1、.1基于單片機的CO2濃度檢測與顯示系統設計設計總說明隨著社會經濟的開展，人們生活水平普遍提高，對空氣品質要求也不斷提高，特別是大中城市空氣污染嚴重。二氧化碳氣體對人和人農作物的生活生長起著非常重要的作用。所以言之CO2研究檢測裝置是非常必要的，對我們人的安康和農作物的生長考價值，不同植物對CO2的濃度需求也不盡一樣。本論文主要針對空氣中二氧化碳濃度設計檢測系統。綜合考慮系統的精度、穩定性以及經濟性要求這三個方面之后，確定以AT89S52單片機為控制核心，選用性價比比較高的傳感器，來實現對二氧化碳濃度的準確檢測。本設計共有三局部組成，用CO2濃度傳感器TGS4160檢測CO2濃度，控制單元用A

2、T89C51單片機，顯示模塊用LED數碼管。整個系統具有易于操作、運行可靠、便于擴大等特點。系統體積小，操作簡單，靈活性強，針對不同環境、不同作物的不同要求，可以隨時隨地修改極限報警值。該系統具有功能強本錢低的特點，適合在各種環境進展檢測。關鍵字：AT89C51，TGS4160，CO2濃度，LEDCO2 concentration detection based on single chip microputer and display system designDesign DescriptionWith the development of social economy, the gene

3、ral improvement of peoples living standard, the air quality requirements are constantly improve, especially in large and medium-sized cities air pollution is serious.Carbon dio*ide gas to human crops growth plays a very important role of life.So the research of CO2 detection device is very necessary

4、, and the growth of crops to the health of our people test value, different plants have different demands for the concentration of CO2.This paper mainly in view of the design of carbon dio*ide concentration in the air system.Considering the precision of the system, stability, and economical requirem

5、ents after the three aspects, determine the AT89S52 single chip microputer as control core, with high cost performance sensors, to achieve accurate detection of the concentration of carbon dio*ide.The design of a total of three parts, with CO2 concentration sensor TGS4160 detect CO2 concentration, t

6、he control unit with AT89C51, LED digital tube display module.The whole system is easy to operate, reliable operation, easy to e*pand, etc.System of small size, simple operation, strong fle*ibility, according to different environment, the different requirements of different crops can be modified at

7、any time and place limit alarm value.This system has the characteristics of strong function of low cost, suitable for all kinds of testing environment.Keywords：AT89C51，TGS4160，CO2 Concentration，LED.1目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc4689896361緒論 PAGEREF _Toc468989636 h 1HYPERLINK l _Toc4689896371.1研究目

8、的和意義 PAGEREF _Toc468989637 h 1HYPERLINK l _Toc4689896381.2國外開展狀況 PAGEREF _Toc468989638 h 1HYPERLINK l _Toc468989639國外開展現狀 PAGEREF _Toc468989639 h 1HYPERLINK l _Toc468989640國開展現狀 PAGEREF _Toc468989640 h 2HYPERLINK l _Toc4689896411.3課題的主要容及研究意義 PAGEREF _Toc468989641 h 3HYPERLINK l _Toc4689896422系統總體方案

9、的設計 PAGEREF _Toc468989642 h 4HYPERLINK l _Toc4689896432.1系統設計特點和設計思路 PAGEREF _Toc468989643 h 4HYPERLINK l _Toc468989644系統設計特點 PAGEREF _Toc468989644 h 4HYPERLINK l _Toc468989645設計思路 PAGEREF _Toc468989645 h 4HYPERLINK l _Toc4689896462.2主要元器件選擇 PAGEREF _Toc468989646 h 5HYPERLINK l _Toc468989647傳感器選擇 PA

10、GEREF _Toc468989647 h 5HYPERLINK l _Toc468989648單片機選擇 PAGEREF _Toc468989648 h 6HYPERLINK l _Toc468989649顯示模塊 PAGEREF _Toc468989649 h 7HYPERLINK l _Toc4689896502.3 CO2濃度測量的意義 PAGEREF _Toc468989650 h 8HYPERLINK l _Toc4689896513.系統硬件設計 PAGEREF _Toc468989651 h 9HYPERLINK l _Toc4689896523.1電源模塊設計 PAGEREF

11、 _Toc468989652 h 9HYPERLINK l _Toc4689896533.2單片機 PAGEREF _Toc468989653 h 9HYPERLINK l _Toc4689896543.2.1 AT89C51單片機介紹 PAGEREF _Toc468989654 h 9HYPERLINK l _Toc468989655最小系統設計 PAGEREF _Toc468989655 h 10HYPERLINK l _Toc4689896563.3 CO2檢測電路設計 PAGEREF _Toc468989656 h 12HYPERLINK l _Toc4689896573.4報警電路設

