基于單片機的二氧化碳紅外檢測儀設計開題報告

一、選題意義本研究是基于單片機的二氧化碳紅外檢測儀設計，旨在檢測二氧化碳濃度，以方便生活生產等需要。1.理論意義工業(yè)化高速發(fā)展帶來了空氣污染的加劇，嚴重威脅著人類的生存環(huán)境。二氧化碳是室內空氣中的主要污染物，因此它的濃度是室內和公共場所檢測的重要指標之一。當室內二氧化碳體積百分數(shù)達到3％時，人體呼吸程度加深；達到4％時，產生頭暈、頭痛、耳鳴、眼花、血壓上升；達到8％一10％時，呼吸困難、脈搏加快、全身無力、肌肉由抽搐至痙攣、神智由興奮至喪失；達到30％時，可能出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。因此空氣中室內二氧化碳濃度的高低可以反映有害氣體的綜合水平，確定室內空氣中二氧化碳的濃度，是研究其對人體影響的必要條件。我國國家標準GB/T17094—1997中規(guī)定了室內空氣中二氧化碳的濃度限值為0.10%（小時平均值）。便攜式CO2紅外線分析儀是檢測室內CO2的常用儀器，以下主要介紹該儀器的工作原理、檢定方法及常見故障。CO2在正常大氣層含量為0.03%，當濃度達到0.05%時就會對人體產生危害。C02的增加還將影響氣溫變化，促進大氣污染的發(fā)生，危害人類的生存環(huán)境。另外C02在所有溫室效應氣體中，對溫室效應的作用較大，占60%。因此C02已成為溫室氣體削減與控制的重點。但目前我國還投有制訂出C02的標準分析方法.推薦的分析方法有非分散紅外氣體分析儀法、容量滴定法和氣相色譜法?，F(xiàn)多采用非分散紅外線氣體分析儀法。此方法的缺點是無法消除CO、碳氫化合物和水氣的干擾。紅外線分析器測量溫室氣體的優(yōu)點2.現(xiàn)實意義隨著國民經濟的迅速增長,農業(yè)研究和應用技術越來越受到重視,特別是日光溫室已經成為高效農業(yè)的一個重要組成部分?，F(xiàn)代化農業(yè)生產中的重要一環(huán)就是對農業(yè)生產環(huán)境的一些重要參數(shù)進行檢測和控制。例如:二氧化碳濃度,空氣的溫度,濕度等。在農業(yè)種植問題中,溫室環(huán)境與生物的生長,發(fā)育,能量交換密切相關,進行環(huán)境測控是實現(xiàn)溫室生產管理自動化,科學化的基本保證,通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,結合作物生長發(fā)育規(guī)律,控制環(huán)境條件,使作物達到優(yōu)質,高產,高效的栽培目的.以日光溫室為代表的現(xiàn)代農業(yè)設施在現(xiàn)代化農業(yè)生產中發(fā)揮著巨大的作用。溫室內的二氧化碳濃度,溫度與濕度等參數(shù),直接關系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設施已經發(fā)展到比較完備的程度,并形成了一定的標準,但是價格非常昂貴,缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件。而當今大多數(shù)對溫室二氧化碳濃度,溫度,濕度的檢測與控制都采用人工管理,這樣不可避免的有測控精度低,勞動強度大及由于測控不及時等弊端,容易造成不可彌補的損失,結果不但大大增加了成本,浪費了人力資源,而且很難達到預期的效果。因此,為了實現(xiàn)高效農業(yè)生產的科學化并提高農業(yè)研究的準確性,推動我國農業(yè)的發(fā)展,必須大力發(fā)展農業(yè)設施與相應的農業(yè)工程,科學合理地調節(jié)溫室內二氧化碳的濃度,溫度以及濕度,使大棚內形成有利于蔬菜,水果生長的環(huán)境,是大棚蔬菜和水果早熟,優(yōu)質,高效益的重要環(huán)節(jié).由于單片機及各種電子器件性價比的迅速提高,使得這種要求變?yōu)榭赡?本論文提出一種以AT89S52單片機為核心的檢測器,主要是為了對日光溫室內二氧化碳濃度,溫度以及濕度進行有效,可靠地檢測而設計的。二．論文綜述一般認為，二氧化碳的濃度是辦公室和家里空氣質量指標之一，它可以告訴人們是否需要進行通風。目前最好的二氧化碳測量器件是一種應用了非色散紅外吸收方法制成的傳感器。