二氧化碳濃度檢測設計

-.z.目錄1引言波長紅外光的強度，以此表示二氧化碳氣體的濃度。3.3A/D轉換器概述及其接口電路3.3.1A/D轉換芯片概述由模擬量到數字量轉換的器件〔AnalogtoDigitalConverter〕稱為模擬—數字轉換器，簡稱A/D轉換器或ADC；把由數字量到模擬量轉換的器件〔DigitaltoAnalogConverter〕稱為數字—模擬轉換器，簡稱D/A轉換器或DAC[5]。常用的A/D轉換方式有逐次逼近式和雙斜積分式，ADC0804屬于逐次比擬型A/D轉換器，是一款8位、單通道、低價格A/D轉換器，主要特點是：模數轉換時間大約100us，可以滿足差分電壓輸入；具有參考電壓輸入端，含時鐘發(fā)生器，不需要調零等，因而在很多場合得到廣泛應用。ADC0804的封裝如圖5ADC0804管腳圖所示。圖5ADC0804管腳圖DC0804與單片機的接口電路接口是計算機與外部設備交換信息的橋梁，它包括輸入接口和輸出接口。單片機及其接口技術是研究單片機與外部芯片之間如何交換信息的技術，外部的各種信息通過輸入接口送入單片機，而單片機的各種信息通過輸出接口送到外部芯片中，因此單片機需要通過信息轉換器件實現信息的交流與控制[3]。ADC0804與單片機的連接如圖6ADC0804與單片機的接口電路圖所示。圖6ADC0804與單片機的接口電路圖3.4液晶顯示模塊的概述和選擇液晶顯示器概述液晶顯示器即LCD，其應用很廣泛，簡單如手表上的液晶顯示屏，儀表儀器上的液晶顯示器或者是電腦筆記本上的液晶顯示器等。在一般的辦公設備上也很常常見到LCD的足跡。常見的液晶有LCD1602和12864,綜合實用性和經濟性,本設計選用LCD1602液晶顯示器。LCD1602的引腳如圖7LCD1602的引腳圖所示。圖7LCD1602的引腳圖LCD1602與單片機的接口電路LCD1602與單片機的連接如圖8LCD1602與單片機的接口電路所示圖8LCD1602與單片機的接口電路3.5報警電路的選擇當二氧化碳濃度值到達預設的上下限時，微控制器就會啟動蜂鳴器報警裝置，同時紅色LED發(fā)光二極管閃爍。蜂鳴器與家用電氣上的喇叭在用法上也有相似的地方，通常工作電流比擬大，電路上的TTL點評根本上驅動不了蜂鳴器，需要增加一個電流放大電路才可以驅動蜂鳴器發(fā)出聲音，因此，增加了一個三極管來增加通過蜂鳴器的電流。報警電路如圖9聲光報警電路所示。圖9聲光報警電路4系統(tǒng)軟件設計C語一言是一種編譯型程序設計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。C語言是一種構造化程序設計語言，它支持當前程序設計中廣泛采用的由頂向下構造化程序設計技術。此外，C語言程序具有完善的模塊程序構造，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設計方法提供了有力的保障。因此，使用C語言進展程序設計已成為軟件開發(fā)的一個主流。綜上所述，用C語言進展單片機程序設計是單片機開發(fā)與應用的必然趨勢。為便于連接和調試，系統(tǒng)軟件采用模塊化的程序設計方法，將特定功能編成子程序，以調用子程序方式組成程序流。既能做到修改和調試程序方便，又能實現軟件自診斷，提高了軟件的易理解性和易維護性，并為程序的通用性、功能擴展的可行性、以及開發(fā)系列產品共享軟件資源提供了條件。本設計的整個程序主要由主程序和假設干子程序組成。子程序主要有A/D轉換模塊、顯示模塊、報警模塊等組成。4.1主程序設計主程序是控制單片機系統(tǒng)按預定操作方式運轉的程序，它負責組織調用各子程序模塊，完成系統(tǒng)初始化、數據處理、顯示數據等功能。二氧化碳濃度檢測智能化的核心是單片機。系統(tǒng)上電后，單片機AT89C51進入監(jiān)控狀態(tài)，同時完成對各個端口的初始化工作。