實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔目錄1引言.........................................................................................12系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案...........................................................................13硬件設(shè)計(jì)..................................................................................23.1微控制器的概述和選擇......................................................23.2二氧化碳傳感器的概述和選擇............................................33.3A/D轉(zhuǎn)換器概述及其接口電路..........................................53.3.1A/D轉(zhuǎn)換芯片概述....................................................53.3.2ADC0804與單片機(jī)的接口電路................................53.4液晶顯示模塊的概述和選擇...............................................63.4.1液晶顯示器概述.......................................................63.4.2LCD1602與單片機(jī)的接口電路.................................73.5報(bào)警電路的選擇.................................................................74系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)...........................................................................84.1主程序設(shè)計(jì)........................................................................94.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)...........................................................104.3液晶顯示程序設(shè)計(jì)...........................................................104.4報(bào)警程序設(shè)計(jì)..................................................................115仿真及調(diào)試............................................................................126總結(jié).......................................................................................14參考文獻(xiàn)......................................................................................17文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔引言隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活水平得到了迅速提高，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模也迅速擴(kuò)大，但同時(shí)導(dǎo)致了二氧化碳的排放成倍增長， 如溫室效應(yīng)，土地荒漠化程度加速等，嚴(yán)重影響并破壞著人類的生存環(huán)境。 另外，二氧化碳是作物光合作用的主要原料，其含量合適與否直接影響作物的生長。 由于不同作物所需的二氧化碳濃度不同，在二氧化碳的增施中又難于控制對(duì)其量的排放， 所以研制二氧化碳濃度檢測器并用于日光溫室的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)， 對(duì)提高農(nóng)業(yè)科技含量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收有著十分重要的意義。目前檢測二氧化碳的方法主要有化學(xué)法、 電化學(xué)法、氣相色譜法、容量滴定法等，這些方法普遍存在著價(jià)格貴，普適性差等問題，且測量精度還較低。而傳感器法具有安全可靠、快速直讀、可連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)。常用的二氧化碳傳感器主要有固體電解式傳感器、 鈦酸鋇復(fù)合氧化物電容式傳感器、電導(dǎo)變化型厚膜式傳感器等。 這些傳感器存在對(duì)氣體的選擇性差、 易出現(xiàn)誤報(bào)、需要頻繁校準(zhǔn)、使用壽命較短等不足。而紅外吸收型二氧化碳傳感器具有測量圍寬、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間快、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。為此，本設(shè)計(jì)采用紅外吸收型二氧化碳紅外傳感器， 整個(gè)電路設(shè)計(jì)力求簡單易用，快速直讀，價(jià)格低廉。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)是基于紅外吸收來實(shí)現(xiàn)二氧化碳的濃度檢測， 傳感器采用二氧化碳紅外傳感器探頭，可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳濃度的顯示及上下限濃度的報(bào)警等功能。檢測系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制核心的，整個(gè)二氧化碳檢測系統(tǒng)主要包括主控制文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔模塊、外圍電路模塊（時(shí)鐘電路模塊、復(fù)位電路模塊） [4]、數(shù)據(jù)采集模塊、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、聲光報(bào)警模塊等。數(shù)據(jù)采集模塊采用二氧化碳紅外傳感器，A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊采用 ADC0804 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，顯示模塊采用 LCD1602液晶顯示，聲光報(bào)警模塊采用蜂鳴器和發(fā)光二極管， 主控制模塊采用單片機(jī)控制。系統(tǒng)原理框圖如圖 1二氧化碳濃度檢測系統(tǒng)原理框圖所示。紅外傳感器 液晶LCD1602單A/D轉(zhuǎn)換器片ADC0804電源電路時(shí)鐘電路機(jī)AT89C51復(fù)位電路蜂鳴器發(fā)光二極管圖1二氧化碳濃度檢測系統(tǒng)原理框圖硬件設(shè)計(jì)3.1微控制器的概述和選擇計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐， 但是它畢竟體積龐大。