該應用主要依據(jù)是二氧化碳對波長為4270nm紅外線的吸收作用，該傳感器以較高的精度對空氣中二氧化碳分壓進行測量。特別是高濃度下二氧化碳的確切含量進行測量。如果二氧化碳濃度較低，就需要一個較長的光學通道。同時需要一個較大面積的傳感器。由于涉及高精度的光學器件，使得成本非常高。而濕電解型二氧化碳傳感器由于穩(wěn)定性一般和壽命較短。一般也不作為首選的傳感器。氣體型二氧化碳傳感器由于穩(wěn)定性和重復性差，而且輸出易受環(huán)境濕度、溫度、灰塵的影響。也阻礙了它的大規(guī)模應用。幾年以前，一家知名的半導體氣體型傳感器制造商Figaro成功地研制出了一個能長期穩(wěn)定工作的二氧化碳傳感器TGS4160（價格約為700元），它具有優(yōu)良的重復性，并受環(huán)境因素影響較小。國外有關研究的綜述西方發(fā)達國家在現(xiàn)代溫室測控技術上起步比較早.20世紀60年代,生產型的高級溫室開始應用于農業(yè)生產,奧地利首先建成了番茄生產工廠,年代后荷蘭,70日本,美國,英國,以色列等國家的溫室園藝迅猛發(fā)展,溫室設施廣泛應用于園藝作物生產,畜牧業(yè)和水產養(yǎng)殖業(yè).隨著計算機技術的進步和智能控制理論的發(fā)展,近百年來,溫室大棚作為設施農業(yè)的重要組成部分,其自動控制和管理技術不斷得以提高,在世界各地都得到了長足的發(fā)展。特別是二十世紀70年代電子技術的迅猛發(fā)展和微型計算機的出現(xiàn),更使溫室大棚環(huán)境控制技術產生了革命性的變化。80年代,隨著微型計算機日新月異的進步和價格大幅度下降,以及對溫室控制要求的提高,以微機為核心的溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng),在歐美得到了長足的發(fā)展,并邁入了網(wǎng)絡化,智能化階段。目前,國外現(xiàn)代化溫室的內部設施己經發(fā)展到比較完備的程度,并形成了一定的標準。溫室內的各環(huán)境因子大多由計算機集中控制,檢測傳感器也較為齊全,如溫室內外的溫度,濕度,光照度,二氧化碳濃度,營養(yǎng)液濃度等,由傳感器的檢測基本上可以實現(xiàn)對各個執(zhí)行機構的自動控制,如無級調節(jié)的天窗通風系統(tǒng),濕簾與風扇配套的降溫系統(tǒng),由熱水鍋爐或熱風機組成的加溫系統(tǒng),可定時噴灌或滴灌的灌溉系統(tǒng),二氧化碳施肥系統(tǒng),以及適用于溫室作業(yè)的農業(yè)機械等。計算機對這些系統(tǒng)的控制己經不是簡單的,獨立的,靜態(tài)的直接數(shù)字控制,而是基于環(huán)境模型上的監(jiān)督控制,以及基于專家系統(tǒng)上的人工智能控制,一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎上正在向著完全自動化,無人化的方向發(fā)展。紅外線分析器在農業(yè)生產中的應用目前,隨著日光溫室的迅速增多,人們對其性能要求也越來越高,特別是為了提高生產效率,對溫室的自動化程度要求也越來越高。中國農業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農業(yè)這條道路,隨著國民經濟的迅速增長,農業(yè)研究和應用技術越來越受到重視,特別是日光溫室已經成為高效農業(yè)的一個重要組成部分。現(xiàn)代化農業(yè)生產中的重要一環(huán)就是對農業(yè)生產環(huán)境的一些重要參數(shù)進行檢測和控制。例如:二氧化碳濃度,空氣的溫度,濕度等。在農業(yè)種植問題中,溫室環(huán)境與生物的生長,發(fā)育,能量交換密切相關,進行環(huán)境測控是實現(xiàn)溫室生產管理自動化,科學化的基本保證,通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,結合作物生長發(fā)育規(guī)律,控制環(huán)境條件,使作物達到優(yōu)質,高產,高效的栽培目的.以日光溫室為代表的現(xiàn)代農業(yè)設施在現(xiàn)代化農業(yè)生產中發(fā)揮著巨大的作用。