【正文】 3E O C7C L K10OE9A L E22S T A R T6V C C11D721D620D519D418D38D215D114D017I N 026I N 127I N 31I N 42I N 53I N 64I N 228I N 75GND13I C 1A D C 08 09 BGND+5C L KGNDP 25I N 0P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 26P 2712J4C O N 2GNDV in1GND2V ou t 3U27800+ 12C1 3PC2 P+5 率的 1/6，即 2MHz，所以 ADC0809的時鐘信號頻率為 500KHz。數(shù)據(jù)端接 P0口，其他控制端連接如下圖： 圖 ADC0809接口電路 ADC0809控制端口直接接單片機(jī)普通 I/O口，通過 I/O口模擬 ADC0809時序，實現(xiàn)對ADC0809的控制，從而獲得最終數(shù)模轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。 3261 874U1O P 07123456J1M S 4100R12kR42kR520kR220kR320k+ 12 1212J3S I G N A L+5 本電路選用 op07 運(yùn)算放大器， op07 是高精度低失調(diào)電壓的精密運(yùn)放集成電路 ,用于微弱信號的放大 ,如果使用雙電源 .能達(dá)到最好的放大效果 。 600 ppm 濃度的二氧化碳意味著：每 1,000,000 公升的空氣中有 600 公升的二氧化碳（或在 1 公升的空氣中有 毫升的二氧化碳）。 電路中我們可以測得的 1 腳和 6 腳的電動勢即為 EMF。 在圖 中可以知道，傳感器電源供電端為 3 腳和 4腳。 圖 傳感 器靈敏度曲線圖 圖 傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 （ EMF）關(guān)系表達(dá)式為： EMF=EMF0R Log（ Concentration） （ 2— 1） 其中 EMF0 為 co2 為 0ppm 時，輸出的電壓，一般為 470～ 540mv 之間。 相應(yīng)時間較快只需 5 秒，輸出電壓易于放大，可以使測量電路簡化。 本系統(tǒng)采用的傳感器 MS4100 為固態(tài)電解質(zhì)測量方式，具有對二氧化碳反應(yīng)靈敏，受溫度和濕度影響小，成本低。紅外吸收式的 CO2 傳感器的精度及穩(wěn)定性能都很好，但是由于它需要與光學(xué)系統(tǒng)組裝在一起成為一個完整的裝置。因此了解二氧化碳傳感器的種類，加以選擇十分重要。所以，選擇軟件方案時，要考慮到這些因素； (4)整個系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配； (5)單片機(jī)外接電路較多時，必須考慮其驅(qū)動能力。 LCD 顯示（二氧化碳濃度及各設(shè)置菜單的顯示） C51 單片機(jī) 控制系統(tǒng) 二氧化碳?xì)怏w 傳感器 按鍵控制 語音芯片 揚(yáng)聲器 2 硬件設(shè)計 本應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含 4 部分內(nèi)容 :一是信號采集部分；二是控制單元部分；三是液晶顯示電路；四是語音電路。 設(shè)計框圖如下： 圖 系統(tǒng)總體框圖 二氧化碳濃度為非電量信號，不能由單片機(jī)直接處理，要先經(jīng)過傳感器，將二氧化碳濃度（非電量信號）轉(zhuǎn)化電壓信號（電量信號）。每次播報的內(nèi)容中有很多是重復(fù)的，只有二氧化碳的濃度值是變動的。因此前向通道由傳感器、信號放大電路和 AD 轉(zhuǎn)化電路組成。系統(tǒng)的所需要的功能有： 實現(xiàn)對二氧化碳濃度的測量；語音播放功能；按鍵控制； LCD 顯示功能。二氧化碳濃度通過傳感器轉(zhuǎn)化成電量信號，再通過單片機(jī)進(jìn)行采集處理。該系統(tǒng)能夠?qū)矆龊系亩趸紳舛冗M(jìn)行測量，并且能將測得濃度顯示和語音播報，當(dāng)濃度過高時還可以向辦公室等公共場所的人員進(jìn)行報警提示，使得能及時提醒人員通風(fēng)以降低二氧化碳濃度。二氧化碳傳感器的技術(shù)研究 也越來越成熟，產(chǎn)品的性能也越來越高。 當(dāng)代電子技術(shù)飛速發(fā)展，大規(guī)模集成電路不斷普及應(yīng)用，給人們的生活帶來巨大的變化。 在辦公室的公共場合，二氧化碳測量也十分必須。這 1％氣體當(dāng)中，就有只有一小部分為二氧化碳?xì)怏w，約為 300ppm（百萬分之一，即 ％）。雖然含量較少，但是二氧化碳的作用缺越來越受到高度的重視。