将数据写入DS1302内部移位寄存器。读取DS1302数据时，数据也在时钟下降沿变化，即在下降沿数据从移位寄存器输出，但当CLK时钟为正半周时，I/O线为高阻态，所以应在上升沿前读取，否则将读出全为FFH。通过把输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。输入有两种功能：首先，接通控
制逻辑，允许地址／命令序列送入移位寄存器；其次，提供了终止单字节或多字节数据的传送手段。当为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中置为低电平，则会终止此次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc ≥2.5V之前，必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。
（2）DS1302的控制字节
DS1302的控制字如表4-2所示。控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM 数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位(位0)如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。
表4-2 DS1302控制字表
1/
A4
A3
A2
A1
A0
数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个SCLK的时钟的上升沿时数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0开始到高位7。
（3）DS1302的寄存器
DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表4-3。
表4-3 DS1302日历、时间寄存器及其控制字表
寄存器名命令字取值范围各位内容写操作读操作76543210秒寄存器80H81H00-59CH10SECSEC 分钟寄存器82H83H00-59010MINMIN小时寄存器84H85H01-12或00-2312/24010/APHRHR日期寄存器86H87H01-28，29，30，310010DATEDATE月份寄存器88H89H01-1200010MMONTH周日寄存器8AH8BH01-0700000DAY年份寄存器8CH8DH00-9910 YEARYEAR 表中12或24小时的方式选择位，当为1时，选择12小时。有AP那位是上午和下午的选择位，当为1是表示为下午。CH是暂停位，当CH=1时，时钟振荡停止，器件被置入低功率备份方式，其电源电流小于100nA，当CH=0时，时钟启动。
片内2个控制用的寄存器各位定义如表4-4所示：
表4-4 控制用的寄存器各位定义
寄存器的名称寄存器地址D7D6D5D4D3D2D1D0写保护寄存器07HWP0000000慢速充电寄存器08HTCSTCSTCSTCSTCSTCSTCSTCS 表中WP是写保护位。在对时钟或RAM进行写操作前WP 必须为0，否则不可写入，在读操作时总是读出0。当WP=1时，可防止对任何寄存器进行写操作。
此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM 相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写，除充电寄存器外的所有寄存器内容。DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH(写)、FFH(读)。
（4）数据输入输出
在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位至高位7，数据读写时序见图4-6。
图4-6 数据读写时序
如果命令字节中的寻址位A0-A4均为1，可以把时钟/日历或RAM存储器规定为多字节方式。当命令字节为FFH或FEH，可以对片内31字节RAM进行读/写操作；当命令字节为BFH 或BEH时，可对8个时钟/日历寄存器进行读/写操作，在时钟/日历寄存器中的地址9-31或RAM存储器中的地址31均不能使用。在多字节方式中读或写都是从地址0的第0位开始。
当以多字节方式写时钟/日历寄存器时，必须按传送是次序写满8个寄存器；但是，当以多字节方式写RAM时，根据发送的要求，数据不必写入所有31字节。不管是否写入全部31字节，所写的字节都将传入送至RAM。另外，应注意在写操作时，CLK的每一个时钟上升沿，I/O引线将为高阻态，数据必须在CLK上升沿前读取。
时钟芯片DS1302的三根数据线SDA,SCLK,RST与单片机MSP430F149的P2.5~P2.7相连接。通过读取DS1302的内部寄存器的时间来然后通过液晶屏来显示实时时钟。首先应该设置好芯片的初始时间，一旦设定后就可以不用每次都去修改芯片内部的实时时间，单片机每次只需要从其寄存器中读出数据即可。其软件程序流程图如图4-7所示。
N
Y
N
Y
图4-7 DS1302流程图
读取DS1302数据如图4-8所示：
图4-8 读取DS1302数据
4.2.3 数据处理模块
甲烷CH4气体检测仪
甲烷CH4气体检测仪 甲烷CH4气体检测仪适用于各种环境和特殊环境中的甲烷CH4气体浓度和泄露，在线检测及现场声光报警，对危险现场的作业安全起到了预警作用，此仪器采用进口的电化学传感器和微控制器技术，具有信号稳定，精度高，重复性好等优点，防爆接线方式适用于各种危险场所，并兼容各种控制器，PLC,DCS等控制系统，可以同时实现现场报警和远程监控，报警功能，4-20mA标准信号输出，继电器开关量输出。 甲烷CH4气体检测仪产品特性： ①进口电化学传感器具有良好的抗干扰性能，适用寿命8年。 ②采用先进微处理技术，响应速度快，测量精度高，稳定性和重复性好。 ③检测现场具有具有现场声光报警功能，气体浓度超标即时报警，是危险场所作业的安全保障。 4现场带背光大屏幕LCD显示，直观显示气体浓度，类型，单位，工作状态等。 5独立气室，更换传感器无须现场标定，传感器关键参数自动识别。 6全量程范围温度数字自动跟踪补偿，保证测量准确性。 甲烷CH4气体检测仪技术参数： 检测气体：空气中的甲烷CH4 检测范围：0~100ppm,0~200ppm,0~1000ppm,0~1000ppm,0~5000ppm,100%LEL可选。 分别率：0.01ppm(0~100ppm);0.1ppm(0~1000ppm);1ppm(0~10000ppm以上)；0.1LEL. 工作方式：固定式连续工作，扩散式，管道式，流通时，泵吸式可选。 检测误差：≦1%（F.S） 响应时间：≦10S 输出信号：电流信号输出4-20MA 报警方式：2路无源节点信号输出，报警点可设置。 工作环境：-20℃~50℃(特殊要求：（-40℃~+70℃) 相对湿度：≦90%RH 工作电压：DC12~30V