微控制器（單片機(jī)）就是在這種情況下誕生的。它是把中央處理器（ CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出端口（I/O）等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制的要求設(shè)計(jì)的，在智能控制系統(tǒng)中，微控制器得到了廣泛的應(yīng)用 [2]。市場上比較流行的單片機(jī)種類主要有 Intel公司、Atmel 公司和Philip公司文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔的8051系列單片機(jī)，Motorola公司的M6800系列單片機(jī)，Intel公司的MCS96系列單片機(jī)以及 Microchip 公司的PIC系列單片機(jī)等。各個(gè)系列的單片機(jī)各有所長，在處理速度、穩(wěn)定性、 I/O能力、功耗、功能、價(jià)格等方面各有優(yōu)劣。本文選用Atmel 公司生產(chǎn)的AT89C51作為微控制器。AT89C51是Atmel 公司生產(chǎn)的一種低功耗、低價(jià)格，高性能8位微處理器，可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89S52的PDIP封裝管腳如圖3AT89C51管腳圖所示。圖2AT89C51管腳圖3.2二氧化碳傳感器的概述和選擇氣體傳感器主要可以分為金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器、固體電解質(zhì)傳感器、紅外式傳感器等。一般的半導(dǎo)體傳感器測量時(shí)受環(huán)境影響較大， 輸出線性不穩(wěn)定，文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔電解式氣體傳感器氣體的重復(fù)性比較差，紅外線吸收散射式氣體傳感器靈敏度高，可重復(fù)性好，響應(yīng)時(shí)間快 [6]。考慮到系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性選擇采用紅外二氧化碳傳感器。紅外二氧化碳傳感器探頭結(jié)構(gòu)如圖 3紅外二氧化碳傳感器探頭結(jié)構(gòu)圖所示。圖3紅外二氧化碳傳感器探頭結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)所選用的紅外二氧化碳傳感器基于氣體對(duì)紅外光吸收的郎伯 --比爾吸收定律，采用國際上最新的電調(diào)制紅外光源、 高靈敏度濾光傳感一體化紅外傳感器、高精度前置放大電路、可拆卸式鍍膜氣室等，實(shí)現(xiàn)不同濃度、氣體的高精度連續(xù)檢測。圖4NDIR紅外氣體分析示意圖圖4為NDIR紅外氣體分析原理圖。分析二氧化碳?xì)怏w時(shí)，紅外光源發(fā)射出1～20微米錯(cuò)誤!未找到引用源。的紅外光，通過一定長度的氣室吸收后，經(jīng)過文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔一個(gè)4.26微米錯(cuò)誤!未找到引用源。波長的窄帶濾光片后，由紅外傳感器監(jiān)測透過4.26微米錯(cuò)誤!未找到引用源。波長紅外光的強(qiáng)度，以此表示二氧化碳?xì)怏w的濃度。3.3A/D 轉(zhuǎn)換器概述及其接口電路 轉(zhuǎn)換芯片概述由模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換的器件（ Analog toDigital Converter）稱為模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器，簡稱 A/D 轉(zhuǎn)換器或 ADC；把由數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換的器件（Digital toAnalog Converter）稱為數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器，簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC[5]。常用的A/D 轉(zhuǎn)換方式有逐次逼近式和雙斜積分式， ADC0804 屬于逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，是一款8位、單通道、低價(jià)格 A/D轉(zhuǎn)換器，主要特點(diǎn)是：模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)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(shí)鐘發(fā)生器，不需要調(diào)零等，因而在很多場合得到廣泛應(yīng)用。ADC0804的封裝如圖5ADC0804 管腳圖所示。圖5ADC0804管腳圖 與單片機(jī)的接口電路接口是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的橋梁， 它包括輸入接口和輸出接口。單文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔片機(jī)及其接口技術(shù)是研究單片機(jī)與外部芯片之間如何交換信息的技術(shù)， 外部的各種信息通過輸入接口送入單片機(jī)，而單片機(jī)的各種信息通過輸出接口送到外部芯片中，因此單片機(jī)需要通過信息轉(zhuǎn)換器件實(shí)現(xiàn)信息的交流與控制 [3]。ADC0804與單片機(jī)的連接如圖 6ADC0804 與單片機(jī)的接口電路圖所示。圖6ADC0804 與單片機(jī)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(yīng)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(shè)備上也很常常見到LCD的足跡。常見的液晶有 LCD1602和12864,綜合實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性,本設(shè)計(jì)選用LCD1602液晶顯示器。LCD1602的引腳如圖7LCD1602的引腳圖所示。文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔圖7LCD1602的引腳圖 與單片機(jī)的接口電路LCD1602與單片機(jī)的連接如圖 8LCD1602與單片機(jī)的接口電路所示圖8LCD1602 與單片機(jī)的接口電路3.5報(bào)警電路的選擇當(dāng)二氧化碳濃度值達(dá)到預(yù)設(shè)的上下限時(shí)，微控制器就會(huì)啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警裝置，同時(shí)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，通常工作電流比較大，電路上的 TTL點(diǎn)評(píng)基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，需要增加一個(gè)電流放大電路才可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出聲音， 因此，增加了一個(gè)三極文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔管來增加通過蜂鳴器的電流。報(bào)警電路如圖9聲光報(bào)警電路所示。