12、計 PAGEREF _Toc468989657 h 13HYPERLINK l _Toc468989658報警電路介紹 PAGEREF _Toc468989658 h 13HYPERLINK l _Toc4689896593.5顯示模塊設計 PAGEREF _Toc468989659 h 14HYPERLINK l _Toc4689896603.6 A/D轉換電路設計 PAGEREF _Toc468989660 h 14HYPERLINK l _Toc4689896613.6.1 AD7705 簡介 PAGEREF _Toc468989661 h 15HYPERLINK l _Toc46898

13、96623.6.2 A/D轉換電路 PAGEREF _Toc468989662 h 16HYPERLINK l _Toc4689896634.系統的軟件設計 PAGEREF _Toc468989663 h 18HYPERLINK l _Toc4689896644.1系統總流程圖 PAGEREF _Toc468989664 h 18HYPERLINK l _Toc4689896654.2 A/D轉換流程圖 PAGEREF _Toc468989665 h 18HYPERLINK l _Toc4689896664.3測CO2子程序流程圖 PAGEREF _Toc468989666 h 19HYPER

14、LINK l _Toc4689896675.總結 PAGEREF _Toc468989667 h 21HYPERLINK l _Toc468989668致 PAGEREF _Toc468989668 h 22HYPERLINK l _Toc468989669參考文獻 PAGEREF _Toc468989669 h 23HYPERLINK l _Toc468989670附錄 PAGEREF _Toc468989670 h 24.11緒論1.1研究目的和意義隨著社會經濟的開展，人們生活水平普遍提高，對空氣品質要求也不斷提高，特別是大中城市空氣污染嚴重。二氧化碳氣體對人和人農作物的生活生長起著非常重

15、要的作用。所以言之CO2研究檢測裝置是非常必要的，對我們人的安康和農作物的生長考價值，不同植物對CO2的濃度需求也不盡一樣。中國農業的開展必須走現代化農業這條道路，隨著國民經濟的迅速增長，農業的研究和應用技術越來越受到重視，特別是高效農業的一個重要組成局部?，F代化農業生產中的重要一環就是對農業生產環境的一些重要參數進展檢測和控制。例如：二氧化碳濃度、空氣的溫度等。在農業種植問題中，溫室環境與生物的生長、發育、能量交換密切相關，進展環境測控是實現溫室生產管理自動化、科學化的根本保證，通過對監測數據的分析，結合作物生長發育規律，控制環境條件，使作物到達優質、高產、高效的栽培目的。由于單片機及各種電

16、子器件性價比的迅速提高，使得這種要求變為可能。本論文提出一種以AT89S52單片機為核心的檢測器，主要是為了對日光溫室二氧化碳濃度、溫度以及濕度進展有效、可靠地檢測而設計的。1.2國外開展狀況1.2.1國外開展現狀西方興旺國家在現代溫室測控技術上起步比較早。20世紀60年代，生產型的高級溫室開場應用于農業生產，奧地利首先建成了番茄生產工廠，70年代后荷蘭、日本、美國、英國、以色列等國家的溫室園藝迅猛開展，溫室設施廣泛應用于園藝作物生產、畜牧業和水產養殖業。隨著計算機技術的進步和智能控制理論的開展，近百年來，溫室大棚作為設施農業的重要組成局部，其自動控制和管理技術不斷得以提高，在世界各地都得到了

17、長足的開展。特別是二十世紀70年代電子技術的迅猛開展和微型計算機的出現，更使溫室大棚環境控制技術產生了革命性的變化。80年代，隨著微型計算機日新月異的進步和價格大幅度下降，以及對溫室控制要求的提高，以微機為核心的溫室綜合環境控制系統，在歐美得到了長足的開展，并邁入了網絡化，智能化階段。目前，國外現代化溫室的部設施己經開展到比較完備的程度，并形成了一定的標準。溫室的各環境因子大多由計算機集中控制，檢測傳感器也較為齊全，如溫室外的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營養液濃度等，由傳感器的檢測根本上可以實現對各個執行機構的自動控制，如無級調節的天窗通風系統，濕簾與風扇配套的降溫系統，由熱水鍋爐或熱風

18、機組成的加溫系統，可定時噴灌或滴灌的灌溉系統，二氧化碳施肥系統，以及適用于溫室作業的農業機械等。計算機對這些系統的控制己經不是簡單的、獨立的、靜態的直接數字控制，而是基于環境模型上的監視控制，以及基于專家系統上的人工智能控制，一些國家在實現自動化的根底上正在向著完全自動化、無人化的方向開展。1.2.2國開展現狀我國現代溫室技術起步較晚，70年代以來，政府大力開展以塑料大棚、節能日光溫室為主的設施農業，促進了農村經濟的開展和緩和了蔬菜季節性短缺矛盾。與此同時，從1979年至1994年，從歐美、日本等國家引進了一系列現代化溫室進展實驗研究。引進的溫室與我國傳統溫室比較，其空間大，便于進展機械作業，