手持式多合一气体检测仪
手持气体检测仪 PV600系列 PV600系统平台介绍 PV600系列手持气体检测仪采用智能系统平台，拥有单气体检测仪和多合一气体检测仪，支持近40种气体传感器。屏幕为彩色2.8寸触摸屏, 支持汉字输入，设置检测地点名称，输入检测备注、气体曲线图、实时查询数据、WIFI联网、手机web监控、定义数学公式、无需安装驱动即可将数据导出成Excel报表等等20多项特有技术。低功耗设计，配备5000mAH电池可持续检测20个小时以上；泵吸式内置了一个隔膜式气泵，流量可达0.5L/min。 PV601手持式单气体检测仪-目录：提示：点击下面的气体类型，查看单个气体检测仪信息。您可以通过按ctrl+F查找 ?有机挥发物 VOC TVOCs ?六氟化硫 SF6 ?甲醛 CH20、HCHO ?臭氧 O3 ?氧气 O2 ?微量氧 O2 ?一氧化碳 CO ?二氧化碳 CO2 ?环氧乙烷 ETO C2H4O ?氨气 NH3 ?二氧化硫 SO2 ?硫化氢 H2S ?二氧化氯 CLO2 ?氢气 H2 ?氯化氢 HCI ?甲硫醇 CH3SH ?甲烷 CH4 ?乙烷 C2H2
?丙烷 C3H8 ?丁烷 C4H10 ?氟利昂 R12 ?四氟乙烯 R134a ?光气 COCL2 ?乙醇 C2H5OH ?甲醇 CH3OH ?异丙醇 C3H8O ?氯气 CL2 ?过氧化氢 H2O2 ?磷化氢 PH3 ?氰化氢 HCN ?一氧化氮 NO ?二氧化氮 NO2 ?苯 C6H6 ?甲苯 C7H8 ?氟化氢 HF ?乙烯 C2H4 ?氯乙烯 C2H3Cl ?可燃气体 Ex LEL PV600系列除了上面的单气体检测仪外，还有5个系列的多合一手持式气体检测仪，他们硬件、软件和外壳都是一样的，不同的是传感器适配板不同，所以即使你这次够买的是单气体的检测仪，以后只需再够买传感器，就可以升级成多气体检测仪。 PV600系列的型号： ?【手持式六合一气体检测仪-PV606】 ?【手持式五合一气体检测仪-PV605】 ?【手持式四合一气体检测仪-PV604】 ?【手持式三合一气体检测仪-PV603】 ?【手持式二合一气体检测仪-PV602】
2020年地基基础题库及答案
精选考试题及竞赛题文档，希望能帮助到大家，祝心想事成，万事如意！知识就是力量@_@ 2020年地基基础题库及答案
一、单项选择题 1．基坑工程中，钢筋混凝土板桩相对于钢板桩的优点是（ ）。A A ．造价低 B ．施工方便 C ．工期短 D ．接头防水性能较好 2．下列说法中错误的是（ ）。D A ．土的自重应力一般不会引起地基变形 B ．地基中的附加应力会引起地基变形 C ．饱和土中的总应力等于有效应力与孔隙水压力之和 D ．孔隙水压力会使土体产生体积变形 3．关于土的物理性质指标说法有误的一项是（ ）。D A ．土的物理性质指标在一定程度上可以反映土的力学性质 B ．单位体积土的质量称为土的密度 C ．土中水的质量与土粒质量之比就是土的含水量 D ．确定三相比例指标仅需要做密度试验 4．土的重度为20KN/m 3，地面以下10m 处的自重应力为（ ）。A A ． 200 KPa B ．20 KPa C ． 2 KPa D ．10 KPa 5．土压力的单位是（ ）。B A ．2kN/m B ．kN/m C ．3kN/m D ．4kN/m 6．试验测得甲，乙土样的塑性指数分别为Ip 甲=5，Ip 乙=15，则（ ）。 B A ．甲土样粘粒含量大 B ．乙土样粘粒含量大 C ．甲土样工程性质好 D ．乙土样工程性质好
7．工程用土中，粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量50%的土是（）。A A．碎石土 B．砂土C．粉土 D．黏性土 8．当仅有一层土时，土中自重应力与深度的关系是（）。B A．线性减少 B．线性增加 C．不变 D．不能确定 9．粘性土的天然含水量增大时，随之增大的指标是（）。B A．塑限W P B．液限W L C．塑限指数I P D．液限指数I L 10．室内侧限压缩试验的e—p曲线平缓，说明土的（）。B A．压缩性大 B．压缩性小 C．压缩性均匀 D．压缩性不均匀 11．黏性土具有抗剪强度的原因是黏性土本身具有（）。B A．摩阻力 B．摩阻力和黏聚力 C．摩擦力和咬合力 D．黏聚力 12．朗肯土压力理论的适用条件是（）。D A．墙后填土为无粘性土 B．墙后无地下水 C．墙后填土为粘性土 D．墙背竖直、光滑、墙后土体为半无限体13．无粘性土进行工程分类的依据是（）。D A．塑性指数 B．液性指数 C．颗粒大小 D．粒度划分 14．由风化作用或火山作用的产物经机械搬运、沉积、固结形成的岩石是（）。A A．沉积岩 B．岩浆岩 C．火成岩 D．变质岩15．下列关于基础概念说法有误的一项是（）。C A．基础是连接上部结构与地基的结构构件 B．基础按埋置深度和传力方式可分为浅基础和深基础 C．桩基础是浅基础的一种结构形式 D．通过特殊的施工方法将建筑物荷载传递到较深土层的基础称为深基础16．地基发生整体滑动破坏时，作用在基底的压力一定大于（）。C A．临塑荷载 B．临界荷载 C．极限荷载 D．地基承载力
甲烷气体检测系统