圖9聲光報(bào)警電路系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)C語一言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言， 它兼顧了多種高級(jí)語言的特點(diǎn)， 并具備匯編語言的功能。C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言， 它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。 此外，C語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。因此，使用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的一個(gè)主流。綜上所述，用C語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。為便于連接和調(diào)試，系統(tǒng)軟件采用模塊化的程序設(shè)計(jì)方法， 將特定功能編成子程序，以調(diào)用子程序方式組成程序流。 既能做到修改和調(diào)試程序方便， 又能實(shí)現(xiàn)軟件自診斷，提高了軟件的易理解性和易維護(hù)性， 并為程序的通用性、功能擴(kuò)展的可行性、以及開發(fā)系列產(chǎn)品共享軟件資源提供了條件。 本設(shè)計(jì)的整個(gè)程序主要由主程序和若干子程序組成。子程序主要有 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔等組成。4.1主程序設(shè)計(jì)主程序是控制單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)的程序， 它負(fù)責(zé)組織調(diào)用各子程序模塊，完成系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)處理、顯示數(shù)據(jù)等功能。二氧化碳濃度檢測智能化的核心是單片機(jī)。系統(tǒng)上電后，單片機(jī) AT89C51進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，同時(shí)完成對(duì)各個(gè)端口的初始化工作。當(dāng)紅外傳感器采集到數(shù)據(jù)時(shí)，通過 A/D 轉(zhuǎn)換器ADC0804 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過液晶 LCD1602顯示。如果二氧化碳濃度值越限，則啟動(dòng)聲光報(bào)警。主程序流程圖如圖 11所示。開始LCD初始化啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理N判斷濃度是否越限？Y顯示CO2濃度 報(bào)警結(jié)束圖11主程序流程圖文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔4.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)由于單片機(jī)不能處理模擬信號(hào)， 而傳感器采集的信號(hào)是模擬信號(hào)。 因此，數(shù)據(jù)必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換才能被單片機(jī)處理。ADC0809進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的程序流程圖如圖 12所示。開始 A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換LCD初始化 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 結(jié)束圖12A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序流程圖4.3液晶顯示程序設(shè)計(jì)LCD1602屬于字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 32個(gè)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)，若忙，則繼續(xù)進(jìn)行判定，當(dāng)不忙時(shí)，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(shù)里實(shí)現(xiàn)。LCD1602液晶顯示程序流程圖如圖 13所示。文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔入口初始化LCD 取顯示首地址延時(shí) 寫數(shù)據(jù)寫LCD指令 讀數(shù)據(jù)并顯示寫顯示行列返回地址圖13液晶顯示程序流程圖4.4報(bào)警程序設(shè)計(jì)報(bào)警程序主要是通過單片機(jī)來控制， 通過和液晶上顯示的濃度值作比較， 若到達(dá)濃度報(bào)警上下限，則報(bào)警程序通過單片機(jī)執(zhí)行， 蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。報(bào)警程序流程圖如圖 14所示。文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔開始讀取濃度值報(bào)警N Y判斷濃度是否越限？結(jié)束圖14報(bào)警程序流程圖仿真及調(diào)試本系統(tǒng)軟件部分采用 C語言編寫，系統(tǒng)硬件電路比較簡單，主要通過軟件來實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的協(xié)調(diào)運(yùn)作。調(diào)試可以通過使用 proteus 仿真器調(diào)試?？諝庵卸趸紳舛葧?huì)影響人類的生活作息， 整理出二氧化碳濃度含量與人體生理反應(yīng)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(dǎo)致嚴(yán)重缺氧，昏迷、甚至死亡。使用proteus 仿真時(shí)，用光敏電阻代替紅外傳感器，光敏電阻阻值與光照強(qiáng)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(guān)系。因此，可以將濃度與電壓信號(hào)近似處理。首先確定測量的濃度圍為： 0～5500ppm，再選取一個(gè)光強(qiáng)參考點(diǎn)，由這兩點(diǎn)可以確定濃度隨光照強(qiáng)度變化的文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔方程。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(jié)果如圖 16所示。文案大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文檔圖16系統(tǒng)電路仿真結(jié)果圖總結(jié)通過大量文獻(xiàn)解讀與資料分析、 研究，在導(dǎo)師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下， 終于完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中遇到一些問題， 有些已經(jīng)解決有些還有待改善。系統(tǒng)中主要應(yīng)用了 AT89C51 單片機(jī)，ADC0804 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，液晶LCD1602以及蜂鳴器及發(fā)光二極管。各個(gè)芯