二氧化碳浓度检测设计.doc

目录 1 引言 1 2 系统设计方案 1 3 硬件设计 2 3.1微控制器的概述和选择 2 3.2二氧化碳传感器的概述和选择 3 3.3 A/D转换器概述及其接口电路 4 3.3.1A/D转换芯片概述 4 3.3.2ADC0804与单片机的接口电路 5 3.4液晶显示模块的概述和选择 5 3.4.1液晶显示器概述 5 3.4.2LCD1602与单片机的接口电路 6 3.5报警电路的选择 6 4 系统软件设计 7 4.1主程序设计 7 4.2数据转换程序设计 8 4.3液晶显示程序设计 9 4.4报警程序设计 10 5 仿真及调试 10 6 总结 12 参考文献 13 1 引言 随着人类社会的进步和科学技术的发展，人们的生活水平得到了迅速提高，工业生产规模也迅速扩大，但同时导致了二氧化碳的排放成倍增长，如温室效应，土地荒漠化程度加速等，严重影响并破坏着人类的生存环境。另外，二氧化碳是作物光合作用的主要原料，其含量合适与否直接影响作物的生长。由于不同作物所需的二氧化碳浓度不同，在二氧化碳的增施中又难于控制对其量的排放，所以研制二氧化碳浓度检测器并用于日光温室的农业生产，对提高农业科技含量，促进农业增产、农民增收有着十分重要的意义。 目前检测二氧化碳的方法主要有化学法、电化学法、气相色谱法、容量滴定法等，这些方法普遍存在着价格贵，普适性差等问题，且测量精度还较低。而传感器法具有安全可靠、快速直读、可连续监测等优点。 常用的二氧化碳传感器主要有固体电解式传感器、钛酸钡复合氧化物电容式传感器、电导变化型厚膜式传感器等。这些传感器存在对气体的选择性差、易出现误报、需要频繁校准、使用寿命较短等不足。而红外吸收型二氧化碳传感器具有测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强等特点。为此，本设计采用红外吸收型二氧化碳红外传感器，整个电路设计力求简单易用，快速直读，价格低廉。 2 系统设计方案 本设计是基于红外吸收来实现二氧化碳的浓度检测，传感器采用二氧化碳红外传感器探头，可以实现二氧化碳浓度的显示及上下限浓度的报警等功能。 检测系统是以单片机为控制核心的，整个二氧化碳检测系统主要包括主控制模块、外围电路模块（时钟电路模块、复位电路模块）[4]、数据采集模块、A/D数据转换模块、显示模块、声光报警模块等。数据采集模块采用二氧化碳红外传感器，A/D数据转换模块采用ADC0804模数转换器，显示模块采用LCD1602液晶显示，声光报警模块采用蜂鸣器和发光二极管，主控制模块采用单片机控制。 系统原理框图如图1二氧化碳浓度检测系统原理框图所示。 图1 二氧化碳浓度检测系统原理框图 3 硬件设计 3.1微控制器的概述和选择 计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积庞大。微控制器（单片机）就是在这种情况下诞生的。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/O）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。它的结构与指令功能都是按照工业控制的要求设计的，在智能控制系统中，微控制器得到了广泛的应用[2]。 市场上比较流行的单片机种类主要有Intel公司、Atmel公司和Philip公司的8051系列单片机，Motorola公司的M6800系列单片机，Intel公司的MCS96系列单片机以及Microchip公司的PIC系列单片机等。各个系列的单片机各有所长，在处理速度、稳定性、I/O能力、功耗、功能、价格等方面各有优劣。本文选用Atmel公司生产的AT89C51作为微控制器。AT89C51是Atmel公司生产的一种低功耗、低价格，高性能8位微处理器，可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。 AT89S52的PDIP封装管脚如图3 AT89C51管脚图所示。 图2 AT89C51管脚图 3.2二氧化碳传感器的概述和选择 气体传感器主要可以分为金属氧化物半导体式传感器、固体电解质传感器、红外式传感器等。一般的半导体传感器测量时受环境影响较大，输出线性不稳定，电解式气体传感器气体的重复性比较差，红外线吸收散射式气体传感器灵敏度高，可重复性好，响应时间快[6]。考虑到系统的长期稳定性和经济性选择采用红外二氧化碳传感器。 红外二氧化碳传感器探头结构如图3红外二氧化碳传感器探头结构图所示。 图3 红外二氧化碳传感器探头结构图 本设计所选用的红外二氧化碳传感器基于气体对红外光吸收的郎伯--比尔吸收定律，采用国际上必威体育精装版的电调制红外光源、高灵敏度滤光传感一体化红外传感器、高精度前置放大电路、可拆卸式镀膜气室等，实现不同浓度、气体的高精度连续检测。 图4 NDIR红外气体分析示意图 图4为NDIR红外气体分析原理图。分析二氧化碳气体时，红外光源发射出1～20