甲烷气体检测报警系统 一、方案概述 在石油化工装置中不可避免地存在着各种易燃易爆、有毒有害的气体(或蒸汽)，这些气体一旦泄露或积聚在周围环境中，将可能引起火灾、爆炸或人身中毒等恶性事故。为了保证生产和人身安全，应设置可靠的甲烷气体和有毒气体检测报警器，连续监控控制环境中甲烷和有毒气体的浓度情况，及时发出报警。本检测报警系统就是为了实现对油库各控制室以及储罐附件接口等处的甲烷气体进行实时浓度监测与报警实现和集中统一管理。 为了实现可靠的甲烷气体检测报警系统。初步对甲烷气体检测报警系统进行设计，包括检测点的设置，检测器和指示报警设备的选型，系统配置以及安装到检测系统实现的整体预设。 系统主要功能包括： （1）实时监测油库控制室及灌区附近甲烷气体和有毒气体的含量，达到一定浓度时实时报警。 （2）通过上位机系统监控中心实时观看油库的现场情况。 （3）在监控中心实时记录以上各监测数据，对数据统一集中管理。 （4）并能通过声光报警、语音报警、LED屏幕显示等多种方式发出报警信息，及时告知维护管理责任人。 （5）对历史数据的自动分类整理。 （6）管理软件提供事件查询、告警配置和查询、环境参数浏览。 二、方案介绍与设计 1检测点的定位 通过对油库的细致分析，我们不难发现设置甲烷气体探测器的最佳位置或必要设置点。如容器或储罐溢流口附近,物料进出口开关附近，管道与容器、阀件等之间接口处附近，以
及周围工作控制室等位置。具体到某个装置时可做更具体的分析，根据上述可能泄露的部位,确定甲烷体探测器布置的最佳位置或必要设置点，从而保证泄漏的甲烷气体充分扩散到检测器附近，使泄漏险情及时被探知。 2检测报警系统的选择 针对油库的实际环境与自然条件的限制，选用红外线甲烷气体探测器较为合适，因为红外光学型是利用红外传感器通过红外线光源的吸收原理来检测现场环境的碳氢类甲烷气体，比较适用于油库的环境类型。 红外线甲烷气体探测器属于无干扰智能型产品，具有良好的安全性能，操作灵活简便。这种探测器的一个主要的特点是它的自动校准功能，可以通过带背光的液晶显示屏上的提示一步步地引导操作者进行校准。传感器及信号发生器被安装在一个防爆机壳内，机壳上有玻璃罩，正好适用于油库这种特别要求的环境中。这种产品系列延续了在气体传感器设计中体现的“易于安装、易于维护”的理念。 SK-600-CH4型红外线甲烷气体探测器特点： （1）独特的小型即插型现场可更换传感器 （2）无干扰、智能型探测器界面 （3）加热的光学设计避免了冷凝现象 （4）故障自诊断功能 （5）极少的维护要求，长期使用成本低廉 （6）低能耗 3检测报警系统安装与实现 整个检测系统可由检测器和报警器组成，也可以结合PLC控制器与组态功能，实现上位机直接观测被检测地点实时情况的远程智能检测报警系统。此检测仪器带有声光和振动报警功能，根据具体需要，可以设置为具有消音和锁存功能，只通过上位机获取各检测点的直观甲烷气体浓度值。此外检测系统还可以通过自身或外接存储器记录以往的历史检测数据。工作人员可以通过PC机或监控仪器上获取红外线甲烷气体探测器所的实时和历史数据，便于查询和分析。当检测到甲烷物浓度达到危险值，可通过PLC控制器自动实现报警器的报警显示功能。 报警器可采用蜂鸣器、指示灯、指示仪等常规仪表，也有PLC、分散控制系统、数据采集系统、工业控制计算机或专用报警显示设备等电子设备。报警器包括信号设定器和闪光报警两个基本单元。为保证检测报警系统的可靠性，报警控制器或信号设定器应与检测器一对一相对独立设置，闪光报警单元可与其他仪表系统共用，对重要的报警与自动保护有关的报警，应与独立设置。指示报警设备应安装在有人值守的控制室、现场操作室内。现场报警器应就近安装在检测器所在的区域。 除此之外，在设计检测器时需要充分考虑其安装位置的合理性，为以后的使用、维护、检定提供方便。根据现场的空气可能环流及空气流动的上升趋势，以及厂房的空气自然流动情况、通风通道等综合推测，当发生大量泄漏时，根据甲烷气体或有毒气体在平面上自然扩散的趋势方向，确定平面位置，再根据泄漏气体的密度并结合空气流动的方向，确定空间位置。 三、方案总结 综上，本方案即利用典型的红外线甲烷气体探测器为引导，实现由检测器和报警器，结合PLC控制器与组态功能，最终实现上位机直接观测与控制被检测地点实时情况的远程智能检测报警系统。此外，还可考虑将甲烷、有毒气体检测报警系统，与火灾检测报警系统合并
甲烷CH4气体浓度分析仪
甲烷CH4气体浓度分析仪 甲烷CH4气体浓度分析仪（SK-600-CH4）是一款采用模块化设计、具有智能化传感器检测技术、整体隔爆（d）结构、固定安装方式的有毒气体检测仪。标准配置为带点阵LCD液晶显示、三线制4~20mA模拟和RS485数字信号输出，可选配置为可编程开关量输出等模块，根据用户需求提供定制化产品，还支持输出信号微调等功能，方便系统组网及维护。可检测CH4、H2S、CH4、CH4、SCH4、CH4、NCH4、CH4、ClCH4、ETO等多种有毒有害气体，详情可咨询东日瀛能。同时我司甲烷CH4气体浓度分析仪销往：河北省、山东省、辽宁省、黑龙江省、吉林省、甘肃省、青海省、河南省、江苏省、湖北省、湖南省、江西省、浙江省、广东省等全国各地。 （注意：甲烷CH4气体浓度分析仪（SK-600-CH4）在不同的应用环境或行业有不同的别名，如甲烷CH4检测仪甲烷CH4变送器甲烷CH4探测器甲烷CH4探头便携式甲烷CH4探头甲烷CH4检测装置） 东日瀛能科技甲烷CH4探头厂家甲烷CH4探头价格详情可咨询东日瀛能SK-600-CH4 甲烷CH4气体浓度分析仪（SK-600-CH4）是一款采用模块化设计、具有智能化传感器检测技术、整体隔爆（d）结构、固定安装方式的有毒气体检测仪。标准配置为带点阵LCD液晶显示、三线制4~20mA模拟和RS485数字信号输出，可选配置为可编程开关量输出等模块，根据用户需求提供定制化产品，还支持输出信号微调等功能，方便系统组网及维护。可检测CH4、H2S、CH4、CH4、、CH4、NCH4、CH4、ClCH4、ETO等多种有毒