19、生產率與資源利用率比較高，為我國溫室的開展提供了借鑒作用。但這些溫室也存在著許多缺乏之處，主要表現在：1.價格昂貴，國農業生產目前難以承受。2.缺乏與我國氣候特點相適應的溫室測控軟件。目前我國引進溫室的測控系統大多投資大、運行費用過高，并且測控系統中所側重考慮的環境參數與我國的氣候特點存在矛盾。3.控制方式比較簡單，軟件實現模式固定，不能進展功能擴展。隨后在我國出現了一些國外的仿造產品，但均沒有面向我國廣闊農村現有的1000萬畝傳統溫室的改造工程。所以，傳統的方法，人們主要還是采用溫度計、濕度計來采集溫度值和濕度值，通過人工操作加熱、加濕、通風和降溫來控制溫濕度。因此，以上產品的推廣使用價值仍

20、然不大?？傮w上說，我國自行開發的溫室測控系統其技術水平和調控能力與興旺國家還有一定的差距。而我國綜合環境測控技術的研究剛剛起步，目前仍然停留在研究單個或少量環境因子調控技術的階段，而實際上，溫室的光照度、溫度、濕度、二氧化碳濃度等環境因素，都是在相互影響、相互制約的狀態中對作物的生長產生影響的，環境要素的空間變化、時間變化都很復雜。因此，我們應該根據我國的國情研制出適合我國農業的開展的儀器儀表，并在農業設施中廣泛推廣。1.3課題的主要容及研究意義為適應農業開展的需要,根據以上分析存在的問題，本論文設計了基于單片機的二氧化碳濃度、溫濕度檢測系統。該系統在設計過程中充分考慮到性價比，選用價格低、性

21、能穩定的元器件，可實現對大棚二氧化碳濃度、溫濕度的在線實時檢測。還設計了通信系統，單片機實時監測大棚的二氧化碳濃度、溫濕度，當二氧化碳濃度、溫濕度超過設定的上、下限時，單片機通過與溫室主機進展通信來翻開相應的執行機構，實現對二氧化碳濃度、溫濕度的調控，從而使得大棚的參數在適合作物生長的圍。2系統總體方案的設計2.1系統設計特點和設計思路系統設計特點CO2濃度測量是指從CO2傳感器或其它待測設備等模擬或數字被測單元中自動采電量或非電量信號輸出。目前，我國大局部地區測量CO2濃度的方式有兩種，一種使用有線的控制方式，另一種使用無線控制方式。有線接線麻煩，且接收溫度點用線固定，不能隨意移動，接收參數

22、讀取不易；無線本錢比有線高，在設計時較容易。本次設計采用有線方式測量溫度，有線測量的終端設備可以根據測量者的需求選擇位置，有線方式抗干擾能力強。大局部CO2濃度測量系統都是采用工控機或PLC方案，價格昂貴。在系統的設計過程中要充分考慮經濟性，減少溫室設計中的各種本錢，這在選擇方案上具有較為深遠的意義，因此本設計基于STC89C52RC單片機的CO2濃度測量系統。2.1.2設計思路本課題設計的是一種以STC89C52單片機為主控制單元，以CO2濃度傳感器的組成測量控制系統。本設計主要針對空氣中二氧化濃度的檢測采用二氧化碳濃度傳感器TGS4160，TGS4160檢測到的二氧化碳濃度信號經過模擬變送

23、模塊后，送入A/D轉化器轉化為數字信號后送入單片機處理。檢測器是以單片機為核心的，整個檢測器系統包括主模塊、數據采集與處理模塊、模數轉換模塊、輸出控制模塊和顯示模塊等。數據采集與處理模塊能夠完成二氧化碳濃的模擬量的采集和處理，結果送數據存儲器，輸出控制模塊主要負責顯示控制。系統總體框圖如圖2-1所示。如圖2-1系統總體框圖2.2主要元器件選擇2.2.1傳感器選擇TGS4160是日本FIGARO弗加羅公司生產的一種固態電化學型二氧化碳傳感器CO2 sensor，該器件除具有體積小、壽命長、選擇性和穩定性好等特性外，同時還具有耐高濕和耐低溫等特點。因而可廣泛用于自動通風換氣系統或CO2氣體的長期監

24、測等應用場合。二氧化碳傳感器TGS4160概述GS4160二氧化碳傳感器是FIGARO弗加羅公司生產的固態電化學型氣體敏感元件。這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長、選擇性和穩定性好等特點外，同時還具有耐高濕低溫的特性可廣泛用于自動通風換氣系統或是CO2氣體的長期監測等應用場合。但是，由于TGS4160的預熱時間較長一般為小時，所以，該器件比較適合于在室溫下長時間通電連續工作。此外，為了方便客戶使用，FI-GARO公司還專門設計了帶溫度補償的傳感器處理模塊。該模塊采用微處理器進展控制，CO2氣體濃度的輸出信號電平為0.03.0，相當于03000ppm的濃度，并有中繼轉接控制口，可輸出高、低兩

