基于单片机二氧化碳浓度测量及播报系统设计.doc

引言 我们的地球被一层大气包围着，其中氧气占21％，78％是氮气，1％是其它气体。这1％气体当中，就有只有一小部分为二氧化碳气体，约为300ppm（百万分之一，即0.03％）。虽然含量较少，但是二氧化碳的作用缺越来越受到高度的重视。大气二氧化碳持续增加，从而对整个地球的气候产生重大影响，让人们对二氧化碳这一微量气体有了新的认识。另一方面，做为植物光和作用的原料气体，二氧化碳的应用技术水平对农业大国来说也是至关重要。 在办公室的公共场合，二氧化碳测量也十分必须。二氧化碳在空气中的含量越高，对人体的影响就越大，当二氧化碳含量高出0.7％时，人体就会感到不舒服，当二氧化碳含量超过10％时，人体就会出现昏迷和死亡。达到20％，人就会在几秒内死亡。因此在人群比较密集的地方，二氧化碳含量是一个非常重要的参数，直接关系到人体舒适度和安全。 当代电子技术飞速发展，大规模集成电路不断普及应用，给人们的生活带来巨大的变化。同时人们对于自己的生活质量要求也不断提高。如何根据实际需求设计二氧化碳浓度测量系统就成为一个具有现实意义的课题。传感技术应用的领域越来越广泛，同时对其的要求也越来越高，需求越来越迫切。二氧化碳传感器的技术研究也越来越成熟，产品的性能也越来越高。同时，语音芯片应用不断普及，语音芯片产品的发展也十分迅速，新型号的语音芯片的功能更加强大。这使得设计一个二氧化碳浓度测量系统在技术层面上的难度逐渐降低。 本文中设计的系统，正是针对人群密集公共场所对二氧化碳浓度测量需求而设计。该系统能够对公共场合的二氧化碳浓度进行测量，并且能将测得浓度显示和语音播报，当浓度过高时还可以向办公室等公共场所的人员进行报警提示，使得能及时提醒人员通风以降低二氧化碳浓度。公共场所二氧化碳浓度播报器围绕AT89S52来作为核心控制元件设计整个系统，通过外围电路的设计，利用液晶和语音芯片实现对二氧化碳浓度的现实以及播报。本系统，具有成本低，技术开发难度小，适用性、灵活性较好，具有一定得应用性。 1设计方案 二氧化碳语音播报器，顾名思义，即该系统实现的功能为对二氧化碳浓度的测试同时对其浓度进行播报。二氧化碳浓度通过传感器转化成电量信号，再通过单片机进行采集处理。系统中的核心控制单元为单片机，围绕单片机设计相应系统需求功能模块。 系统需求分析： 系统需求分析主要是通过系统要求实现的功能对各个模块部分应该所具备的功能进行分析。 本系统基于AT89S52单片机，实现对于室内二氧化碳的浓度测量及及时播报。系统的所需要的功能有：实现对二氧化碳浓度的测量；语音播放功能；按键控制；LCD显示功能。对于各部分性能有以下4点要求。 （1）LCD显示器正确测量结果，测量结果动态变化，并且可以控制切换设置界面菜单； （2）二氧化碳浓度定时播报，可以通过按键控制进行播报，可以实现对浓度值的正确播报 ； （4）系统具有按键控制功能。 1.2方案设计 1.2.1数据采集 通过信号采集电路，主要是将二氧化碳的浓度值这一非电量信号转化为模拟电信号再转化为能通过单片机处理的数字量。因此前向通道由传感器、信号放大电路和AD转化电路组成。 1.2.2控制部分 本系统中控制信号主要是用来设置定时播报时间和报警浓度限值以及按键控制语音播报，根据实际功能的需求，可以通过软件使按键的功能灵活使用，仅需独立按键即可以达到控制功能。 1.2.3显示部分 因为有不同的设置功能要实现，用LCD显示比较方便，可以切换不同设置界面和二氧化碳浓度显示界面。 1.2.4语音播报 单片机控制语音芯片来进行语音播报。每次播报的内容中有很多是重复的，只有二氧化碳的浓度值是变动的。因此通过单片机来动态调动语音芯片内的语音内容实现相应的播报内容。 1.3设计框图 基于以上的功能分析和设计的方案。单片机输入端接收传感器的测量信号和键盘控制信号，输出端控制液晶显示和音乐芯片音乐芯片驱动扬声器放音。 设计框图如下： 图1.1 系统总体框图 二氧化碳浓度为非电量信号，不能由单片机直接处理，要先经过传感器，将二氧化碳浓度（非电量信号）转化电压信号（电量信号）。然后由单片机进行数据处理，将采集到得电压信号转化成对应的二氧化碳浓度值。再通过单片机控制液晶显示浓度值，并控制语音芯片进通过扬声器进行语音播报。按键向单片机提供控制信号， 控制单片机实现报警浓度设置功能。 2硬件设计 本应用系统的硬件电路设计包含4部分内容:一是信号采集部分；二是控制单元部分；三是液晶显示电路；四是语音电路。 系统的扩展和模块设计应遵循下列原则： (1)尽可能选择标准化、模块化的典型电路，提高设计的成功率和结构的灵活性； (2)外围电路配置的水平应充分满足应用系统的功能要求； (3)硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结果与软件方案会产生相互影响，考虑的原则