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正文內(nèi)容

基于單片機的二氧化碳紅外檢測儀設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2025-04-03 10:24 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 所造成的光強減弱為 錯誤 !未找到引用源。時,根據(jù)朗伯 比爾吸收定律: 錯誤 ! 未找到引用源。 ( ) 式中 K為比例常數(shù)。 經(jīng)積分得: 錯誤 ! 未找到引用源。 ( ) 式中: 錯誤 !未找到引用源。 為吸收氣體介質(zhì)的分子總數(shù); 錯誤 !未找到引用源。 為積分常數(shù)。 顯然,有: 錯誤 !未找到引用源。 式中 錯誤 !未找到引用源。 為氣體濃度。 則式( )可寫成: 錯誤 !未找到引用源。 ( ) 式( )表明:光強在氣體介質(zhì)中隨 濃度 錯誤 !未找到引用源。 及厚度 錯誤 !未找 9 到引用源。 按指數(shù)規(guī)律衰減。吸收系數(shù)取決于氣體特性,各種氣體的吸收系數(shù) 錯誤 !未找到引用源。 互不相同。對同一氣體, 錯誤 !未找到引用源。 隨入射波長而變。若吸收介質(zhì)中含 錯誤 !未找到引用源。 種吸收氣體,則式( )應(yīng)改為 錯誤 !未找到引用源。 ( ) 因此對于多種混合氣體,為了分析特定組分,應(yīng)該在傳感器或紅外光源前安裝一個適合分析氣體吸收波長的窄帶濾 光片,使傳感器的信號變化只反映被測氣體濃度變化。 圖 NDIR紅外氣體分析示意圖 圖 為 NDIR 紅外氣體分析原理圖。分析二氧化碳氣體時,紅外光源發(fā)射出 1~ 20錯誤 !未找到引用源。 的紅外光,通過一定長度的氣室吸收后,經(jīng)過一個 錯誤 !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 !未找到引用源。波長紅外光的強度,以此表示二氧化碳氣體的濃度。 A/D 轉(zhuǎn)換器及其接口電路 接口是計算機與外部設(shè)備交 換信息的橋梁,它包括輸入接口和輸出接口。單片機接口技術(shù) 【 18】 是研究單片機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,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(zhuǎn)換器件實現(xiàn)信息的交流與控制。人們把由模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器件( Analog to Digital 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 to Analog Converter)稱為數(shù)字 — 模擬轉(zhuǎn) 10 換器,簡稱 D/A 轉(zhuǎn)換器或 DAC。 常用的 A/D 轉(zhuǎn)換方式有逐次逼近式和雙斜積分式,前者轉(zhuǎn)換時間短,但抗干擾能力差;后者轉(zhuǎn)換時間長,抗干擾能力較強。因此在信號變化緩慢,現(xiàn)場干擾嚴重的場合,易采用雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 在常用的 A/D轉(zhuǎn)換芯片(如 ADC080 ADC083 ICL7109 等)中, ADC0832 與其余幾種有所不同, ADC0832 是 美國國家半導(dǎo)體公司 生產(chǎn)的一種 8 位分辨率 、 雙通道 A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小,兼容性,性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎,其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用 ADC0832 可是使我們了解 A/D轉(zhuǎn)換器 的原理,有助于我們單片機技術(shù)水平的提高。 因此它廣泛應(yīng)用在速度要求不高,而精度要求較高的各種領(lǐng)域中。本文用單片機的串行方式采集 ADC0832 的數(shù)據(jù) 【 19】 。 圖 ADC0832 封裝以及各端子 。 圖 ADC0832封裝以及各端子 ADC0832 的主要 特點 及管腳 ADC0832 的主要 特點 有: 178。 8 位分辨率 ; . 逐次 逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器 11 178。 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換; 178。 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容; 178。 5V 電源供電時輸入電壓在 0~5V 之間; 178。 工作頻率為 250KHZ,轉(zhuǎn)換時間為 32μS ; 178。 一般功耗僅為 15mW; 178。 8P 、 14P— DIP(雙列直插)、 PICC 多種封裝; 178。 商用級芯片溫寬為 0176。C to +70176。C ,工業(yè)級芯片溫寬為 ?40176。C to +85176。C ; 芯片接口說明: 178。 CS 片選 使能,低電平芯片使能。 178。 CH0 模擬輸入通道 0,或作為 IN+/使用。 178。 CH1 模擬輸入通道 1,或作為 IN+/使用。 178。 GND 芯片參考 0 電位(地)。 178。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入,選擇通道控制。 178。 DO 數(shù)據(jù)信號輸出,轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)輸出 。 178。 CLK 芯片時鐘輸入。 178。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入(復(fù)用)。 