二氧化碳检测装置的设计与实现 正文

二氧化碳检测装置的设计与实现

摘要

正是因为现在二氧化碳对我们的生活环境影响真的越来越大。二氧化碳给温室效应起到的加剧作用也是二氧化碳危害的主要方面，就是因为过高的二氧化碳浓度是会影响到我们的身体健康。所以就想通过设计一个二氧化碳的检测装置来实现对二氧化碳的报警与控制。本设计采用单片机来完成二氧化碳检测装置的控制部分设计。利用单片机编程的便利性，还有单片机控制下的二氧化碳检测装置的准确性和稳定性，来给检测装置的运行和使用提供保证。本文就整个二氧化碳检测装置的硬件设计部分，软件设计部分做出了相应的探讨。从整个设计当下的设计背景入手，详细介绍了设计的二氧化碳检测装置的特点，设计要点，设计的思想。还有装置测试中的数据，和出现的问题都做了探讨研究。

关键词：单片机；二氧化碳浓度；声光报警

绪论

设计的背景情况简析：我们全世界科学技术的发展，我们国家科学技术的发展，都为我们的生活条件改善带来了许许多多的好处。但是正是在这样高速发展的情况下我们的工业发展就就成了一个双刃剑，推动了我们社会的进步的同时又的破坏环境，造成大量的二氧化碳排放。并且现在越来越高的二氧化碳浓度已经逐渐的在影响我们人类还有其他动物的生存环境。所以现在二氧化碳已经成为了空气中的主要污染物，也是诸多的人员密集场所必须要检测的数据之一。一旦二氧化碳浓度过高就会引起人身体的不良反应，所以就必须要进行二氧化碳浓度的实时检测。

还有就是当下的农业发展，植物的生长有是需要二氧化碳的。因为一定浓度的二氧化碳对植物的生长起到极大的促进的作用。所以说在现代农业生产中对二氧化碳浓度控制检测的需求同样是越来越大。因为国外先进成熟的二氧化碳检测系统价格昂贵，不便于大量的推广使用，于是就真的需要一种成本低，性价比高，便于推广使用的二氧化碳的检测装置。正是基于这样的背景下我们就想要通过单片机这样低成本的控制设备来设计一个二氧化碳的检测报警装置，为二氧化碳浓度的检测提供新的思路。还有就是这样低成本的二氧化碳检测装置也是利于推广，便于大面积使用的。

二氧化碳检测装置所想要达到的目的：主要的设备就是二氧化碳的一些传感器，气体传感器，还有浓度传感器。然后利用单片机来进行相应的控制，作为一个中央处理器来处理数据，分析数据。可以人为地设置二氧化碳的最低和最高浓度报警限度，组成一个检测报警装置。在加入LED灯的显示，通过蜂鸣器来实现报警，在设置人为干预的报警关闭开关。整个装置的设计原理并不复杂，就是通过一系列低成本设备的组合完成二氧化碳检测装置的浓度检测和报警一体化。

1、二氧化碳检测装置硬件部分设计

硬件作为整个二氧化碳检测装置的基础应该作为最重要的部分来进行设计，因为硬件作为设备使用的基础。硬件系统的设计也是关乎设计的成败，影响最终的使用效果。

1.1硬件设计部分的总体思路和框图

硬件部分设计框图：

思路介绍：这样的一个硬件设计的主题思路就是，非为主要的四个部分。其中最主要的就是单片，作为装置和系统的核心，来负责处理传感器的信息，又把信息处理分析后输出到报警器，或者显示屏幕上。然后就是传感器的部分，通过二氧化碳浓度传感器把信息传到AD信号转换放大器上。然后把供电的电路就设计到传感器这个部分接进来。信号传感器和信号转换器都需要电源，然后单片机的电源也就和他们的电路设计到一起，最后通过单片机给其他的部分供电就可以了。然后就是报警显示部分，也就是输出的部分。于是就可以通过单片机处理器处理了二氧化碳浓度传感器收集到的信息。如果数值超过报警的限制值就会自动的接通报警装置，通过蜂鸣器和LED灯来进行报警。还有就是需要一个可以人为控制的按键输入部分，通过人为控制来选择报警的浓度。