有害气体，详情可咨询东日瀛能。同时我司甲烷CH4气体浓度分析仪销往：河北省、山东省、辽宁省、黑龙江省、吉林省、甘肃省、青海省、河南省、江苏省、湖北省、湖南省、江西省、浙江省、广东省等全国各地。 （注意：甲烷CH4气体浓度分析仪（SK-600-CH4）在不同的应用环境或行业有不同的别名，如甲烷CH4检测仪甲烷CH4变送器甲烷CH4探测器甲烷CH4探头便携式甲烷CH4探头甲烷CH4检测装置） 东日瀛能科技甲烷CH4探头厂家甲烷CH4探头价格详情可咨询东日瀛能SK-600-CH4 甲烷CH4气体浓度分析仪（SK-600-CH4）是一款采用模块化设计、具有智能化传感器检测技术、整体隔爆（d）结构、固定安装方式的有毒气体检测仪。标准配置为带点阵LCD液晶显示、三线制4~20mA模拟和RS485数字信号输出，可选配置为可编程开关量输出等模块，根据用户需求提供定制化产品，还支持输出信号微调等功能，方便系统组网及维护。可检测CH4、H2S、CH4、CH4、SCH4、CH4、NCH4、CH4、ClCH4、ETO等多种有毒有害气体，详情可咨询东日瀛能。同时我司甲烷CH4气体浓度分析仪销往：河北省、山东省、辽宁省、黑龙江省、吉林省、甘肃省、青海省、河南省、江苏省、湖北省、湖南省、江西省、浙江省、广东省等全国各地。 （注意：甲烷CH4气体浓度分析仪（SK-600-CH4）在不同的应用环境或行业有不同的别名，如甲烷CH4检测仪甲烷CH4变送器甲烷CH4探测器甲烷CH4探头便携式甲烷CH4探头甲烷CH4检测装置） 东日瀛能科技甲烷CH4探头厂家甲烷CH4探头价格详情可咨询东日瀛能SK-600-CH4 甲烷CH4气体浓度分析仪（SK-600-CH4）是一款采用模块化设计、具有智能化传感器检测技术、整体隔爆（d）结构、固定安装方式的有毒气体检测仪。标准配置为带点阵LCD液晶显示、三线制4~20mA模拟和RS485数字信号输出，可选配置为可编程开关量输出等模块，根据用户需求提供定制化产品，还支持输出信号微调等功能，方便系统组网及维护。可检测CH4、H2S、CH4、CH4、SCH4、CH4、NCH4、CH4、ClCH4、ETO等多种有毒有害气体，详情可咨询东日瀛能。同时我司甲烷CH4气体浓度分析仪销往：河北省、山东省、辽宁省、黑龙江省、吉林省、甘肃省、青海省、河南省、江苏省、湖北省、湖南省、江西省、浙江省、广东省等全国各地。 （注意：甲烷CH4气体浓度分析仪（SK-600-CH4）在不同的应用环境或行业有不同的别名，如甲烷CH4检测仪甲烷CH4变送器甲烷CH4探测器甲烷CH4探头便携式甲烷CH4探头甲烷CH4检测装置） 东日瀛能科技甲烷CH4探头厂家甲烷CH4探头价格详情可咨询东日瀛能SK-600-CH4 甲烷CH4气体浓度分析仪特点： ★整机体积小,重量轻 ★高精度,高分辨率,响应迅速快. ★上、下限报警值可任意设定，自带零点和目标点校准功能，内置温度补偿，维护方便. ★数据恢复功能，免去误操作引起的后顾之忧. ★外壳采用特殊材质及工艺，不易磨损，易清洁，长时间使用光亮如新.
气相色谱法测定沼气中甲烷含量的不确定度计算(精)
收稿日期 :2014-05-19作者简价 :贺 莉 (1981－ , 女 , 助理研究员 , 主要从事沼气产品及设备检测方法研发工作 , E-mail :heliscu@gmail．com 通 信作者 :陈子爱 , E-mail :nybzqzj@163．com 气相色谱法测定沼气中甲烷含量的不确定度计算 贺 莉 , 冉 毅 , 蒋鸿涛 , 张冀川 , 袁 丁 , 陈子爱 (1．农业部沼气科学研究所 , 成都 610041; 2．农业部沼气产品及设备质量监督检验中心 , 成都 610041 摘 要 :NY /T1700-2009《沼气中甲烷和二氧化碳的测定气相色谱法》是测定沼气中甲烷含量的标准方法。为找 出对该实验检测的主要影响因素 , 通过分析测试过程 , 量化不确定度分量 , 计算合成不确定度和扩展不确定度。实验测量不确定度为 5．88%, 置信区间为 95%的扩展不确定度为 11．76%, 可为样品检测提供参考。关键词 :不确定度 ; 沼气 ; 甲烷 ; 气相色谱法中图分类号 :S216．4 文献标志码 :A 文章编号 :1000－1166(2014 05－0050－02 Evaluation of the Uncertainty in Methane Content Determination with Gas Chromatography /HE Li , ＲANYi , JIANG Hong-tao , ZHANG Ji-chuan , YUAN Ding ,
CHEN Zi-ai /(1．Biogas Institute of Ministry of Agriculture , CHengdu 610041, China ; 2．The Quality Inspection Center of Biogas Appliance of Ministry of Agriculture (BIQIC-MOA , Chengdu 610041, China Abstract :Gas Chromatography system is the standard method for detection of methane in biogas according to NY /T1700－2009．For the sake of finding the main influencing factors , the uncertainties in the detection process were discussed , and source of uncertainty was analyzed．The results showed that the combined uncertainty of factors was 5．88%, while expand-ed uncertainty was 11．76%． Key words :uncertainty ; biogas ; methane ; gas chromatography 1实验部分 1．1实验仪器方法、设备及试剂 1．1．1实验方法 参照 《沼气中甲烷和二氧化碳的测定气相色谱法》 NY /T1700-2009, 具体试验流程如下 :分析前 , 使用峰面积外标法进行校准。取样器用样气清洗 3次 , 首次分析注入 30mL , 重复分析每次注入 30mL 吹洗。每次分析完毕 , 打印出组分百分含量 , 连续分析两次。 数据经 CH 4-CO 2标气校准后 , 可对气体中甲烷 和二氧化碳进行测定。 1．1．2仪器设备和实验试剂 气相色谱仪及工作站 :型号 SC-2000重庆川仪九厂生产 , 氢火焰检测器 ;