當紅外傳感器采集到數據時，通過A/D轉換器ADC0804將模擬信號轉化成數字信號，A/D轉換的數據經過單片機進展數據處理，最后將產生的數據通過液晶LCD1602顯示。如果二氧化碳濃度值越限，則啟動聲光報警。主程序流程圖如圖11所示。圖11主程序流程圖4.2數據轉換程序設計由于單片機不能處理模擬信號，而傳感器采集的信號是模擬信號。因此，數據必須經過A/D轉換才能被單片機處理。ADC0809進展A/D數據轉換的程序流程圖如圖12所示。圖12A/D數據轉換程序流程圖4.3液晶顯示程序設計LCD1602屬于字符型液晶，能夠同時顯示32個字符。字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)。首先判斷液晶是否處于忙狀態(tài)，假設忙，則繼續(xù)進展判定，當不忙時，執(zhí)行寫入字符命令，再在LCD上顯示出來。這些都可以放在液晶初始化函數里實現。LCD1602液晶顯示程序流程圖如圖13所示。圖13液晶顯示程序流程圖4.4報警程序設計報警程序主要是通過單片機來控制，通過和液晶上顯示的濃度值作比擬，假設到達濃度報警上下限，則報警程序通過單片機執(zhí)行，蜂鳴器發(fā)出報警聲，發(fā)光二極管被點亮。報警程序流程圖如圖14所示。圖14報警程序流程圖5仿真及調試本系統(tǒng)軟件局部采用C語言編寫，系統(tǒng)硬件電路比擬簡單，主要通過軟件來實現各個模塊之間的協(xié)調運作。調試可以通過使用proteus仿真器調試?？諝庵卸趸紳舛葧绊懭祟惖纳钭飨?，整理出二氧化碳濃度含量與人體生理反響如下：350～450ppm：一般室外環(huán)境；350～1000ppm：空氣清新，呼吸順暢；1000～2000ppm：感覺空氣渾濁，覺得昏昏欲睡；2000～5000ppm：感覺頭痛、嗜睡、輕度惡心；大于5000ppm：可能導致嚴重缺氧，昏迷、甚至死亡。使用proteus仿真時，用光敏電阻代替紅外傳感器，光敏電阻阻值與光照強度成反比[1]，電壓與光敏電阻阻值成正比，因此，濃度與電壓成正比關系。因此，可以將濃度與電壓信號近似處理。首先確定測量的濃度圍為：0～5500ppm，再選取一個光強參考點，由這兩點可以確定濃度隨光照強度變化的方程。系統(tǒng)總體電路圖如圖15所示。圖15系統(tǒng)總體電路圖系統(tǒng)總體電路仿真結果如圖16所示。圖16系統(tǒng)電路仿真結果圖6總結通過大量文獻解讀與資料分析、研究，在導師的指導和同學的幫助下，終于完成了設計任務。本系統(tǒng)設計過程中遇到一些問題，有些已經解決有些還有待改善。系統(tǒng)中主要應用了AT89C51單片機，ADC0804模數轉換芯片，液晶LCD1602以及蜂鳴器及發(fā)光二極管。各個芯片在應用的過程中應注意一些問題。對于AT89C51單片機，應用已經相當普及和廣泛。由于其本身沒有相類似另外單片機集成其他多種功能，在組建系統(tǒng)時只能起到中心控制的作用，其他功能需要依靠其他芯片來組建相應的功能電路。盡管本身功能不是強大，但具有很強的靈活性，根據不同的需求來配合外部電路來實現控制。ADC0804經典的電路接口是利用單片機讀寫口來控制芯片啟動。本系統(tǒng)過I/O口來模擬啟動時序。在實現啟動AD0804的程序調試中，在最開場的時候，通過簡單的將ALE端置高電平，沒能成功。最后通過對時序圖的重新認識，才發(fā)現時序邊沿觸發(fā)。液晶LCD1602雖然不能顯示漢字，但已經可以滿足系統(tǒng)要求，在系統(tǒng)中對LCD的應用比擬簡單，僅是實現字符串。通過對LCD的命令字的了解，可以自行設置顯示效果。經過這段時間的研究設計，反復學習及改良，基于紅外傳感器統(tǒng)的二氧化碳的濃度的檢測功能根本實現，調試的最后數據也到達預期目標。在這個過程中學習到了很多新知識，同時也提高了自己動手操作能力。-.z.參考文獻[1]王慶友,王晉疆等.光電技術[M].:電子工業(yè),2008.06:27-30[2]何立民.單片機應用系統(tǒng)設計[M].