25、種門限信號以供外接控制使用。TGS4160傳感器的主要技術參數如下：測量圍：05000pm；使用壽命：2000天；加熱器電壓：5.00.2；加熱器電流：250；加熱器功耗：1.25；部熱敏電阻補償用：1005；使用溫度：-1050；使用濕度。二氧化碳傳感器部構造TGS4160二氧化碳傳感器是一種含熱敏電阻的混合式二氧化碳敏感元件。該元件在兩個電極之間充有陽離子固體電解質。它的陰極由鋰碳酸鹽和鍍金材料制成，而陽極只是鍍金材料。該敏感元件的基襯是用對苯二酯聚乙烯和玻璃纖維加固，然后采用不銹鋼網做圓柱型封裝。元件的層采用100目雙層不銹鋼網套在鍍鎳銅環上，并用高強度樹脂粘合劑與基襯固定在一起。其外層

26、頂蓋上又罩上了一層60目的不銹鋼網。為了到達降低干擾氣體影響的目的，TGS4160在外兩層不銹鋼網之間還填充有吸附材料沸石。傳感器的6個引腳通過0.1mm的箔導線與部相連。TGS4160部等效構造圖如圖2-2所示。陽極與傳感器的第3腳S(+)相連，陰極與傳感器的第4腳S(-)相連，Pt加熱器與傳感器的第1，6腳相連，部熱敏電阻與傳感器的第2，5腳相連。部熱敏電阻的作用是通過該電阻探測環境溫度，以便對該傳感器進展溫度補償，從而使校正后的測量值更加準確。圖2-2 TGS4160等效部構造2.2.2單片機選擇一般情況下，控制器的選擇需要遵循以下幾個原則：1控制器的根本性能參數是否滿足設計需求。比方控

27、制器的指令執行速度I/0口引腳數量、程序存儲器(ROM、RAM)的容量及是否支持外部擴展、UART或者SPI口的數量、中斷處理系統等是否滿足設計要求。2控制器的工作電壓及工作溫度是否滿足現場環境的要求。3開發本錢是否相對經濟性。當根本性能參數都滿足后就要綜合考慮開發本錢問題，開發周期的長短也對可移植性提出一定的要求，最后還需考慮到系統是否容易維護等問題。單片機作為系統的核心部件它的選擇對整個系統起著很重要的作用。目前較為廣泛應用的單片機有51系列的8位、面向大數字信號處理領域的數字信號處理器(DSP)、增強型的16位單片機機以及32位的AR芯片這幾種。ARM芯片的優點是體積小、功耗低、功能廣泛

28、和性能高的特點，它主要應用在比較簡單的小型的場合。方案一：采用89C51，其部有4KB的存儲器，編碼后以并行方式傳輸數據。它的優點是方便實現，軟件開銷小。方案二：采用8051，其部無片程序存儲器，因此，必須在片外擴展EPROM。綜合分析，采用方案一以比較方便。2.2.3顯示模塊目前主要的顯示屏有LCD與LED兩種，LCD與LED是指液晶電視背光技術的兩個開展階段，也是目前市場主要的兩種液晶電視背光技術。但無論哪種背光技術，液晶本身的原理都一樣。液晶本身不發光，需要用背光照亮。這種照亮技術就分為LCD與LED。LED的技術相比LCD更先進，整體視覺效果更好，更節能，當然價格會更高一些。相比較而言

29、，LED作為背光源能使顯示屏更加輕薄，顯色效果會更好。另外較為重要的問題是，LCD電視采用冷陰極熒光管，因為含有水銀，因此也被認為對環境有較大的損壞。而LED液晶電視使用的使發光二極管，不存在水銀的問題。1、LED與LCD的功耗比大約為1:10，LED更節能。2、LED擁有更高的刷新速率，在視頻方面有更好的性能表現。3、LED提供寬達160的視角，可以顯示各種文字、數字、彩色圖像及動畫信息，可以播放電視、錄像、VCD、DVD等彩色視頻信號。4、LED顯示屏的單個元素反響速度是LCD液晶屏的1000倍，在強光下也可以照看不誤，并且適應零下40度的低溫。綜上所述選擇LED作為本次設計的顯示屏，具有

30、較高的顯示清晰度，是使的測量結果別預計以更加容易控制。2.3 CO2濃度測量的意義CO2濃度的測量具有重要的意義，CO2對于我們人有一定的要求，如果CO2濃度過高對我們將會是一種危害，對我們的正常生活造成影響；但是CO2濃度對于對于職務也有一定的影響，不同的植物對CO2濃度的需求也是不一樣的，植物進展光合作用吸收CO2 ，釋放氧氣的過程與CO2的濃度有著密切的聯系，針對不同的植物需要維持不同濃度的二氧化碳。所以測量空氣中的二氧化碳濃度有著極其重要的作用。3.系統硬件設計3.1電源模塊設計圖3-1為系統的電源電路。整個系統3.7V電池經過升壓到5V供電，S1為電源開關，控制系統電源的通斷，D1為

