基于單片機(jī)的二氧化碳濃度檢測儀設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)
2024-12-13 21:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號 。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁，共 24 頁 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 MG811 MG811對 CO2具有很高的靈敏度和良好的選擇性，探測范圍為 0～ 10000ppm， 使用壽命長，快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，性能穩(wěn)定可靠， 有 5個引腳分別是 VCC（電源正輸入）、 DOUT（ TTL信號輸出）、 AOUT（模擬信號輸出）、 GND（電源負(fù)輸入）、 TCM（溫度補(bǔ)償輸出），工作電壓為 DC6V, 雙路信號輸出（模擬量信號和 TTL高低電平信號），具有 TTL電平信號燈輸出指示， ,TTL電平輸出有效信號為低電平，模擬量輸出電壓 02V，濃度越低輸出電壓越高。實(shí)物圖如圖 44所示。 圖 42 MG811 實(shí)物圖 MG811 工作原理 本傳感器采用固體電解質(zhì)電池原理，由下列固體電池構(gòu)成：空氣， NASICON,碳酸鹽， CO2 。原理圖如圖 43 所示。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁，共 24 頁 圖 43 MG811 原理圖 當(dāng)傳感器置于 CO2氣氛中時(shí)，將發(fā)生以下電極反應(yīng)： 負(fù)極： 2Li + + CO2 + 1/2O2 + 2e = Li2CO3 正極： 2Na+ + 1/2O2 + 2e = Na2O 總電極反應(yīng)： Li2CO3 + 2Na + = Na2O + 2Li + + CO2 傳感器敏感電極與參考電極間的電勢差（ EMF） 符合能斯特方程： EMF = Ec (R x T) / (2F) ln (P(CO2)) 上式中： P(CO2)— CO2 分壓； Ec— 常量； R— 氣體常量 ； T— 絕對溫度（ K）； F— 法拉第常量。 元件加熱電壓由外電路提供，當(dāng)其表面溫度足夠高時(shí)，元件相當(dāng)于一個電池，其兩端會輸出一電壓信號，其值與能斯特方程符合得較好。元件測量時(shí)放大器的阻抗須在 100— 1000GΩ 之間，其測試電流應(yīng)控制在 1pA 以下。 靈敏度特性： 圖 44 給出了傳感器的靈敏度特性曲線。 溫度： 28℃、 相對濕度： 65%、 氧氣濃度： 21% EMF:元件在不同氣體，不同濃度下的輸出電勢 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁，共 24 頁 圖 44 MG811 靈敏度曲線圖 響應(yīng)恢復(fù)特性： 圖 45 為 MG811 響應(yīng)恢復(fù)曲線圖，從圖中可以看出固體電解質(zhì)元件具有較好的響應(yīng)恢復(fù)特性。 圖 45 MG811 響應(yīng)恢復(fù)圖 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 本設(shè)計(jì)才用的 A/D 處理是 PCF8591,PCF8591 具有 4 個模擬輸入、 1 個模擬輸出和 1個串行 I2C 總線接口。 PCF8591 的 3個地址引腳 A0, A1 和 A2可用于硬件地址編程，允許在同個 I2C 總線上接入 8 個 PCF8591 器件，而無需額外的硬件。在PCF8591 器件 上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向 I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。 管腳圖如圖 46 所示。 PCF8591 原理圖如圖 47 所示。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁，共 24 頁 圖 46 PCF8591 管腳圖 各管腳功能： AIN0～ AIN3：模擬信號輸入端。 VDD、 VSS：電源端 （ ）。 SDA、 SCL： I2C 總線的數(shù)據(jù)線、 時(shí)鐘線。 OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘輸出端。 EXT：內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線，使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí) EXT 接地。 AGND：模擬信號地。 AOUT： D/A 轉(zhuǎn)換輸出端。 VREF：基準(zhǔn)電源端。 PCF8591 具有以下特性： 單獨(dú)供電 PCF8591 的操作電壓范圍 低待機(jī)電流 通過 I2C總線串行輸入 /輸出 PCF8591 通過 3 個硬件地址引腳尋址 PCF8591 的采樣率由 I2C 總線速率決定 4 個模擬輸入可編程為單端型或差分輸入 自動增量頻道選擇 PCF8591 的模擬電壓范圍從 VSS 到 VDD PCF8591 內(nèi)置跟蹤保持電路 1 8bit 逐次逼近 A/D轉(zhuǎn)換器 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁，共 24 頁 1 通過 1 路模擬輸出實(shí)現(xiàn) DAC 增益 圖 47 PCF8591 原理圖 LCD1602 1602 型 LCD 顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)。 1602 型 LCD 可以顯示 2行 16個字符，最佳工作電壓為 5V，工作電流為 （ 5V），有 8 位數(shù)據(jù)總線 D0D7 和 RS， R/W， EN 三個控制端口，工作電壓為 5V，并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能。 LCD1602 管腳圖如圖 48 所示。 圖 48 LCD1602 管腳圖 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(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會 產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時(shí)可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度）。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁，共 24 頁 第 4 腳： RS為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。 第 5 腳： RW為讀寫信號線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端。 第 7～ 14腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端 。 第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 總設(shè)計(jì)電路圖 圖 49 為總體電路圖，電路是在 Proteus 中仿真，由于 Proteus 中沒有 STC系列的單片機(jī)和 MG811，所以 STC90C51RD+單片機(jī)用 AT89S52 代替， MG811 二氧化碳傳感器用一個滑動變阻器代替。其它元器件有： LCD1602 液晶顯示， PCF8591數(shù)模轉(zhuǎn)換。 圖 49 總設(shè)計(jì)電路圖 5 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)主程序首先對 LCD初始化，然后讀取 PCF8591通道 3的值，計(jì)算二氧化碳的 濃度，最后轉(zhuǎn)化成液晶字符并通過 LCD1602顯示出來。程序不斷地循環(huán)執(zhí)行，顯示二氧化碳的濃度。系統(tǒng)的流程圖如圖 51所示。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁，共 24 頁 圖 51 系統(tǒng)流程圖 LCD1602 顯示程序 LCD1602 初始化函數(shù)模塊 void init_lcd() //初始化函數(shù) { lcden=0。 //默認(rèn)開始狀態(tài)為關(guān)使能端 write_(0x0f)。
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