最新地基基础工程检测人员考核试卷
《地基基础工程检测人员考核》试卷 姓名：得分： 一、静载试验部份(40分) (一) 填空题(10分，每题1分，1题有2个空格时，每格计0.5分) 1、在我国现行行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ/106-2003规范中规定：单桩竖向抗压静载试验，试桩提供的常用反力形式有哪几种压重平台反力装置、锚桩横梁反力装置、锚桩压重联合反力装置、地锚反力装置。 2、从成桩到开始静载试验的间歇时间，在桩身混凝土强度达到设计要求的前提下，对于砂类土不应少于7天；对于饱和粘性土不应少于25 天。 3、在单桩竖向抗拔静载试验中，若采用天然地基提供反力时，压加于地基的压应力不宜超过地基承载力特征值的 1.5 倍。 4、在单桩水平静载试验中，在水平力作用平面的受检桩两侧应对称安置两个位移计。基准点与试桩净距不应小于 1 倍桩径。 5、按桩的性状和竖向受力情况分类，桩可分为摩擦型桩和 端承型桩。 6、单桩竖向承载力特征值在通过静载试验确定时，在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的 1 %，且不应少于 3 根。 7、单桩竖向抗压静载试验，测读桩沉降量的间隔时间，每级加载后，每第5,10,15min时各测读一次，以后每隔15 min读一次，累计1小时后每隔 30 min读一次。 8、单桩竖向抗压静载试验，卸载观测一般每级卸载值为加载值的 2 倍。全部卸载后，维持 3 小时并需按规定测读。 9、《建筑地基基础设计规范》规定单桩竖向承载力特征值R a为单桩竖向极限承载力的一半。 10、单桩竖向抗压极限承载力对于缓变形曲线，可根据沉降量取S等于 40 mm对应的荷载值；对于桩径大于或等于800mm的桩，可取s等于 0.05 倍桩径对应的荷载值。 (二)单选或多选题(每题1分，共10分) 1、土的显著特性有abd 。 (a)高压缩性(b)高含水量(c)高承载力(d)低承载力 2、端承摩擦桩的桩顶竖向荷载主要由 b 。 (a)桩侧阻力承受(b)桩端阻力承受
甲烷气体检测仪
地址：深圳市龙华新区大浪下岭排新工业区14栋4楼官 网：https://www.wendangku.net/doc/5e9418623.html, 甲烷气体检测仪
地址：深圳市龙华新区大浪下岭排新工业区14栋4楼官网：https://www.wendangku.net/doc/5e9418623.html, 产品描述： 在线式甲烷气体检测仪,适用于各种环境中的甲烷气体体浓度和泄露实时准确检测，采用进口传感器和微控制器技术.响应速度快，测量精度高，稳定性和重复性好等优点.防爆接线方式适用于各种危险场所,并兼容各种控制报警器,PLC,DCS 等控制系统,可以同时实现现场报警预警,4-20mA 标准信号输出,继电器开关量输出;完美显示各项技术指标和气体浓度值;同时具有多种极强的电路保护功能,有效防止各种人为因素,不可控因素导致的仪器损坏; 产品特性： ★进口传感器具有良好的抗干扰性能，使用寿命长达3年; ★采用先进微处理器技术，响应速度快,测量精度高，稳定性和重复性好; ★检测现场具有现场声光报警功能，气体浓度超标即时报警，是危险现场作业的安全保障;★现场带背光大屏幕LCD 显示，直观显示气体浓度/类型/单位/工作状态等; ★独立气室，传感器更换便捷,更换无须现场标定，传感器关键参数自动识别; ★全量程范围温度数字自动跟踪补偿，保证测量准确性; ★半导体纳米工艺超低功耗32位微处量器; ★全软件自动校准,传感器多达6级目标点校准功能,保证测量准确性和线性及数据恢复功能;★具备过压保护,防雷保护,短路保护,反接保护,防静电干扰,防磁场干扰等功能; ★并且具有自动恢复功能,防止发生外部原因,人为原因,自然灾害等造成仪器损坏; ★全中文/英文操作菜单,简单实用,带温度补偿功能; ★ppm,ppm,mg/m3三种浓度单位可自由切换; ★防高浓度气体冲击的自动保护功能; 技术资料： 显示方式：3.5寸液晶显示 温湿度：选配件，温度检测范围：-40～60℃，湿度检测范围：0-100%RH 检测方式：扩散式、流通式、泵吸式可选安装方式：壁挂式、管道式 检测精度：≤±1%线性误差：≤±1% 响应时间：≤3秒（T90）零点漂移：≤±1%（F.S/年） 信号输出：①4-20mA 信号：标准的16位精度4-20mA 输出芯片，传输距离1Km ②RS485信号：采用标准MODBUS RTU 协议，传输距离2Km ③电压信号：0-5V 、0-10V 输出，可自行设置 ④脉冲信号：又称频率信号，频率范围可调（选配） ⑤开关量信号：标配2组继电器，可选第三组继电器，继电器无源触点 防爆标志：ExdII CT6（隔爆型）壳体材料：压铸铝+喷砂氧化/氟碳漆，防爆防腐蚀防护等级：P66工作温度：-30～60℃ 工作电源：24VDC （12～30VDC ）工作湿度：≤95%RH ，无冷凝 尺寸重量：183×143×107mm(L ×W ×H ）1.5Kg(仪器净重)工作压力：0～100Kpa 标准配件：说明书、合格证质保期：3年
烟气排放甲烷CH4检测仪
烟气排放甲烷CH4检测仪 烟气排放甲烷CH4检测仪是针对工业生产过程中高温、高湿、高粉尘、油水混合等恶劣环境，对气体进行预处理与在线监测的解决方案，目标气体经过预处理后，符合气体分析仪所需的干净气体，能最大程度保证气体检测分析的准确度，能有效延长气体传感器的使用寿命，提高传感器的可靠性。 气体预处理系统组成： 1、恒温加热处理装置：保证气体能有效的被冷凝除水 2、三级过滤隔离装置：除油、除尘、干燥 3、温湿度监测装置 4、气体取样装置 5、气体检测装置 6、气体远程传输装置（RS485、RTU433、GPRS、TCP/IP网口传输，可选） 7、气体集中控制与显示装置（可定制，3.5寸液晶屏，uCH4操作系统，可选） 烟气排放甲烷CH4检测仪预处理系统适用范围： 预处理系统，适用于现场湿度不是很大的情况下使用，对气体湿度处理的要求不高，并且要满足以下要求： 1、气体处理温度范围：50℃以下 2、允许经常更换气体干燥过滤芯 3、适合农业大棚、实验室、冷库等常温或低温的场合使用 4、本系统最大的优势是价格便宜环保排放甲烷CH4气体浓度监测仪产品适用于各种环境和特殊环境中的甲烷CH4气体浓度和泄露，在线检测及现场声光报警，对危险现场的作业安全起到了预警作用，此仪器采用进口的电化学传感器和微控制器技术，具有信号稳定，精度高，重复性好等优点，防爆接线方式适用于各种危险场所，并兼容各种控制器，PLC,DCS等控制系统，可以同时实现现场报警和远程显示，报警功能，4-20mA标准信号输出，继电器开关量输出。 