ULN2803A为大电流高电压反相输出芯片，8路信号输入，8路信号输出，输入电平典型值为0V低电平或5V高电平。MSP430F1611输出12路电平信号，其中8路通过ULN2803A接DPY_7-SEG_DP共阳数码管阳极，数码管阴极接一置于放大状态的PNP三极管C极，高电平VCC加在PNP管E极驱动数码管。另外4路信号分别输入一NPN三极管B极，E极接地，C极通过下拉电阻接PNP管，该NPN管起开关作用。当MSP430F1611向ULN2803A输出低电平时，NPN管处于截止状态，电路断开，此时没有电流通过数码管，数码管熄灭。当MSP430F1611向ULN2803A输出5V高电平信号时，NPN三极管处于饱和状态，相当于开关，即MSP430F1611输出为5V高电平时，NPN三极管导通，由于下拉电阻的存在，导致PNP三极管的Vc＜Vb＜Ve，PNP管导通，数码管点亮。
1RS-485通信电路
本检测仪检测参数较多，因此采用基于MAX485芯片的RS-485通信电路，MAX485的检测灵敏度为200mV，即差分输入端UA-UB≥200mV时，输出逻辑1；UA-UB≤-200mV时，输出逻辑0；而在200mV和-200mV之间时，输出为不确定状态。如果总线上所有发送器被禁止，即所有节点都处于接收状态，此时接收器的输出就是不定状态，此时如果接收器输出逻辑0，就会使MSP430F1611的串口误认为收到字节起始位，从而引起工作不正常。解决这一问题的方法是人为地使A端电位高于B端电位，这样使485总线空闲时呈现唯一的高电平，从而使MSP430F1611不会误中断。如图1.3所示，在A端接上拉电阻R27接+5V电源，B端接下拉电阻R26接地，这样就可以很好地解决这个问题。另外在MAX485接收端和发送端都并联了发光二极管，以指示有数据发送和接收。本检测仪采用声光报警结合的方式，6个待检参数有“%”、“ppm”“、℃”3个单位名称，参数种类和单位采用绿色LED显示，MSP430F1611通过4-16译码器CD4514进行LED的选通，并通过2片ULN2803A进行驱动。若某个参数超限，则LED在循环显示到该参数时，呈现闪烁状态，对应的红色LED亮起，同时蜂鸣器报警。本检测仪选用以HT6221为基础设计的FXY遥控器（煤安标志号MFA070096）作为发送端，HS0038B红外接收器作为接收端，HS0038B集成了红外接收元件和预处理滤波电路，直接向微处理器输出数字信号。通过遥控器可对检测仪的各种参数进行调节。1.9泵吸式采样常见的扩散式采样方式易受外界条件干扰，泵吸式采样方式则可以避免或减少此类干扰，从而有效提高精度和响应时间。本检测仪选用5V直流小功率气泵，型号为托马斯（THOMAS）G6/01EB，由MSP430F1611驱动。
2软件设计
检测仪程序采用C语言模块化设计[3]，主要完成数据采集及显示、温度补偿、参数设置、声光报警、气泵开停及RS-485通信等功能。程序采用多种方法降低误差，首先采用中位值滤波法，即每取20个数据，去掉其中的极大值和极小值后其余数值取平均值进行运算，从而有效的避免突发脉冲干扰对检测仪检测值的影响[4]；其次加入看门狗程序，可有效纠正异常程序，防止程序跑飞导致工作异常；最后制定了高效严密的通信协议以确保设备间的正常通信。主程序运算流程图如图2.1所示：
3结论
该型多参数泵吸式检测仪可检测多个参数，集成度高，配套设备数量少，不仅降低了安装难度，也便于维护及观察；采用泵吸式采样方式，解决了原有气体传感器所采用的扩散式采样的缺点，精度高，响应速度快；软硬件设计方面都进行了抗干扰设计，提高了抗干扰性能；采用低功耗高性能MSP430F1611芯片，无需额外使用A/D转换芯片及E2PROM等元件，降低了能耗，节约了成本。同时由于采用泵吸式采样，可以很方便的切换检测区域，因此非常适合用于救生舱和避难硐室的内外环境检测。本检测仪已与原有单参数传感器进行了对比试验、、救生舱内106小时实际运行实验、抗干扰实验。结果表明其具有精度高，响应时间短，能耗低，抗干扰能力强的特点，与原有单参数传感器相比优势明显。
作者：史政 单位：煤炭科学研究总院北京分院