溫室內的二氧化碳濃度,溫度與濕度等參數(shù),直接關系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設施已經發(fā)展到比較完備的程度,并形成了一定的標準,但是價格非常昂貴,缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件。而當今大多數(shù)對溫室二氧化碳濃度,溫度,濕度的檢測與控制都采用人工管理,這樣不可避免的有測控精度低,勞動強度大及由于測控不及時等弊端,容易造成不可彌補的損失,結果不但大大增加了成本,浪費了人力資源,而且很難達到預期的效果。因此,為了實現(xiàn)高效農業(yè)生產的科學化并提高農業(yè)研究的準確性,推動我國農業(yè)的發(fā)展,必須大力發(fā)展農業(yè)設施與相應的農業(yè)工程,科學合理地調節(jié)溫室內二氧化碳的濃度,溫度以及濕度,使大棚內形成有利于蔬菜,水果生長的環(huán)境,是大棚蔬菜和水果早熟,優(yōu)質,高效益的重要環(huán)節(jié).由于單片機及各種電子器件性價比的迅速提高,使得這種要求變?yōu)榭赡?本論文提出一種以AT89S52單片機為核心的檢測器,主要是為了對日光溫室內二氧化碳濃度,溫度以及濕度進行有效,可靠地檢測而設計的。紅外線分析器在近地層空氣二氧化碳濃度觀測中的應用近地層空氣二氧化碳濃度更接近人的生活，主要受植被類型、氣候、土壤、人為活動等因素影響，研究近地層空氣二氧化碳濃度變化，有助于增強對大氣圈、土壤圈、水圈、生物圈和巖石圈，以及它們之間相互作用的理解和認識。近地層大氣特點是：動量、熱量和水汽乃至其它物質的輸送，在地表狀態(tài)均勻、無劇烈天氣變化的時候，垂直輸送通量隨高度近似不變，可以認為各種通量近似為常值。對于大氣二氧化碳濃度的研究，我國已有一些研究報道，前人通過定位觀測、飛機觀測和衛(wèi)星觀測等多種形式，對大氣二氧化碳濃度、本底、基準進行了研究，并積累了大量的資料。由于地貌類型的多樣性和土地利用／覆蓋變化的不同，近地層二氧化碳濃度存在區(qū)域性差異。國內有關研究的綜述紅外線氣體分析器是利用紅外線對所檢測的氣體具有特殊吸收的原理進行分析測量的儀器。待分析氣體組分的濃度與紅外線吸收的輻射能存在密切的相關關系，氣體組分的濃度不同，紅外線吸收輻射能不同，剩余的輻射能在檢測器上溫度升高的程度不同，動片薄膜兩邊所受的壓力不同，從而產生電容檢測器電信號，達到獲得待分析氣體組分的濃度大小之目的。紅外線氣體分析器一般分作兩種類型：分光型和不分光型，以下所述為不分光型紅外線氣體分析器，簡稱紅外線氣體分析器。紅外線氣體分析器可用來分析各種雙原子氣體，如CH4、C2H4、C2H2、C2H50H、C3H6、C3H8、NH3、C02、CO、N20、以及水蒸氣等，其中C02、CH4和N20為溫室氣體，即紅外線對這些氣體具有特殊吸收。但是，紅外線不能分析同一種原子構成的多原子氣體和惰性氣體口N2、C12、He、Ne、Ar等.紅外線氣體分析儀具有精度和靈敏度高、測量范圍寬、響應速度快、選擇性好、穩(wěn)定性和可靠性高、壽命長、低成本等特點可以實現(xiàn)多組分氣體同時測量、連續(xù)或間斷分析等自動化控制。紅外線分析器作為重要的一類儀器，主要應用于環(huán)保、氣象、化工、農業(yè)、林業(yè)、醫(yī)藥、石油、冶金、電廠、水泥、陶瓷、國防等領域。目前國內外對溫室氣體的測量，越來越多地使用紅外線氣體分析器。紅外線分析器在農業(yè)生產中的應用目前,隨著日光溫室的迅速增多,人們對其性能要求也越來越高,特別是為了提高生產效率,對溫室的自動化程度要求也越來越高。中國農業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農業(yè)這條道路,隨著國民經濟的迅速增長,農業(yè)研究和應用技術越來越受到重視,特別是日光溫室已經成為高效農業(yè)的一個重要組成部分。現(xiàn)代化農業(yè)生產中的重要一環(huán)就是對農業(yè)生產環(huán)境的一些重要參數(shù)進行檢測和控制。例如:二氧化碳濃度,空氣的溫度,濕度等。