烟气排放甲烷CH4检测仪（SK-600-CH4）是一款采用模块化设计、具有智能化传感器检测技术、整体隔爆（d）结构、固定安装方式的有毒气体检测仪。标准配置为带点阵LCD液晶显示、三线制4~20mA模拟和RS485数字信号输出，可选配置为可编程开关量输出等模块，根据用户需求提供定制化产品，还支持输出信号微调等功能，方便系统组网及维护。可检测CH4、CH4、CH4、CH4、SCH4、CH4、NCH4、CH4、ClCH4、CH4等多种
土力学与地基基础考试试题及答案
土力学与地基基础考试试题及答案 一、填空题 1.土的稠度状态依次可分为（固态），（半固态），（可塑态），（流动态），其界限含水量依次是（缩限），（塑限），（液限）。 2.土的天然容重、土粒相对密度、土的含水界限由实验室直接测定，其测定方法分别是（环刀法），（比重瓶法），（烘干法）。 3.桩按受力分为（端承桩）和（摩擦桩）。 4.建筑物地基变形的特征有（沉降量）、（沉降差）、（局部倾斜）和倾斜四种类型。 ５.天然含水量大于（液限），天然孔隙比大于或等于（1.5）的粘性上称为淤泥。 6.土的结构分为以下三种：（单粒结构）、（蜂窝状结构）、（絮状结构）。 7.附加应力自（外荷引起的应力）起算，自重应力自（自重引起的应力）起算。 8.土体受外力引起的压缩包括三部分（固相矿物本身的压缩）、（土中液相水的压缩）、（土中孔隙的压缩）。 1、地基土的工程分类依据为《建筑地基设计规范》，根据该规范，岩土分为（岩石）、（碎石土）、（砂土）、（粉土）、（粘性土）和（人工填土）。 2、地基的极限荷载指（地基剪切破坏发展即将失稳时所能承受的极限荷载）。
3、根据工程（工程重要性）等级、（场地复杂程度）等级和（地基复杂程度）等级，可将岩土工程勘察等级分为甲级、乙级和丙级。 4、按桩的制作分类，可分（预制桩）和（灌注桩）两类。 5、桩身中性点处的摩察力为（0）。 6、土的颗粒级配是指组成土颗粒的搭配比例，可以用颗粒级配曲线表示。其中横坐标代表（粒径），纵坐标代表（小于某粒质量占全部土粒质量的百分比）。 7、土的稠度状态依次可分为（固态），（半固态），（可塑态），（流动态），其界限含水量依次是（缩限），（宿限），（液限）。 8、附加应力自（外荷引起的应力）起算，自重应力自（自重引起的应力）起算。 9、最优含水率是指（在压实功能一定条件下,土最易于被压实、并能达到最大密度时的含水量）。 二、选择题 1.建筑物施工速度较快，地基土的透水条件不良，抗剪强度指标的测定方法宜选用（A）。（A）不固结不排水剪切试验（B）固结不排水剪切试验 （C）排水剪切试验（D）直接剪切试验 2.土的结构性强弱可用（B）反映。 （A）饱和度（B）灵敏度（C）粘聚力（D）相对密实度 3.有一完全饱和土样切满环刀内，称得总重量为72.49克，经
天然气浓度检测系统设计
天然气浓度检测系统设计
第1章绪论 1.1 气体甲烷浓度测试系统研究目的和意义 天然气（主要成分甲烷）是大自然给予我们的巨大财富，它已日渐成为人们生产、生活中不可缺少的能源。人类在利用天然气的过程中也尝到了它的苦头。由于管道设备的老化、地理、气候条件的影响以及人为的破坏，经常会造成泄漏事故的发生。天然气一旦泄漏，不仅会带来经济上的损失和环境污染，还会发生火灾和爆炸，造成人员伤亡事故。因此，对天然气储存、输送设备进行泄漏检测，保障其安全性和可靠性是十分必要的。气体浓度检测是一种常见的检测气体泄漏的方法，具有高效、经济、便于管理等多项优点。因此，在石油天然气以及其他燃气检测中有着重要的地位。 1.2气体巡检在国内外的发展现状 在应用方面，目前最广泛的是基于单片机的可燃性气体的巡检，本设计所应用的是QM-N10型气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控，从工厂企业到居民家庭，应用十分广泛。仅以用于安全保护家用燃气泄漏报警器为例，日本早在1980年1月开始实行安装城市煤气、液化石油气报警器法规，1986年5月日本通产省又实施了安全器具普及促进基本方针。美国目前已有6个州立法，规定家庭、公寓等都要安装CO报警器。报警器种类也相当繁多，有用于一般家庭、集体住宅、饮食餐店、医院、学校、工厂的各种气体报警器和系统，有单体分离型报警器、外部报警系统、集中监视系统、遮断连动系统、防止中毒报警防护系统等。结构型式有袖珍型便携式、手推式、固定式报警等；工业用固定式报警又有壁挂式、台放式、单台监控式、多路巡检式等。气体检测技术与计算机技术相结合，实现了智能化、多功能化。美国工业科学公司（ISC）一台携带式气体监控仪可实现4种气体监测，采用了统一的软件，只需要换气体传感器，即可实现对特定气体监测。美国国际传 2
广谱型可燃气体检测仪 甲烷 沼气 氢气都可测 -40到+80可以正常使用
甲烷检测仪 甲烷是结构最简单的碳氢化合物，也是天燃气、沼气的主要成分。这些气体也统一称为可燃气体。而甲烷检测仪也叫甲烷泄漏报警器、甲烷气体探测器等，因为其属于可燃气体的性质，很多人也会把甲烷检测仪叫成可燃气体检测仪、可燃气体探测器等。 甲烷属于无毒气体，但是由于其极易可燃的性质，危害性不亚于有毒气体。在一定的空间内如果甲烷气体浓度过高，会导致氧气含量降低，人得不到足够的氧供给，这样就容易使人窒息。
检测仪运用最多的场所之一。 深国安甲烷检测仪主要采用原装进口气体传感器，其原始传感器经过