31、發光二極管，利用發光二極管的特性即具有單向導通性，防止電源接反，還可以作為電源指示燈。1K的電阻為限流電阻或者穩流電阻，保證系統正常工作。本穩壓電源可作為TTL電路或單片機電路的電源。圖 3-1 電源電路3.2單片機3.2.1 AT89C51單片機介紹芯片AT89C51是Atmel公司生產的低電壓、高性能CMOS單片機，片含有4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128bytes的隨即存取數字存儲器(RAM)，片置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元，功能強大的AT89C51單片機性價比高，可靈活應用于各種領域。AT89C51的主要性能參數如下：與MCS-51

32、產品指令系統完全兼容4k字節可重擦寫Flash閃速存儲器1000次擦寫周期全靜態操作：0Hz-24MHz三級加密程序存儲器128*8字節部RAM32個可編程I/O接口2個16位定時/計數器6個中斷源可編程串行UART通道低功耗空閑和掉電模式低工作電壓5VAT89C51單片機引腳圖如圖3-2所示。圖3-2 單片機引腳圖3.2.2最小系統設計AT89C51提供以下標準功能：4k字節Flash閃速存儲器，128字節部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷構造，一個全雙工串行通信口，片振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態邏輯操作，并支持兩個軟件可選的節

33、電工作模式。空閑方式停頓CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM中的容，但振蕩器停頓工作并制止其他所有不見工作直到下一個硬件復位。單片機最小系統有兩種，一種是上電復位，另一種是下拉復位。單片機最小系統,或者稱為最小應用系統,是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統，對51系列單片機來說,最小系統一般應該包括:單片機、晶振電路、復位電路。如圖3-3所示。圖3-3 最小系統圖1.AT89C51的時鐘振蕩器AT89C51中有一個用于構成部振蕩器的高增益反相放大器，引腳*TAL1和*TAL2分別是放大器的輸入端和輸出端，這個放大器與作為反響元件的篇外

34、石英晶體或者瓷諧振器一起構成自激振蕩器，振蕩電路如圖3-4所示：圖3-4部震蕩電路外接石英晶體或瓷諧振器及電容接在放大器的反響回路中構成并聯振蕩電路，對外接電容雖然沒有十分嚴格的要求，但是電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的上下、振蕩器工作的穩定性、起振的難易程度及溫度穩定性，如果使用石英晶體，電容使用30Pf，如使用瓷振蕩器電容使用40pF。電路也可以使用外部時鐘。采用外部時鐘電路如圖1.1右所示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到*TAL1端，即部時鐘發生器的輸入端，引腳*TAL2則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發器后作為部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但是最小高電

35、平持續時間和最大電平持續時間應符合產品技術條件的要求。2.AT89C51復位電路復位的作用是使程序自動從0000H開場執行，因此我們只要在AT89C51單片機的RST端加上一個高電平信號，并持續10ms以上即可，RST端接有一個上電復位電路，它是由一個小的電容和一個接地的電阻組成的。按鍵復位電路另外采用一個按鈕來給RST端加上高電平信號。本設計采用放電型的進展人工復位的電路，如圖3-5按鍵復位電路，上電時C3通過R2充電，維持寬度大于10ms的正脈沖，就可以完成復位操作。當C3完畢充電后，RST端出現低電平，這是CPU將正常的工作。在本次設計中如果需要按鍵進展復位，就按下按鈕BUTTON3，C

36、3通過BUTTON3和R2放電，RST端電位將會上升到高電平，從而實現人工復位，BUTTON3松開后C3重新充電，當完畢充電后，CPU將會重新工作。以下圖中，R2是限流電阻，阻值不可以過大，否則不能起到復位作用。圖3-5復位電路3.3 CO2檢測電路設計TGS4160在溫度為202、濕度為655RH、加熱電壓為5.00.05V、預熱時間為7天或大于7天的條件下，測得傳感器在濃度為350ppm中的EMF值是220490mV，而EMF在3503500ppm的CO2濃度中的值是4472mV，因此在實際測量應用電路中，要根據傳感器的特點要求，除使用高輸入阻抗100G、低偏置電流1pA的運算放大器外，還

37、要對測得的信號進展處理。處理該信號選擇使用費加羅FIGARO公司的FIC98646專用處理器模塊,AM-4模塊。圖3-6二氧化碳濃度檢測電路AM-4二氧化碳傳感器模塊，則可直接應用于二氧化碳氣體監測。該模塊部帶有A/D轉換器，并已對數據進展了采樣并作了處理。它輸出的電壓信號與二氧化碳濃度值呈線性關系，輸出的電壓信號為03.0V，相當于03000ppm的二氧化碳濃度。AM-4模塊的輸出電壓為03V，需要經過放大處理變為05V傳送給A/D轉化器，才能為單片機傳送更為準確的數字信號。如圖3-6所示。3.4報警電路設計假設CO2濃度參數超標時，則啟動聲光報警電路，同時單片機通過控制固態繼電器來翻開相應

