一種簡易的透射式能見度測量裝置設計方案

　　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，國防工業生產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，測量結果一目了然。體積小易攜帶，數據實時性好，靈活度大。實驗驗證，本方案基本滿足日常生活所需。

　　1 測量裝置原理及構成框圖

　　該裝置包含了能見度測量系統和CO2測量系統，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，在能見度測量系統中，激光發射管發射激光，硅光電池檢測采樣空間內水平空氣柱的光透過率，光信號轉換成電壓信號，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，直觀反映被測環境能見度的大小。在CO2測量系統中，CO2傳感器使用MG811,該傳感器采用固體電解質電池原理，采樣傳感器敏感電極與參考電極間的電勢差(EMF)，該電勢差經過放大和溫度補償輸入單片機，公式修正轉換成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 硬件和軟件設計

　　2.1 硬件設計

　　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射端、光敏接收端和CO2 傳感電路，用于采集待測信號。控制電路為信號放大電路和數據控制處理單元，用于對采樣到的數據進行分析和處理。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，實時輸出結果，直觀反映當前環境的能見度和CO2 濃度。系統主要功能電路圖如圖3所示。

　　2.1.1 信號采集電路

　　激光發射端采用發射峰值波長為650.0 nm 紅光的激光發射管，微調儀用于對準接收端，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。

　　發射端發射來的激光通過采樣空間由硅光電色敏二極管接收轉換成電信號，通過NE5532可調放大電路放大至0~3.5 V范圍，送入單片機處理。可調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,可探測各種環境下CO2的濃度值。