深国安二次开发后形成，具有高精度、稳定性强等特点。由于甲烷气体的易燃易爆性，所以深国安甲烷气体检测仪配置了铝合金防爆外壳且采用本质安全型电路设计，把可能源于甲烷检测仪的着火点给消灭，这样可使甲烷检测仪安全的安装在检测现场中。 根据甲烷易燃易爆的特点，很多时候甲烷检测仪都是配合深国安报警控制器来使用。报警控制器除了可以给甲烷检测仪供电外；还方便统一进行管理；另外，通过报警控制器也可以对电磁阀、风机、喷淋系统等进行相关联动，气体超标报警时，报警控制器内的开关量信号信号也会自动启动/关闭电磁阀、风机、喷淋系统等设备。提高安全指数，做到万无一失。
由于甲烷检测仪属于可燃气体检测仪，技术含量并不是很高，并不能很好的体现出厂家的综合实力，所以用户在购买甲烷检测仪时，最好可以提出厂家提供相关资质证明及可以提问甲烷检测仪的相关知识。 如甲烷检测仪怎么接线、怎么安装等。
甲烷检测仪怎么接线这个问题，这样要看用户选择的是几线制的甲烷检测仪，根据相关提示完成接线即可。如二线制甲烷检测仪单机使用，只需要接电源正、电源负即可（红色线接检测仪电源正、白色线接检 测仪电源负）。
试题库-地基与基础
第一章土的物理性质及分类 一、名词解释 1.液限 2.塑限 3.塑性指数 4.液性指数 二、填空题 1.土是由固体土颗粒、和三相组成的 2.土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低就越。 3.土中各个粒组的相对含量可通过颗粒分析试验得到。对于粒径大于0.075mm的颗粒可用法测定；对于粒径小于0.075mm的颗粒则用法测定。 4.土中液态水可分为和自由水。 5.在土的三相比例指标中，三项基本的试验指标是、、。它们分别可以采用法、法和法测定。 1.水，气体； 2.多； 3.筛分法，比重计 4.结合水； 5.土的密度，土粒相对密度，含水量，环刀法(灌砂法)，比重瓶法，烘干法(烧干法，炒干法)； 三、选择题 1.下列指标可用来评价砂土密实度的是—— (1)含水量；(2)孔隙比；(3)土粒比重；(4)相对密实度。 2.颗粒级配曲线很陡时说明——。 (1)颗粒分布范围较小；(2)颗粒分布范围较大； (3)颗粒形状为扁平状；(4)颗粒形状为针状。 3.粘性土的塑性指数越大，说明——。 (1)土粒比表面积越大；(2)土粒吸附能力越强； (3)土的可塑范围越大；(4)粘粒、胶粒、粘土矿物含量越多。 4.不同状态下同一种土的重度由大到下排列顺序是——。 (1)γsat≥γ≥γd>γ’；(2)γsat≥γ’≥γ>γd； (3)γd≥γ≥γsat>γ’；(4)γd≥γ’≥γsat>γ。 5.不均匀系数的表达式为——。 (1)Cu=；(2)Cu=；(3)Cu=；(4)Cu=。 6.某原状土样处于完全饱和状态，测得含水量W=32.45％，土粒相对密度ds=2.65，液限 WL=36.4％，塑限Wp=18.9％，则该土样的名称及物理状态是——。 (1)粘土，软塑； (2)粉质粘土，可塑； (3)粉质粘土，硬塑；(4)粘土，硬塑。 7.已知A和B两个土样的物理性质试验结果如表1—1—1所示。 (1)A土样比B土样的粘粒含量多；(2)A土样的天然孔隙比小于B土样； (3)A土样的天然密度比B土样大； (4)A土样的干密度大于B土样。 8·无粘性土随着孔隙比的增大，它的密实状态是趋向于——。 (1)密实；(2)松散；(3)不变；(4)不能确定。
甲烷CH4浓度分析仪
甲烷CH4浓度分析仪 甲烷CH4浓度分析仪（SK-600-CH4）是一款采用模块化设计、具有智能化传感器检测技术、整体隔爆（d）结构、固定安装方式的有毒气体检测仪。标准配置为带点阵LCD液晶显示、三线制4~20mA模拟和RS485数字信号输出，可选配置为可编程开关量输出等模块，根据用户需求提供定制化产品，还支持输出信号微调等功能，方便系统组网及维护。可检测CH4、CH4S、CH4、CH4、CH4、SCH4、CH4、CH4、NCH4、CH4、ClCH4、ETO等多种有毒有害气体，详情可咨询东日瀛能。同时我司甲烷CH4传感器销往：河北省、山东省、辽宁省、黑龙江省、吉林省、甘肃省、青海省、河南省、江苏省、湖北省、湖南省、江西省、浙江省、广东省等全国各地。 （注意：甲烷CH4传感器（SK-600-CH4）在不同的应用环境或行业有不同的别名，如甲烷CH4检测仪甲烷CH4变送器甲烷CH4探测器甲烷CH4探头便携式甲烷CH4探头甲烷CH4检测装置） 特点 ■智能化EC传感器，采用本质安全技术，可支持多气体、多量程检测，并可根据用户需求提供定制化产品，无需工具可实现传感器互换、离线标定和零点自校准 ■智能的温度和零点补偿算法，使仪器具有更加优良的性能具有很好的选择性，避免了其他气体对被检测气体的干扰 ■多种信号输出，既可方便接入PLC/DCS等工控系统，也可以作为单机控制使用
■超大点阵LCD液晶显示，支持中英文界面 ■免开盖，红外遥控器操作，单人可维护 ■本地报警指示，一体化声光报警器（选配） ■仪器具有超量程、反极性保护，能避免人为操作不当引起的危险 ■丰富的电气接口，可供用户选择 ■通过ATCH4、UL、CSA等认证，具有国际化高端品质 （同时对于不同行业的针对性应用有：甲烷CH4报警装置高精度甲烷CH4浓度分析仪甲烷CH4检测模块甲烷CH4传感器RS485信号输出甲烷CH4报警器4-20mA信号输出甲烷CH4报警器固定式带液晶显示型甲烷CH4检测仪带显示带声光报警器固定式甲烷CH4检测仪等产品模式） 东日瀛能科技甲烷CH4探头厂家甲烷CH4探头价格详情可咨询东日瀛能SK-600-CH4 技术参数: ■产品名称：甲烷CH4报警器SK-600-CH4 ■检测气体：甲烷CH4 ■检测原理：电化学原理、催化燃烧原理 ■检测范围：0-10ppm、0-20ppm、0-50ppm、0-200ppm、0-5000pp等任意可选 ■分辨率：0.1ppm、0.1ppm、0.2ppm、1ppm、25ppm等可选 ■检测方式：扩散式、泵吸式可选 ■显示方式：液晶显示 ■输出信号：用户可根据实际要求而定，最远可传输2000米（单芯1mm2屏蔽电缆） ①两线制4-20mA电流信号输出（三线制可选） ②RS-485数字信号输出，配合RS232转接卡可在电脑上存储数据（选配） ③2组继电器输出：无源触电容量220VAC3A，24VDC3A（选配） ④报警信号输出：现场声光报警，报警声音：<90分贝（选配） ■检测精度：≤±2%（F.S） ■重复性：≤±1% ■零点漂移：≤±1%（F.S/年） ■报警方式：声、光报警