二氧化碳在空氣中的含量越高，對人體的影響就越大 ，當(dāng)二氧化碳含量高出 ％時，人體就會感到不舒服，當(dāng)二氧化碳含量超過 10％時，人體就會出現(xiàn)昏迷和死亡。同時人們對于自己的生活質(zhì)量要求也不斷提高。同時，語音芯片應(yīng)用不斷普及，語音芯片產(chǎn)品的發(fā)展也十分迅速，新型號的語音芯片的功能更加強(qiáng)大。公共場所二氧化碳濃度播報器圍繞 AT89S52 來作為核心控制元件設(shè)計整個系統(tǒng)， 通過外圍電路的設(shè)計，利用液晶和語音芯片實現(xiàn)對二氧化碳濃度的現(xiàn)實以及播報。系統(tǒng)中的核心控制單元為單片機(jī)，圍繞單片機(jī)設(shè)計相應(yīng)系統(tǒng)需求功能模塊。對于各部分性能有以下 4點(diǎn)要求。 控制部分 本系統(tǒng)中控制信號主要是用來設(shè)置定時播報時間和報警濃度限值以及按鍵控制語音播報，根據(jù)實際功能的需求，可以通過軟件使按鍵的功能靈活使用，僅需獨(dú)立按鍵即可以達(dá)到控制功能。因此 通過單片機(jī)來動態(tài)調(diào)動語音芯片內(nèi) 的語音內(nèi)容實現(xiàn)相應(yīng)的播報內(nèi)容。然后由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將采集到得電壓信號轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的二氧化碳濃度值。 系統(tǒng)的擴(kuò)展和模塊設(shè)計應(yīng)遵循下列原則： (1)盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，提高設(shè)計的成功率和結(jié)構(gòu)的靈活性； (2)外圍電路配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求； (3)硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。驅(qū)動能力不足時，系統(tǒng)工作不可靠，解決的辦法是增加驅(qū)動能力，增設(shè)線驅(qū)動器或減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。 目前，國際成熟的二氧化碳傳感器有電化學(xué)式、半導(dǎo)體陶瓷式、固體電解質(zhì)式、紅外吸收式等四種原理產(chǎn)品。而這種裝置體積大，價格高，因此，在一 般的公共場合中不方便使用。 二氧化碳傳感器相對于其他一般的煙霧傳感價格較為昂貴，而且技術(shù)相對成熟的產(chǎn)品大多為進(jìn)口， MS4100 在眾多二氧化碳傳感器中，價格適中，性能比較穩(wěn)定，器采用原理是固態(tài)電解質(zhì)測量方式，使用時需要預(yù)熱。而且輸出電壓與二氧化碳?xì)怏w濃度成線性關(guān)系，使得數(shù)據(jù)處理較為簡單 主要參數(shù)： 量程： 0～ 30,000ppm 工作電壓： 5VDC177。 R 為曲線的斜率，一般在 55～ 75 之間。此傳感器的電源 端為加 熱器供電，電源接入方向沒有要求。而公式（ 21）中 R 和 EMF0中都為參數(shù)，所以要求的二氧化碳濃度 Concentration 可從以下公式中求得： RE M FE M Fio nC o n c e n t r a t /)0(10 ?? （ 2— 2） 其中 EMF0=534,R=65 為廠商提供的在 溫度為 25 攝氏度，濕度為 65%時的標(biāo)定值。 ⑵ 放大電路設(shè)計 傳感器的輸出電動勢為 1 腳和 6 腳的差值，因此選擇用差分放大電路實現(xiàn)對電量信號的放大，同時， AD 轉(zhuǎn)換采用 ADC0809,其參考電壓為正 5 伏，因此要把信 號放大到電壓范圍內(nèi)，根據(jù)傳感器靈敏特性曲線知輸出電壓范圍為（ 0～ 540mv），所以電路放大十倍就可以。給 op07 提供正負(fù) 12 伏電壓，而系統(tǒng)中其他部分供電電壓為 +5伏，通過 7805 將 +12 伏電壓轉(zhuǎn)化成 +5 伏，這樣外部供電就只需提供正負(fù) 12伏電壓即可。 ADC0809由一個 8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。 4分頻信號可由兩級 D觸發(fā)器獲得。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 單片機(jī)為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。根據(jù)這個原則，各模塊之間因合理分配。 ⑵ 鍵盤控制 根據(jù)系統(tǒng)功能考慮，系統(tǒng)的按鍵控制有以下 5個功能。