ADC0832 為 8位分辨率 A/D轉(zhuǎn)換芯片,其最高分辨可達 256 級,可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用,使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32μS ,據(jù)有雙 數(shù)據(jù)輸出 可作為 數(shù)據(jù)校驗 ,以減少數(shù)據(jù)誤差,轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入,使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端,可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。 12 ADC0832 與單片機的接口電路 : 圖 ADC0832 與單片機的接口電路 ADC0832 為 8位分辨率 A/D轉(zhuǎn)換芯片,其最高分辨可達 256級,可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用,使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V之間。芯片轉(zhuǎn) 換時間僅為 32μ S,據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗,以減少數(shù)據(jù)誤轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入,使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端,可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。 單片機對 ADC0832 的控制原理: 正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應(yīng)為 4條數(shù)據(jù)線,分別是 CS、 CLK、 DO、 DI。但由于 DO端與 DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的,所以電路設(shè)計時可以將 DO和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。(見圖 )當(dāng) ADC0832未工作時其 CS輸入端 應(yīng)為高電平,此時芯片禁用, CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進行 A/D轉(zhuǎn)換時,須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作,同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖, DO/DI端則使用 DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI端必須是高電平,表示啟始信號。在第 13 3個脈沖下沉之前 DI端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能,其功能項見表 1。 表 1 如表 1所示,當(dāng)此 2位數(shù)據(jù)為“ 1”、“ 0”時,只對 CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2位數(shù)據(jù)為“ 1”、 “ 1”時,只對 CH1進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為“ 0”、“ 0”時,將 CH0作為正輸入端 IN+, CH1作為負輸入端 IN進行輸入。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為“ 0”、“ 1”時,將CH0作為負輸入端 IN, CH1 作為正輸入端 IN+進行輸入。到第 3 個脈沖的下沉之后 DI端的輸入電平就失去輸入作用,此后 DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4個脈沖下沉開始由 DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7,隨后每一個脈沖下沉 DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0,一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是 從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù),即從第 11個字節(jié)的下沉輸出 DATD0。隨后輸出 8位數(shù)據(jù),到第 19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成,也標(biāo)志著一次 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片,直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。更詳細的時序說明請見表 2。 14 表 2 作為單通道模擬信號輸入時 ADC0832的輸入電壓是 0~5V且 8位分辨率時的電壓精度為 。如果作為由 IN+與 IN輸入的輸入時,可是將電壓值設(shè)定在某一個較大范圍之內(nèi),從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是,在進行 IN+與 IN的輸入時,如果 IN的電 壓大于 IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為 00H。 ADC0832 芯片接口程序的編寫: 為了高速有效的實現(xiàn)通信,我們采用匯編語言編寫接口程序。由于 ADC0832 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間僅為 32μ S,所以 A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采樣頻率可以很快,從而也保證的某些場合對A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)實時性的要求。