甲烷浓度采集
工作室课题设计报告 基于物联网的矿井瓦斯灾害预警系统网络节点设计 班级：电子111 姓名：黄兴海 学号：2011131110 指导教师：刘忠富
目录： 一：设计任务及内容----------------------------------------------------------3 二：系统硬件设计-------------------------------------------------------------5 三：系统软件设计-------------------------------------------------------------6 四：系统调试-------------------------------------------------------------------8 五：课程设计总结-------------------------------------------------------------8 六：参考文献-------------------------------------------------------------------9 七：附录-------------------------------------------------------------------------10
一：设计任务及内容 统计分析表明，全国煤矿瓦斯事故占煤矿事故总数的70%。目前，大多数煤矿瓦斯监测系统采用有线和固定传感器组成的网络，需要在矿井内铺设通信线路来传递监测信息。但在生产过程中，矿井结构不断变化，加之有些坑道空间狭小，对通信线路的延伸和维护提出了很高要求。因此，设计无线矿井瓦斯实时监控、预警系统已成为当务之急，是预防煤矿安全事故的有效手段。 随着物联网技术的发展，无线传感网络也随之出现，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。把无线网络技术、单片机控制技术和瓦斯传感器技术结合起来，可以克服目前矿井瓦斯监测系统存在的缺点，实现高可靠性的矿井瓦斯预警系统。 本系统基于物联网技术，把无线传感网络应用到矿井瓦斯灾害预警系统中，采用Zigbee技术，设计完成瓦斯预警系统中无线传感网络节点的硬件电路设计及软件程序设计，并完成实验样机的调试。 系统的结构框图如下图所示： 瓦斯传感器 Zigbee网络数据处理模块报警与显示模块 图1 系统框图 瓦斯灾害预警系统由传感器、无线射频模块、监控中心上位机等组成。系统构建方法是沿矿井坑道每隔一定距离在坑道顶部设置一个Zigbee网络汇聚节点，在汇聚节点附近放置一些固定的流量传感器节点或动态的流量传感器节点。整个系统由地面监控中心、固定及移动传感器节点组成。如图2所示。
地基基础检测试题
地基基础检测内部培训考核试卷 （满分100分，闭卷考试，时间90分钟） 姓名：分数： 一、填空题（每题2分，共10题） 1、影响桩土荷载传递的因素有桩侧土和桩端土的性质，砼强度和长径比。 2、当采用低应变法或声波透射法检测桩身完整性时，受检桩的混凝土强度至少达到设计强度的70%且不少于15MPa。 3、建筑基桩检测技术规范中，对桩身完整性类别分为4 类，如桩身存在明显缺陷，对桩身结构承载力有影响的为Ⅲ类 4、用瞬态激振检验基桩桩身完整性通常使用力锤或力棒，根据所需要的带宽和能量要求，可选择不同轻型、重型的激振设备。 5、声波透射法中的声时值应由仪器测值t i扣除仪器系统延迟时间（即仪器零读数）t0及声波在水及两声测管中的传播时间t，。 6、声波透射法以超声波的声速值和波幅值为主，PSD值、主频值为辅来判断混凝土的质量。 7、基桩竖向静载荷试验时，应满足同一地质条件下不少于 3 根且不宜少于总桩数1%。当工程桩总数在50根以内时，不应少于 2 根。 8、单桩竖向抗压静载试验反力装置有（1）锚桩反力装置、（2）堆载反力装置、（3）堆锚结合反力装置。 9、当采用钻芯法检测桩身完整性时，当桩长为10－30m时，每孔截取3组芯样；当桩长小于10m时，可取2组，当桩长大于30m时，不少于4组。 10、对水泥土搅拌桩或旋喷桩复合地基，进行复合地基静载荷试验确定承载力时，可取s/b 或s/d等于0.006 所对应的压力（s为载荷试验承压板的沉降量；b和d分别为承压板宽度和直径，当其值大于2m时，按2m计算）。
1、一根桩径为φ377mm长为18m的沉管桩，低应变动测在时域曲线中反映的桩底反射为12ms，其桩身混凝土平均波速值为。 （A）3200m/s （B）3000m/s （B）1500m/s 2、当采用频域分析时，若信号中的最高频率分量为1000Hz，则采样频率至少应设置为___ ___。 （A）1000Hz （B）1500Hz （C）2000Hz 3、一根Φ为377mm长18m的沉管桩，（同上2题工地桩）对实测曲线分析发现有二处等距同相反射，进行频率分析后发现幅频曲线谐振峰间频差为250Hz，其缺陷部位在。（A）4m （B）6m （C）8m 4、应力波在桩身中的传播速度取决于。 （A）桩长（B）锤击能量（C）桩身材质 5、低应变检测中一般采用速度传感器和加速传感器，加速度传感器的频响特性优于速度传感器，其频响范围一般为。 （A）0-1 kHz （B）0-2kHz （C）0-5kHz 6、浙江省《建筑地基基础设计规范（DB33-10016-2003）》规定：“加载反力系统一般采用支座桩或支墩横梁反力架装置，该装置能提供的反力应不小于预估最大试验荷载的倍。”（A）1.2 （B）1.5 （C）2.0 7、浙江省《建筑地基基础设计规范（DB33-10016-2003）》规定，单桩竖向抗拔静载荷试验中，当试桩累计上拔量超过后，可终止加载。” （A）50mm （B）80mm （C）100mm 8、单桩水平静载试验规定，试桩至支座桩最小中心距为D，D为桩的最大边长（或直径）。 （A）2 （B）3 （C）4 9、声波透射法中测得的桩身混凝土声速是声波在无限大固体介质中传播的声速。对同一根混凝土桩，声波透射法测出的声速应低应变法测量出的声速。 （A）大于（B）小于（C）等于 10、当钻芯孔为一个时，宜在距桩中心的位置开孔。 （A）0～5cm （B）5～10cm （C）10～15cm