38、的執行機構，工作人員也可以根據此情況來查看相應的區域或者采取相應的措施。3.4.1報警電路介紹報警電路中光報警采用發光二極管，聲報警采用蜂鳴器來設計，采用兩個引腳控制。其中，蜂鳴器電路中，9013三極管起開關作用，輸出高電平時，管腳輸出電壓VOH=VCC-0.25V=3.05V，輸出電流I=-1mA，經過2K限流電阻R分壓后，到達9013基極的電壓為1.05V，使得三極管發射結正偏，集電結反偏，晶體管導通，蜂鳴器上電而產生報警聲。對與發光二極管，必須采用限流電阻，否則會是二極管電流過大而燒壞。當單片機P1.3和P1.4同時置高時，即可實現聲光報警。其硬件電路如圖3-7所示。圖3-7 報警電路3

39、.5顯示模塊設計在單片機系統中，一般的數據顯示終端有兩大類：一是采用LED數碼管顯示，二是采用LCD顯示。LED顯示亮度高，但每只數碼管只顯示一位字符，顯示的數據位數多時就需要較多的數碼管。顯示電路采用了7段共陰數碼管掃描電路，節約了單片機的輸出端口，便于程序的編寫。顯示電路如圖3-8所示。圖 3-8 LED顯示電路3.6 A/D轉換電路設計AD7705 是十六位分辨率的A/D 轉換器，兩通道全差分模擬輸入，使用+5V 單電源,主要應用于低頻測量。它利用了-轉換技術實現了16位無誤碼數據輸出,三線數字接口，可以通過串行輸入接口，由軟件配置芯片的增益值、輸入信號極性和數據更新速率，非常靈活方便。

40、3.6.1 AD7705 簡介AD7705二全差分輸入通道的ADC ,十六位無喪失代碼，0.003 %非線性；可編程增益：1128 ；三線串行接口；具有模擬輸入端緩沖器；工作電壓： 2.73.3V或4.755. 25V；低功耗，3V 電壓時, 最大功耗為1mW；等待電流的最大值為8A； 16 腳DIP、SOIC和TSSOP 封裝。引腳功能如下：1.SCLK：串行時鐘輸入。將一個外部的串行時鐘加于這一輸入端口，以 TM7705 的串V行數據；2.MCLK IN：為轉換器提供主時鐘信號。能以晶振或外部時鐘的形式提供。晶振可以接在MCLK IN 和MCLK OUT 二引腳之間。此外，MCLK IN

41、也可用CMOS 兼容的時鐘驅動，而MCLK OUT 不連接。時鐘頻率的圍為500kHz5MHz；3.MCLK OUT：當主時鐘為晶振時，晶振在MCLK IN 和MCLK OUT之間。如果在MCLK IN 引腳處接上一個外部時鐘，MCLK OUT 將提供一個反相時鐘信號。這個時鐘可以用來為外部電路提供時鐘源，且可以驅動一個CMOS負載。如果用戶不需要，MCLK OUT 可以通過時鐘存放器中的CLK DIS 位關掉。這樣，器件不會在MCLK OUT 腳上驅動電容負載而消耗不必要的功率；4.CS：片選，低電平有效的邏輯輸入，選擇TM7705。將該引腳接為低電平，TM7705 能以三線接口模式運行(以

42、SCLK、DIN 和DOUT 與器件接口)；5.RESET：復位輸入。低電平有效的輸入，將器件的控制邏輯、接口邏輯、校準系數、數字濾波器和模擬調制器復位至上電狀態；6.AIN2(+)：差分模擬輸入通道2 的正輸入端；7.AIN1(+)：差分模擬輸入通道1 的正輸入端；8.AIN1(-)：差分模擬輸入通道1 的負輸入端；9.REF IN(+)：差分基準輸入的正輸入端。基準輸入是差分的，并規定REF IN(+)必須大于REF IN(-)。REFIN(+)可以取VDD 和GND 之間的任何值；10.REF IN(-)：差分基準輸入的負輸入端。REF IN(-)可以取VDD 和GND 之間的任何值，且

43、滿足REF IN(+)大于REF IN(-)；11.AIN2(-)：差分模擬輸入通道2 的負輸入端；12.DRDY：DRDY邏輯低電平表示可從TM7705 的數據存放器獲取新的輸出字，完成對一個完全的輸出字的讀操作后，DRDY 引腳立即回到高電平；13.DOUT：串行數據輸出端。從片的輸出移位存放器讀出的串行數據由此端輸出；14.DIN：串行數據輸入端。向片的輸入移位存放器寫入的串行數據由此輸入；15.VDD：電源電壓，+2.7V+5.25V；16.GND：部電路的地電位基準點。圖3-9 AD7705與單片機的接口電路3.6.2 A/D轉換電路AD7705 的串行接口包括5 個信號：即CS 、

