摘 要 设计了一种以7OXV氧气传感器为采集器件，由电桥不平衡信号取样电路、锯齿波发生电路、电压比较器和脉冲稳幅电路四个部分组成作为系统的氧气检测电路。测氧仪以 STM32F030C8T6单片机为核心，用声光作为报警的提示信号，显示屏作为数据的显示。当氧气浓度低于一定值时，系统立即报警，提示人们此地方不宜运动或者调整运动的时间。当代大学生最流行的校园户外运动者对空气环境越来越严格的要求，本设计制作思路要求易携带，逐步和手机等网络终端连接，达到监测和使用方便的目的。
【关键词】7OXV氧气传感器 PID控制器 STM32单片机
当代大学生最流行的、最提倡的便是校园户外运动，而校园户外运动者对空气环境越来越严格的要求，但随着我国经济的快速发展，空气质量越来越不理想，各种呼吸疾病的发生，使得人们的身体健康面临严峻的挑战。户外运动也越显得重要，而户外运动的地点、适宜的环境就更重要。本产品则是针对空气中的氧气浓度进行监控而设计的。本文所设计出来的大学生校园户外运动便携式测氧系统由电桥不平衡信号取样电路、锯齿波发生电路、电压比较器和脉冲稳幅电路组成作为系统的氧气检测电路，用声光作为报警的提示信号，显示屏作为数据的显示。测氧仪可随时打开对空气中的氧气浓度进行检测。同时采用声光报警系统，当氧气浓度低于一定值时，系统发出提示。
1 总体设计
本次设计是大学生校园户外运动便携式测氧系统，该系统以单片机STM32F030C8T6为核心，包含7OXV氧气传感器采样器、存储器的扩展、LCD显示器、报警装置远程监控等组成。该传感器可以有效的监测室外氧气的浓度，试用范围非常广泛。监测到的信号经过处理，再传送到单片机，经单片机处理后发出指令，如果氧气超过规定值，该系统可以立即发出声光报警进行提示。大学生校园户外运动便携式测氧系统结构框如图1所示。
该系统采用STM32F030C8T6和7OXV氧气传感器采样器，提高了系统的可靠性和抗干扰能力，非常适用于校园户外运动对氧气浓度的监测监控，性能优良，经久耐用，可靠性高。
2 测氧仪硬件系统
2.1 测氧仪控制器
测氧仪采用STM32系列的单片机（型号为STM32F030C8T6）作为核心，以Cortex?-M0 作为内核，64kB ROM 闪存， 8kB RAM，各种增强型外设和 I/O。如 I2C、SPI 和 USART 等通信接口，以及12位ADC、16位计时器和一个高级控制 PWM 计时器。
2.2 电路原理
根据氧气检测原理，设计了氧气检测电路，该电路主要由电桥不平衡信号取样电路、锯齿波发生电路、电压比较器和脉冲稳幅电路四个部分组成。
电桥不平衡信号取样电路，是用此信号去调节电压比较器输出的脉冲电压宽度；锯齿波发生电路，由555构成的时基电路工作在自激状态，振荡频率为1kHz，即周期为T=1ms，输出的锯齿波电压送到电压比较器的正端；电压比较器的负端接受来自取样电路的输出电压Uo2，当锯齿波电压超过控制电压Uo2时，比较器输出电压为高电平，锯齿波回扫时，当其电压值低于Uo2时，比较器输出为低电平，这样将形成一个矩形脉冲电压。在一系列锯齿波作用下，比较器就输出一矩形脉冲电压系列；由高准确度可控稳压管TL431构成的脉冲稳幅电路，当通过TL431的电流在（1～100）mA范围内时，只要分压电阻的温度系数相同，则输出电压有很高的稳定性，从而保证了在输入脉冲幅值变化时，输出脉冲的幅值恒定。为保证有足够的电流通过载体催化元件，设置了由三极管组成的脉冲电流放大环节。
2.3 警报模块
本文中设计了声光报警电路，是采用NPN型S8080三极管驱动，当BEEP端输出低电平时，三极管饱和，此时发光二极管和蜂鸣器发出声光报警。当BEEP端输出高电平时，三极管截止，声光报警停止工作。
2.4 电源模块
电源模块是控制系统的动力中枢，稳定性良好的电源模块是测氧仪顺利完成所有功能的基础。STM32单片机开发板自带5V转3.3 V芯片（MS1117—3.3）。因是户外使用，采用了USB充电，小电池蓄电。
3 测氧仪软件设计
测氧仪的控制系统软件设计是基于Keil Vision5编译，并使用C语言对测氧仪的信号处理模块，信号传送模块，显示模块等进行程序编写。
（1）测氧仪的初始化程序。测氧仪在上电后，软件对测氧仪的硬件做最基本的初始化是必须的，初始化之后，才能各个功能的操作。
（2）主控芯片编程。用于对测氧仪中信号传送的数值进行判断，并实现报警功能。
（3）信号处理程序。从氧气传感器接收模拟信号转换成数字信号，通过传送回单片机主控芯片。
4 结语
本设计通过检测电路、信号处理电路来采集并处理空气中的氧气浓度的数据。同时采用声光报警系统，当氧气浓度低于一定值时，系统立即报警。为户外运动爱好者和校内同学们提供了更健康的运动环境。测氧仪具有结构简单、灵活，高灵敏度，扩展性强，具有较高的性价比等。测氧仪应用STM32F030C8T6大大的提高了系统的可靠性和抗干扰能力，非常适用于各种场所氧气浓度的检测，性能优良，经久耐用，可靠性高。体积小巧，使用方便；5V供电，便于携带。适合在任何地方、任何时刻、不连续监测的场合使用，经久耐用，适合各个阶段人群使用，可降低呼吸疾病发生，非常适合户外运动辅助设备，提高大学生身体健康。同时还具备建构简单，随身充电方便价值，在市场具有实用性和可开发意义。
参考文献
[1]张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2004.
[2]杨振江.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.
作者简介
李海（1982-），江西省人。讲师。研究方向为检测技术与自动化装置。
李媛琼（1995-），女，广东省汕头市人。大学专科学历。主要学习电气自动化方向。
张恩溪（1996-），男，广东省广州市人。大学专科学历。主要学习电气自动化方向。
作者单位
中山职业技术学院机电工程学院 广东省中山市 528404