1.2装置各个部分功能的概述

1.2.1数据采集部分

首先就是通过二氧化碳浓度传感器把二氧化碳浓度这样的一个非电学量，转化成电信号，然后把微弱的电信号传输到AD信号放大器上。然后就可以通过转换器来解决信号转换的问题，最后来进行数字化运算。

1.2.2系统处理部分

本设计主要就是使用单片机，然后通过单片机作为处理器。通过数据采集部分收集来的数据进行处理。然后根据设定的报警限度来判断有没有达到报警的条件。然后根据数据的计算，最后自动的启动报警。也可以通过人为来关闭报警

1.2.3报警显示部分

主要就是通过数据采集部分传输的信号通过两次转换（二氧化碳浓度非电学量转化为电信号，信号转换放大器又把电信号转化为数字信号），然后通过单片机的信号，进行声光报警，不断地报警。需要能够通过LCD屏幕实时显示二氧化碳浓度值。

1.3硬件部分的系统设计方案简析

硬件部分的系统设计方案，主要就是硬件系统设计时遵循的步骤，也实际按照这样的一个步骤来完成二氧化碳浓度检测装置的实际设计：首先就是确定了我们需要的一些主要的设备，单片机，二氧化碳浓度传感器，AD信号转换放大器，还有一些质量过关的发光二极管，小型LCD屏幕等等。然后根据不同的功能做好分类准备。然后就是要做好单片机的选择，分配好单片机的各个接口，然后把接口和相应的元器件联系起来，做好准备标记。接下来就是利用软件来完成硬件仿真图和PCB版图。其中硬件模拟仿真图使用proteus软件，而pcb板图使用AltiumDesigner设计软件。最后设计总的原理图。

1.4硬件部分的系统原理

系统原理图：

系统整个包括单片机的整个系统，处理模块。然后就是报警器，一个声光报警器，其中包含蜂鸣器还有LED灯。让后就是一个LCD显示屏幕，能够进行二氧化碳浓度的实时监测显示。按键包括对二氧化碳浓度值限定值的增大减小的设

置，然后有一个手动取消报警的按钮。主要的传输设备就是传感器和信号转换器。就这样就可以成为一个二氧化碳检测装置。

1.5硬件部分的设备选择

在进行了整个硬件系统的讨论之后，需要进行设备的选择了，因为设备的不同也是会影响设备的使用效果的。所以要从实用，性价等方面考虑设备的选择。

设计使用的设备主要就是这样几个：

1.5.1硬件部分的传感器的选择

在这样三个传感器中：TGS4160二氧化碳传感器、NDIR红外气体传感器MH-410V/D，和MG811二氧化碳传感器。最后选择了MG811二氧化碳传感器，因为它比起其它两个传感器，有体积更小，使用效果更好的优点。主要是稳定性好，不会受到温度湿度的影响，受外界干扰影响比较小。还有就是两百元左右的售价也是设计能够接受的价格范围。整个MG811二氧化传感器的灵敏度，和精度都是满足设计要求的。

MG811灵敏度曲线图：

这就说明这个MG811二氧化碳传感器的灵敏度比较好，在常规条件下的表现能够满足设计的要求。

MG811响应恢复曲线图：

这也同样说明MG811二氧化碳传感器的相应恢复特性良好，能够满足设计的要求。

1.5.2硬件部分显示器的选择

设计的过程中放弃了采用数码管显示，虽然成本低但是相对液晶显示屏LCD 显示，还有很多的不足之处。LCD显示的话虽然成本相应增加但是，显示的效果更好，而且还能够显示简单的图形等等。所以说虽然LCD显示同样有一些不足，但是就是因为它能够显示双行16字符，这样也才能够满足设计的要求。

1.6proteus仿真图和 PCB板图

1.6.1 proteus仿真图：

暂时使用AT89C51代替STC89C52。整个系统的仿真效果总体良好符合设计的要求。

1.6.2 PCB板图：

这次的设计当中所有的部分主要还是要通过人工焊接的方式进行。所以PCB