數(shù)據(jù)讀取程序以子程序調(diào)用的形式出現(xiàn),方便了程序的移植。程序占用資源有累加器 A,工作寄存器 R7,通用寄存器 B 和特殊寄存器 CY。通道功能寄存器和轉(zhuǎn)換值共用寄存器 B。在使用轉(zhuǎn)換子程序之前必須確定通道功能寄存器 B 的值,其賦 值語句為“ MOV B,data”( 00H~03H)。運行轉(zhuǎn)換子程序后的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)值被放入 B 中。子程序退出后即可以對 B 中數(shù)據(jù)處理。 15 圖 ADC0832 數(shù)據(jù)讀取程序流程: 串行通信接口設(shè)計 MCS52單片機內(nèi)部有一個全雙工的串行通信口,即串行接收和發(fā)送緩沖器( SBUF),這兩個在物理上獨立的接收發(fā)送器,既可以接收數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。但接收緩沖器只能讀出不能寫入,而發(fā)送緩沖器則只能寫入不能讀出,它們的地址為 99H。這個通信口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信,亦可實現(xiàn)串行異步通信,還可以構(gòu)成同步移位寄 存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器,就可方便地構(gòu)成標(biāo)準的 RS232 接口 【 19】【 20】 。 RS232 簡介 RS232C 是美國電子工業(yè)協(xié)會( EIA)正式公布的,在異步串行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo) 16 準總線。適用于終端設(shè)備( DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備( DCE)之間的接口。最高數(shù)據(jù)傳送速率可達 ,最長傳送電纜可達到 15 米。 RS232 標(biāo)準定義了 25根引線,對于一般的雙向通信,只需使用串行輸入 RXD,串行輸出 TXD 和地線 GND, RS232 標(biāo)準的電平采用負邏輯,規(guī)定 +3V~ +15V 之間 的任意電平為邏輯 0電平 ,3V~ 15V 之間的任意電平為邏輯 1 電平,與 TTL 和 CMOS 電平是不同的。在接口電路和計算機接口芯片中大都是TTL/CMOS 電平,所以在通信時,必須進行電平轉(zhuǎn)換,以便與 RS232 標(biāo)準的電平匹配。MAX232C 芯片可以完成電平轉(zhuǎn)換這一工作。 MAX232C 芯片是 MAXIM 公司生產(chǎn)的低功耗,單電源雙 RS232 發(fā)送 /接受器。 MAX232C 芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器,可以把輸入的+5V 電源變換為 RS232 輸出電平所需要的177。 10V 電壓,所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的 +5V 電源即可 。 MAX232C 外圍需要 4 個電解電容 C1, C2, C3, C4,它們是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容,其取值均為 1μ F/16V,選用鉭電容并且應(yīng)盡量靠近芯片; C5為 F 的去藕電容。 MAX232C 的引腳 T1IN, T2IN, R1OUT, R2OUT 為接 TTL/CMOS 電平的引腳,引腳 T1OUT, T2OUT, R1IN, R2IN 為接 RS232C 電平的引腳,因此 TTL/CMOS 電平的 T1IN, T2IN 引腳應(yīng)接 MCS51 的串行發(fā)送引腳 TXD; R1OUT, R2OUT 應(yīng)接 MCS51 的串行接收引腳 RXD。與之對應(yīng)的 RS232C 電平的 T1OUT, T2OUT 應(yīng)接 PC 機的接收端 RD; R1IN,R2IN 應(yīng)接 PC機的發(fā)送端 TD。 芯片接口電路 采用 MAX232 接口電路如圖 所: 圖 RS232 接口電路 17 選用其中的一路發(fā)送 /接收, R1OUT 接 MCS51 的 RXD, T1IN 接 MCS51 的 TXD, DB9連接器直接接到 PC 機上。 報警電路 若二氧化碳濃度參數(shù)超標(biāo)時,則啟動蜂鳴器報警,然后單片機控制紅色 LED 發(fā)光二極管閃爍 ,工作人員也可以根據(jù)此情況來查看相應(yīng)的區(qū)域或者采取相應(yīng)的措施。 蜂鳴器簡介 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器,采用直流電壓供電,廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 1. 壓電式蜂鳴器壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。 有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后( ~ 15V 直流工作電壓) ,多諧振蕩器起振 ,輸出 ~ 的音頻信號,阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā) 聲。 2. 電磁式蜂鳴器電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。 接通電源后,振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈,使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下,周期性的振動發(fā)聲。 本文選用的是 XY系列壓電式蜂鳴器, XY系列壓電式蜂鳴器具有耐高溫、低
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