44、SCLK、DIN 、DOUT 和DRDY 。DIN線用來向片存放器傳輸數據，而DOUT 線用來存放器里的數據。SCLK 是串行時鐘輸入，所有的數據傳輸都和SCLK 信號有關。DRDY 線作為狀態信號，以提示數據什么時候已準備好從存放器讀數據。在一般的簡單系統中,常常只有1 片AD7705 或其它共用口線的器件,故CS- 通常接低電平,節省了單片機的輸出輸入控制線,這樣就可以配置成三線連接方式。三線連接方式下決定數據存放器是否被更新也即是確定數據存放器是否可以被讀,只有通過查詢通信存放器DRDY- 位來判斷,這種做法的代價是時間開銷較多,它并不適用于實時性要求比較強的系統。比較好的方法是監控硬件

45、DRDY- 引腳的狀態,以決定數據存放器是否被更新,硬件DRDY- 引腳的輸出與通信存放器DRDY- 位同步,DRDY- 引腳一旦變成低電平,說明數據存放器數據已經更新,可以讀取。所以DRDY- 輸出引腳接至CPU 的INT0 或INT1 就可以實現中斷或者查詢方式的監控。但不管是查詢方式還是中斷方式,都需要增加一根數據線。如圖3-10所示。圖3-10 A/D轉換電路4.系統的軟件設計常用的單片機程序設計語言有兩種：匯編語言和C語言，匯編語言是一種用匯編指令表示的程序設計語言，它的指令跟計算機的機器語言指令一一對應，能控制計算機的硬件系統，程序效率高，占用存小。缺點是屬初級語言，需要相關的硬件

46、構造的情況下學習編程，編程難，移植性差。C語言是一種構造化程序設計語言，兼有高級語言和初級語言的局部特點。具有豐富的可調用的函數庫，可免去很多重復設計。所以目前C語言在單片機軟件開發中占有相對優勢。本系統采用C語言來進展單片機的程序設計和開發，整個程序由主程序和假設干功能程序組成。4.1系統總流程圖主程序是整個程序的主題構造，負責整個系統各模塊相互關系和次序。系統總流程圖如圖4-1所示，首先給系統上電以后，初始化系統，初始化包括初始化二氧化碳傳感器、單片機、LED，整個系統軟件由以上局部組成。圖4-1系統總流程圖4.2 A/D轉換流程圖首先，設置ADC0809選擇和讀取信號，使模擬的二氧化碳濃

47、度信號進展A/D轉化，在等待轉化完畢后，調用儲存程序。儲存子程序主要是把之前所存儲的濃度值存入后一位存放器中，以便按鍵調用顯示。最后，把讀取的數字信號經行處理，轉化為相應的十進制二氧化碳濃度值，存入對應存放器中。具體流程如圖4-2所示。圖4-2 A/D轉換流程圖4.3測CO2子程序流程圖本次設計以測量CO2濃度，故測量到CO2濃度的準確度是本次設計的關鍵因素，需要測量到準確地CO2濃度數值就必須有一個嚴謹的流程圖，CO2濃度測量流程圖如圖4-3所示。圖4-3 CO2濃度測量流程圖5.總結本次課程設計主要研究基于單片機的CO2濃度檢測系統設計的過程，在本課程設計過程中，硬件方面的重點是二氧化碳濃

48、度檢測電路與控制電路，以及顯示電路的設計；軟件方面的重點是對二氧化碳濃度的采集、顯示和多種控制形式的程序設計等。本次設計通過有線通信進展CO2濃度檢測、顯示和處理。整個系統主要包括CO2濃度檢測采集終端和顯示。CO2濃度檢測采集終端又包括CO2濃度檢測傳感器TGS4160AT89C51單片機和LED顯示三局部。本設計雖然已經完成，但是由于時間和能力方面的限制，仍然存在著需要改進的地方。系統雖然可以應用到檢測空氣中CO2濃度，但對*些要求較高的場所可能會有精度和設計缺乏的問題。致在此，我衷心地感所有在我做課程設計期間幫助過我的人。首先我要感我的指導教師的大力指導，為我在完成課程設計的過程中提供了

49、很多指導性的意見，使我受益匪淺。在此，我衷心感教師們給予我的幫助和教育。此外，還要衷心感在我完成畢業設計過程提供過幫助的同學，他們的幫助對我完成對課題的理解和論文的撰寫，起到了很大的作用。這次論文從選題、實驗到最終完成，每一步都是在教師的精心安排和悉心指導下完成的，傾注了教師大量的心血。她淵博的學識，豐富的經歷，嚴謹的治學態度，事業上積極進取的精神對我影響深遠。在此，謹向曾萱教師表示崇高的敬意和衷心的感！教師在我撰寫論文的過程中給予我極幫助。同時，論文的順利完成，也離不開同組其他同學的關心和幫助，在此對他們表示衷心的感。在整個論文創作中，各位教師、同學和朋友給我提供了珍貴的建議和意見，使得論文