在農業(yè)種植問題中,溫室環(huán)境與生物的生長,發(fā)育,能量交換密切相關,進行環(huán)境測控是實現(xiàn)溫室生產管理自動化,科學化的基本保證,通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,結合作物生長發(fā)育規(guī)律,控制環(huán)境條件,使作物達到優(yōu)質,高產,高效的栽培目的.以日光溫室為代表的現(xiàn)代農業(yè)設施在現(xiàn)代化農業(yè)生產中發(fā)揮著巨大的作用。溫室內的二氧化碳濃度,溫度與濕度等參數(shù),直接關系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設施已經發(fā)展到比較完備的程度,并形成了一定的標準,但是價格非常昂貴,缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件。而當今大多數(shù)對溫室二氧化碳濃度,溫度,濕度的檢測與控制都采用人工管理,這樣不可避免的有測控精度低,勞動強度大及由于測控不及時等弊端,容易造成不可彌補的損失,結果不但大大增加了成本,浪費了人力資源,而且很難達到預期的效果。因此,為了實現(xiàn)高效農業(yè)生產的科學化并提高農業(yè)研究的準確性,推動我國農業(yè)的發(fā)展,必須大力發(fā)展農業(yè)設施與相應的農業(yè)工程,科學合理地調節(jié)溫室內二氧化碳的濃度,溫度以及濕度,使大棚內形成有利于蔬菜,水果生長的環(huán)境,是大棚蔬菜和水果早熟,優(yōu)質,高效益的重要環(huán)節(jié).由于單片機及各種電子器件性價比的迅速提高,使得這種要求變?yōu)榭赡?本論文提出一種以AT89S52單片機為核心的檢測器,主要是為了對日光溫室內二氧化碳濃度,溫度以及濕度進行有效,可靠地檢測而設計的。紅外線分析器在近地層空氣二氧化碳濃度觀測中的應用近地層空氣二氧化碳濃度更接近人的生活，主要受植被類型、氣候、土壤、人為活動等因素影響，研究近地層空氣二氧化碳濃度變化，有助于增強對大氣圈、土壤圈、水圈、生物圈和巖石圈，以及它們之間相互作用的理解和認識。近地層大氣特點是：動量、熱量和水汽乃至其它物質的輸送，在地表狀態(tài)均勻、無劇烈天氣變化的時候，垂直輸送通量隨高度近似不變，可以認為各種通量近似為常值。對于大氣二氧化碳濃度的研究，我國已有一些研究報道，前人通過定位觀測、飛機觀測和衛(wèi)星觀測等多種形式，對大氣二氧化碳濃度、本底、基準進行了研究，并積累了大量的資料。由于地貌類型的多樣性和土地利用／覆蓋變化的不同，近地層二氧化碳濃度存在區(qū)域性差異。本人對上述綜述的評價我國現(xiàn)代溫室技術起步較晚,70年代以來,政府大力發(fā)展以塑料大棚,節(jié)能日光溫室為主的設施農業(yè),促進了農村經濟的發(fā)展和緩和了蔬菜季節(jié)性短缺矛盾。與此同時,從1979年至1994年,從歐美,日本等國家引進了一系列現(xiàn)代化溫室進行實驗研究。引進的溫室與我國傳統(tǒng)溫室比較,其空間大,便于進行機械作業(yè),生產率與資源利用率比較高,為我國溫室的發(fā)展提供了借鑒作用.但這些溫室也存在著許多不足之處,主要表現(xiàn)在:價格昂貴,國內農業(yè)生產目前難以接受。缺乏與我國氣候特點相適應的溫室測控軟件.目前我國引進溫室的測控系統(tǒng)大多投資大,運行費用過高,并且測控系統(tǒng)中所側重考慮的環(huán)境參數(shù)與我國的氣候特點存在矛盾?？刂品绞奖容^簡單,軟件實現(xiàn)模式固定,不能進行功能擴展。隨后在我國出現(xiàn)了一些國外的仿造產品,但均沒有面向我國廣大農村現(xiàn)有的1000萬畝傳統(tǒng)溫室的改造工程。所以,傳統(tǒng)的方法,人們主要還是采用溫度計,濕度計來采集溫度值和濕度值,通過人工操作加熱,加濕,通風和降溫來控制溫濕度。因此,以上產品的推廣使用價值仍然不大?？傮w上說,我國自行開發(fā)的溫室測控系統(tǒng)其技術水平和調控能力與發(fā)達國家還有一定的差距。而我國綜合環(huán)境測控技術的研究剛剛起步,目前仍然停留在研究單個或少量環(huán)境因子調控技術的階段,而實際上,溫室內的光照度,溫度,濕度,二氧化碳濃度等環(huán)境因素,都是在相互影響,相互制約的狀態(tài)中對