基于單片機的二氧化碳濃度檢測儀設(shè)計論文-文庫吧資料
2024-11-15 21:31本頁面
【正文】 C 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。 AOUT： D/A 轉(zhuǎn)換輸出端。 EXT：內(nèi)部、外部時鐘選擇線，使用內(nèi)部時鐘時 EXT 接地。 SDA、 SCL： I2C 總線的數(shù)據(jù)線、 時鐘線。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 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。 管腳圖如圖 46 所示。 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。 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 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。元件測量時放大器的阻抗須在 100— 1000GΩ 之間，其測試電流應(yīng)控制在 1pA 以下。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁，共 24 頁 圖 43 MG811 原理圖 當(dāng)傳感器置于 CO2氣氛中時，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。 圖 42 MG811 實物圖 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 。 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。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁，共 24 頁 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號 。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 P3 口也可作為AT89C51 的一些特殊功能口。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地接收。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁，共 24 頁 出 4TTL門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 STC90C51RD+單片機管腳如圖 41 所示 圖 41 單片機管腳圖 各管腳功能： VCC：供電電壓。 圖 31 系統(tǒng)框圖 LCD1602 顯示屏 MG811 傳感器 PCF8591 A/D STC90C516RD+單片機 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁，共 24 頁 4 硬件系統(tǒng)設(shè)計及簡介 系統(tǒng)主要部件包括 MG811二氧化碳傳感器、 STC90C516RD+單片機、 LCD液晶顯示、PCF8591。 綜合考慮本系統(tǒng)采用方案二。 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。 對于方案二， PCF8591 是一個單片集成、單獨供電、低功耗、 8bit CMOS 數(shù)據(jù)獲取器件。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 方案二：采用 PCF8591。 綜合考慮本系統(tǒng)采用方案二。 對于方案二， STC90C516RD+具備 AT89S52 的功能并且全兼容 AT89S52 單片機，運行速度更快。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁，共 24 頁 于常規(guī)編程器。 對于方案一 ， AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 單片機選擇 方案一：采用 AT89S52 單片機。但是液晶顯示模塊價格相對于數(shù)碼管比較昂貴，容易受到外界環(huán)境的影響：陽光、灰塵、溫度等，使用壽命短。 對于方案二， LCD的優(yōu)點主要包括零輻射、低功耗、散熱小、體積小、圖像還原精確、字符顯示銳利等。 對于方案一，該方案成本低廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見，功耗極低，顯示驅(qū)動程序的編寫也相對簡單，這種顯示方式得到廣泛應(yīng)用。 顯示 方案一：采用數(shù)碼管顯示二氧化碳濃度，動態(tài)掃描顯示方式。 對于方案三， MG811二氧化碳傳感器不但具有體積小、壽命長的特點外， 對 CO2 有良好的靈敏度和選擇性，受溫濕度的變化影響較小，好的穩(wěn)定性 [7],市場價在 200元左右。 對于方案二， MH410V/410D NDIR 紅外氣體傳感器是一個通用型、智能型、微型傳感器，該傳感器利用非色散紅外（ NDIR）原理對空氣中存在的 CO2進行探測，具有很好的選擇性，無氧氣依賴性，性能穩(wěn)定、壽命長 [6]。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁，共 24 頁 對于方案一， TGS4160具有體積小、壽命長、耐高溫高濕等特點 [5]。 方案二： NDIR紅外氣體傳感器 MH410V/D。 3 方案論證 分析二氧化碳濃度檢測儀的工作原理，提出二氧化碳濃度檢測的整體方案，整個方案包括 3個模塊：二氧化碳濃度檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊，以單片機STC90C516RD+ 作為核心控制芯片。 隨著傳感器和計算機技術(shù)的不斷進步和完善 , CO2檢測儀器 開始發(fā)展起來。 近年來，隨著單片機功能的日益強大和計算機的廣泛應(yīng)用，人們對大棚內(nèi)參數(shù)檢測的準(zhǔn)確性和控制的穩(wěn)定性越來越高。尤其是對 CO2濃度的監(jiān)控，對于溫度和濕度的監(jiān)控，還可以通過溫度計和濕度計的讀數(shù)進行人工操作，而對 CO2濃度的監(jiān)控就沒有那么簡單。 2 設(shè)計的目的、意義和背景 利用傳統(tǒng)方法對溫室環(huán)境進行監(jiān)控，采
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