50、順利完成。 .1參考文獻1雨棣，雷新穎. 計算機控制技術M. 交通大學. 2021年11月2. 林敏. 計算機控制技術及工程應用M.國防工業. 2021年6月3建忠.單片機原理及應用.電子科技大學，20214居義.單片機課程設計指導.清華大學,20215.福學著.傳感器應用及其電路精選.電子工業.1992.76.高光天傳感器與信號調理器件應用技術M：科學技術，2002，84-85 附錄檢測主程序*include /調用外函數/*include *include *include *include *include *include /*初始化CPU*2/void init_cpu() /初始化

51、cpu EA=1;TR0=1;TR1=1;TMOD=0*11;TH1=0*3c;TL1=0*b0;/*void time1(void) interrupt 3 using 1 TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256; keyval=P1; /初始化CPU完畢/void main_menu_initial() /LED主菜單初始化./main1_menu0.display=measurearray; /定義一個開場測量“數組/main1_menu0.subs=NULL; main1_menu0.children_menus=measure_menu

52、;main1_menu0.parent_menus=NULL;void measure_menu_initial() /“開場測量菜單設置/ measure_menu0.menu_count=2; measure_menu0.display=qr; /開場測量函數, 確認. measure_menu0.subs=start_measure_function; /開場測量函數 measure_menu0.children_menus=NULL;measure_menu0.parent_menus=main1_menu; measure_menu1.menu_count=2; measure_me

53、nu1.display=q*; measure_menu1.subs=NULL; measure_menu1.children_menus=NULL; measure_menu1.parent_menus=main1_menu; /還有void store_menu_initial()、void time_menu_initial()/void led_menu_pro() ma*_item=menu_led-menu_count;switch(keyval)case 0: break;case 1: /向上鍵if(user_choosen=0)user_choosen=ma*_item;sh

54、ua*in=1;user_choosen-;break;if(shua*in)/是否需要刷新LCD標志位. Clr_Scr(); shua*in=0;led_menu_show();v oid led_menu_show()uchar n;ma*_item=menu_led-menu_count;if (ma*_item=4) /菜單項為3則表示為主菜單.for(n=0;n4;n+) draw_bmp(n*2,20,96,0,menu_ledn.display);select_item(user_choosen); /標記出當前菜單項.elseswitch(temp_choosen) case

55、 0:draw_bmp(0,20,96,0,measurearray); /“開場測量數組/break; default:break;for(n=0;n1)&0*1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿3 ADDI=1;/控制命令完畢 _nop_(); _nop_(); dat=0; for(i=0;i8;i+) dat|=ADDO;/收數據 ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/形成一次時鐘脈沖 _nop_(); _nop_(); dat=1; if(i=7)dat=ADDO; for(i=0;i8;i+) j=0

56、; j=j|ADDO;/收數據 ADCLK=1; _nop_(); _nop_(); ADCLK=0;/形成一次時鐘脈沖 _nop_(); _nop_(); j=j7; ndat=ndat|j; if(i=1; ADCS=1;/拉低CS端 ADCLK=0;/拉低CLK端 ADDO=1;/拉高數據端,回到初始狀態 dat0; i-) IO = ACC0; CLK = 1; /下降沿寫入數據/ CLK = 0; ACC = ACC 1; /*讀出字節子函數*/OutputByte(void) /上升沿讀出數據/*函數：設置初始時間*/void SetTime(unsigned char *pSec

57、Da) WriteTo1302(0*8e,0*00); / 控制命令,WP=0,寫操作 / for(i =7;i0;i-) WriteTo1302(Addr,*pSecDa); pSecDa+; Addr +=2; WriteTo1302(0*8e,0*80); / 控制命令,WP=1,寫保護 / /*讀取時間*/void GetTime(void) for (i=0;i 返回給小時位/ if(sec&0*0f)=0*0a) sec&=0*f0; sec+=0*10; / 如果秒位滿十，向十秒位進一 if(day=8) day=1; / 如果星期滿七，重新從星期一開場計 / if(sec&0*

58、f0)=0*60) sec&=0*0f; / 如果十秒位滿六，清零 /if(date&0*f0)=0*30)&(date&0*0f)=0*02) date&=0*00;if(month&0*f0)=0*10)&(month&0*0f)=0*03) month&=0*00;if(year&0*f0)=0*a0) year&=0*0f; Curtime0 = sec; Curtime1 = min; SetTime(&Curtime0); / 將調整過后的時間值寫入/ / *時鐘初始化子函數*/void Init_Clock(void) K1=1; K2=1; K3=1; K4=1; K5=1; K6=1; K7=1; KT=0;