基于ARM的矿用便携式多参数气体检测仪的设计

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，用于存放引导程序、用户程序以及Linux嵌入式操作系统;SDROM作为数据交换存储器，系统运行所使用的程序代码、堆栈和数据一般都调入此存储器运行，以提高系统的运行速度。

本系统选用三星公司的K9F1208芯片作为NAND Flash存储器，单片存储容量为64 MB;采用K802815芯片作为NOR Flash，单片存储容量16MB。

2.5 声光报警模块设计

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显示屏上持续闪烁，提示是哪种气体浓度超限，同时系统驱动蜂鸣器发出声响以及红色发光二极管闪烁，进行声光报警，警示检测人员采取必要的行动。

2.6 通讯接口模块设计

检测仪具有与上位机PC通信的功能，通过串口可将测量数据传输给PC机，同时也可通过PC对检测仪的各项参数进行设置。

由于S3C2440A的输入、输出电平是TTL电平，而PC机配置的是RS232标准串行接口，因此要完成S3C2440A与PC机之间的数据通信，必须对TTL电平进行电平转换。在本系统中使用了SP3232E芯片来完成TTL电子到RS232电平的转换。

2.7 电源模块设计

本系统需要的工作电压有1.3V、3.3V、5V三种，其中S3C2440A内核所需的工作电压为1.3V;气体传感器、LCD显示屏等需要5V电压供电;S3C2440A的I/O口、一些主要的外围器件如SDROM、NORFlash、NAND Flash等需要3.3V电压供电。

检测仪采用可充电锂电池供电，通过5V稳压器LM340A-5获得5V电压，从5V电源通过SPX5205系列LDO稳压芯片获得3.3V和1.3V电压。

3 系统软件设计

根据系统的需求，系统软件设计主要包括嵌入式操作系统Linux的移植和基于Linux操作系统的应用程序设计。

3.1 Linux嵌入式操作系统的移植

传统的系统程序设计中一般采用前后台的工作方式，这种工作方式实时性不强，处理多任务的能力较差，而嵌入式操作系统能及时响应外部异步事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。因此，为提高系统CPU的利用率以及系统的实时性，本设计选择移植入Linux嵌入式操作系统。

Linux是一个源代码开放、功能强大、效率高的实时多任务操作系统，它软件移植方便，可以根据具体的系统进行裁减和优化。Linux操作系统的移植主要包含以下三个部分：引导程序(BootLoader)移植、群伺渲糜氡嘁搿⑽募系统的加载。

3.2 系统应用程序设计

系统应用程序使用C语言进行编写，采用模块化设计的思想，在主程序下分成若干彼此独立的功能子程序，开发工具为VS2005。

系统主程序主要包括系统初始化子程序、按键输入子程序、气体数据采集子程序、LCD显示子程序、声光报警子程序、数据存储子程序、串口通信子程序、串口中断处理子程序等。

系统主程序如图2所示。

4 实验结果

检测仪是井下一线生产人员获得井下安全状况的重要手段。检测仪开机后，自动初始化系统各模块，通过LCD触摸屏显示系统主界面，人为触摸控制各项功能，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。检测仪上电后运行主界面如图3所示。

气体检测主要用于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，也可选择其中的一种气体进行检测;数据存储用以将检测所得数据存放于存储器中，以供历史查询;数据传输是检测仪与上位机PC通信的功能，检测仪可将测量数据传输给PC机，同时也可通过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，可解除报警。

5 结束语

本文以基于ARM9内核的S3C2440A微处理器为核心，结合Linux嵌入式操作系统，设计了一种新型的矿用便携式多参数气体检测仪，本检测仪体积小、携带方便、灵敏度高，能实时准确地检测出矿井中有毒有害气体的浓度，为井下作业人员提供安全保障，具有很高的实用性。