【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 作原理本課題所選用的二氧化碳傳感器是美國(guó)telaire公司生產(chǎn)的紅外二氧化碳傳感器6004，此傳感器基于氣體對(duì)紅外光吸收的郎伯比爾吸收定律，采用國(guó)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(cè)。其測(cè)量精度：二氧化碳濃度相對(duì)誤差2%；檢測(cè)重復(fù)性1%；測(cè)量范圍：二氧化碳濃度0～5%。：當(dāng)紅外光通過(guò)待測(cè)氣體時(shí)，這些氣體分子對(duì)特定波長(zhǎng)的紅外光有吸收作用，其吸收關(guān)系服從朗伯比爾吸收定律。設(shè)入射光是平行光，其強(qiáng)度為，出射光的強(qiáng)度為，氣體介質(zhì)的厚度為．當(dāng)由氣體介質(zhì)中的分子數(shù)的吸收所造成的光強(qiáng)減弱為時(shí)，根據(jù)朗伯比爾吸收定律： （）式中K為比例常數(shù)。經(jīng)積分得： （）式中：為吸收氣體介質(zhì)的分子總數(shù)；為積分常數(shù)。顯然，有：式中為氣體濃度。則式（）可寫(xiě)成： （）式（）表明：光強(qiáng)在氣體介質(zhì)中隨濃度及厚度按指數(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)互不相同。對(duì)同一氣體，隨入射波長(zhǎng)而變。若吸收介質(zhì)中含種吸收氣體，則式（）應(yīng)改為 （）因此對(duì)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(gè)適合分析氣體吸收波長(zhǎng)的窄帶濾光片，使傳感器的信號(hào)變化只反映被測(cè)氣體濃度變化。 NDIR紅外氣體分析示意圖。分析二氧化碳?xì)怏w時(shí)，紅外光源發(fā)射出1～20的紅外光，通過(guò)一定長(zhǎng)度的氣室吸收后，，以此表示二氧化碳?xì)怏w的濃度。 A/D轉(zhuǎn)換器及其接口電路接口是計(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。單片機(jī)接口技術(shù)【18】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(guò)輸入接口送入單片機(jī)，而單片機(jī)的各種信息通過(guò)輸出接口送到外部芯片中，因此單片機(jī)需要通過(guò)信息轉(zhuǎn)換器件實(shí)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(chēng)為模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)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(chēng)為數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)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(shí)間短，但抗干擾能力差；后者轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，抗干擾能力較強(qiáng)。因此在信號(hào)變化緩慢，現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重的場(chǎng)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ADC080ADC083ICL7109等）中，ADC0832與其余幾種有所不同，ADC0832 是美國(guó)國(guó)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?xún)r(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)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(jī)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(jī)的串行方式采集ADC0832的數(shù)據(jù)【19】。 ADC0832封裝以及各端子。 ADC0832封裝以及各端子 ADC0832的主要特點(diǎn)及管腳ADC0832的主要特點(diǎn)有： 8位分辨率；. 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器 雙通道A/D轉(zhuǎn)換； 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； 5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間； 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS； 一般功耗僅為15mW； 8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC 多種封裝； 商用級(jí)芯片溫寬為0176。C to +70176。C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為?40176。C to +85176。C；芯片接口說(shuō)明： CS 片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/使用。 CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/使用。 GND 芯片參考0 電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。 DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 CLK 芯片時(shí)鐘輸入。 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(dá)256級(jí)，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(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)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(guò)DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。 ADC0832 與單片機(jī)的接口電路： ADC0832 與單片機(jī)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(dá)256級(jí)，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(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)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(guò)DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。 單片機(jī)對(duì)ADC0832 的控制原理：正常情況下ADC0832 與單片機(jī)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(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。（）當(dāng) ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，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(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK 輸入時(shí)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(hào)。在第1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第3個(gè)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(xiàng)見(jiàn)表1。表1如表1所示，當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN進(jìn)行輸入。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3 個(gè)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(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下沉開(kāi)始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下沉輸出DATD0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)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(jìn)行處理就可以了。更詳細(xì)的時(shí)序說(shuō)明請(qǐng)見(jiàn)表2。表2作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是0~。如果作為由IN+與IN輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)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(jìn)行IN+與IN的輸入時(shí)，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(xiě)：為了高速有效的實(shí)現(xiàn)通信，我們采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)接口程序。由于ADC0832 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，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(chǎng)合對(duì)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(yǔ)句為“MOV B,data”（00H~03H）。運(yùn)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(duì)B 中數(shù)據(jù)處理。 ADC0832 數(shù)據(jù)讀取程序流程： 串行通信接口設(shè)計(jì)MCS52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)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(gè)在物理上獨(dú)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(xiě)入，而發(fā)送緩沖器則只能寫(xiě)入不能讀出，它們的地址為99H。這個(gè)通信口既可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可實(shí)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(zhǔn)的RS232接口【19】【20】。 RS232簡(jiǎn)介RS232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）正式公布的，在異步串行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)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。，最長(zhǎng)傳送電纜可達(dá)到15米。RS232標(biāo)準(zhǔn)定義了25根引線，對(duì)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(zhǔn)的電平采用負(fù)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(jì)算機(jī)接口芯片中大都是TTL/CMOS電平，所以在通信時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以便與RS232標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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