關(guān)于播報間隔時間和設(shè)置報警限值，可以采用一個按鍵進(jìn)行功能切換：按第一 次，進(jìn)入播報時間間隔設(shè)置 。這樣的好處是可以使得布局簡單。在顯示濃度值時， 可以通過 P34的按鍵控制語音播報。 1602采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口，其中： 第 1腳： VSS為電源地 第 2腳： VDD接 5V電源正極 第 3腳： V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K的電位器調(diào)整對比度）。 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)端。其他的播報內(nèi)容中的文字信息也有重復(fù)內(nèi)容，因此要充分利用單片機(jī)的控制能力，實 現(xiàn)動態(tài)控制自動調(diào)用語音內(nèi)容組合成播報內(nèi)容。 芯片特點(diǎn)：可錄、放音十萬次，存儲內(nèi)容可以斷點(diǎn)保留一百年。這樣就可以滿足系統(tǒng)的播報要求。系統(tǒng)中將其與 。 如圖 ，可以通過 R12， 10k的電位器來控制輸出音頻的大小 5腳作為輸出腳與 ，為了濾掉低頻濾波，減少雜音以及儲存能量，在R E C24P L A Y23E R A S E25F W D26VOL19FT22SS7S C L K6M O S I5M I S O4M I C +10M I C 11A N A I N9R os c20AGC18R E S E T3LED2V c c d1V s s d28V c c a21V s s a8V c c p14V s s p116V s s p212S P +15S P 13A U D /A U X17I N T /R D Y27U2I S D 17 60+5S1S W P BC7GNDC5+C810u+5GNDC3+C910u+5GNDC4+ C610u+ C 1110uC 10+5GNDvo+ C 13GNDR560kGNDC2 C M K 1M I C R O P H O N E 2R4GND+C1GNDR2R1+5P 23P 22P 21P 20R31kD2LED 5腳和喇叭之間需加上一個 220UF的極性電容。語音放大電路如圖 。 (2)要樹立結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計風(fēng)格，各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化、子程序化。 (4)為提高軟件設(shè)計的總體效率，以簡明、直觀的方法對任務(wù)進(jìn)行描述，在編寫應(yīng)用軟件之前，應(yīng)繪制出程序流程圖。 主程序流程 圖 程序主要要實現(xiàn)的功能：啟動 ADC0809 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，并將所得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成實際的二氧化碳濃度，并且控制液晶顯示，控制語音芯片進(jìn)行語音播報。 ALE 是地址鎖存信號 ,在 ALE 的上升沿， A,B,C 被鎖入地址鎖存器。 ADC0809 程序流程圖 圖 ADC0809 程序流程圖 開始 AlE和 START 置低 查詢 EOC 是否高電平？ 結(jié)束 AlE和 START 置高 AlE和 START 置低 OE 置高 讀取端口數(shù)據(jù) ADC0809 程序代碼主要如下： AD0809_ST=0。 AD0809_ST=0。 其中 GetResult()子程序為讀取 ADC 數(shù)據(jù)端端口的轉(zhuǎn)化數(shù)值 。 接口端的信號邏輯功能如下表： 表 接口端邏輯功能 表 狀態(tài)字輸出口 表 狀態(tài)字功能說明 上述是基本時序和狀態(tài)字的功能，其他指令的格式還有很多不一一列舉，僅介紹本系統(tǒng)中用到得顯示方法。如圖 所示。// 顯示清屏； WriteCode(0x38)。 i=line*0x10。j++) LCD_Showchar(i++,str[j])。 WriteCode(p)。 利用 sprintf 將數(shù)值打印到 buffer 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，其中 buffer 就是字符串緩沖區(qū)，可以直接傳到字符串顯示子程序中送顯示。 數(shù)據(jù)處理程序： DigitalData=GetResult()。 其中 534 對應(yīng)式（ 2— 2）中的 EMF0， 65 對應(yīng)式 (2— 2)中 R ， pow 為指數(shù)函數(shù)。芯片存儲地址從第一個提示音的地址 0