室内空气质量控制系统设计

目录1前缀12完整的程序设计22.1比较方案22.2比较和选择方案3第3课模块简介43.1二氧化碳传感器43.2放大器53.2.1放大器电路特性53.2.2放大器电路性能指标63.3 STC89C51微控制器63.3.1单片机最低系统83.4显示电路113.5风扇控制模块114系统软件设计134.1系统编程135汇总146谢谢157参考文献16附录一：相关程序171前言空气是人类生存的最基本条件，但一般忽略呼吸的空气质量，大多数人在室内度过85%到90%，因此容易受到这种空气污染所引起的疾病。特别是医院病房因为有限的医院病房，每个病房有4，6名以上的患者生活，二氧化碳气体排出过多，空气质量不好。尤其是冬天，因为没有打开窗户，空气质量更糟了。尤其对心脏、肺、大脑等疾病患者来说，病房内的空气质量更为重要。二氧化碳对人体有相当大的危害，室内空气二氧化碳浓度为0.07%(1400mg/m)时心情很好。二氧化碳含量为0.1%(2000 mg/m3)时，当别人感到不舒服时，0.15%(3000mg/m3)内的空气状况大幅恶化。如果浓度超过0.3%(6000 mg/m3)，则会出现明显的头痛、眩晕、心烦等症状。超过8%(160000mg/m3)会导致死亡。室内二氧化碳主要来自人体的呼出气体。室内CO2水平受人均拥有面积、吸烟等因素的影响。在我国北部，冬天关闭窗户，通风不足，室内二氧化碳浓度可能达到2.0%(4000mg/m3)以上。我国公共场所卫生标准规定，二氧化碳浓度不超过0.07%-0.15%(取决于场所)。室内空气中CO2卫生标准日平均允许浓度0.10%(2000mg/m3)(GB/t 17094-1997)。本文设计了低成本方案的二氧化碳监测终端，以满足房间的空气质量要求，实时检测空气中的二氧化碳含量，根据数据反馈利用该系统提高空气质量。2完整的程序设计2.1比较方案案例1: STC89C51系列微控制器的核心设计。这个系列一般使用多，价格低廉，操作简单。设计框图，如图2.1所示。微控制器会显示浓度A/D转换器放大电路传感器诱导风扇状态指示灯图2.1程序系统方框图工作过程：二氧化碳传感器检测到室内空气中二氧化碳含量超过0.07%时，电路工作，传感器通过放大电路将检测到的信号转换为模拟信号，传送到单片机，用单片机控制感应风扇工作，显示二氧化碳浓度，直到室内二氧化碳浓度下降到0.07%以下，感应风扇停止工作。场景2:以PLC为核心设计PLC，如图2.2所示。传感器信号处理模块PLC会显示浓度诱导风扇图2.2程序2系统方框图工作流程：系统运行时，传感器将外部空气的二氧化碳含量转换为电信号，并将信号发送到偏好处理模块。信号处理模块将传感器接收到的信号视为PLC的输入信号。PLC在单位时间内计数信号，然后将信号数与设定的默认值进行比较，并在PLC输出点向数字管道显示浓度。测量值大于指定值时，LED警示灯闪烁，发出报警信号，并控制诱导风扇的运行。2.2比较和选择方案如图2.1和图2.2所示，这两种图在系统框图的设计(而不是使用的核心组件)中基本相同。首先，由于通过信号处理模块处理的信号大小不同，两个放大器的使用方式不同。第二，不同的设计软件不同，将PLC编程为关键组件更加复杂。第三，经济上使用单片机可以节约成本。值得注意的是，PLC成本比单片机贵得多，PLC输出端口越多，PLC价格就越高。第四，PLC在单片机的性能上更有优势，因为使用过程中机械延迟大，浓度监控系统的快速实时性是我们必须考虑的重要因素。考虑到上述因素，此次设计选择了方案1。第3课模块简介3.1二氧化碳传感器与固态或液体电解质气体传感器不同，本设计中使用的二氧化碳传感器是CDM 4141、CDM4161，半导体气体传感器是利用半导体材料的各种化学特性，以适当的电信号检测或量化空气中包含的特定气体(即正在测试的气体)的装置。高灵敏度、快速响应、小尺寸、长寿命、轻松集成、智能是优点，可以集成测试转换。半导体气体传感器的商品化在世界上首次实现，是日本费加罗博士发明的TGS系列半导体气体传感器。CDM4161是TGS 4161 CO2气体传感器和PICl6LF88微型计算机内部集成的CO2气体浓度测试模块，CDM4161测量了400到4000ppm空气中CO2气体的浓度，空气中二氧化碳气体的选择性很高。对一氧化碳和甲烷等气体不敏感，集成在CDM4161内部的单片机可以对传感器收集的信号进行处理和自动校准，以保持输出电平值和CO2气体浓度之间的线性关系。CDM4161提供了5个针脚，如表3.1所示。表3.1 CDM4161针脚功能说明接脚序号接脚名称接脚功能1Vin5V电源供应器2Vcone二氧化碳浓度测试输出3CTRL信号输出控制4TRBL错误信号输出5GND接地端子操作中的CDM4161针脚l连接5 V电源，针脚2输出电压范围0.4-4v。就像CO2气体浓度的帆船是400到4,000ppm。使用此模块，您可以在监视的CO2浓度高于设置值时通过跳线设置4文件限值。针脚3输出用于驱动外部通风设备的高水平输出，相反地，监视的CO2浓度从高值到低值，针脚3输出水平也从高值拖动外围设备，CDM4161面板跳线和设定的极限值以及针脚3输出电位的变动如图3.2所示。针4在传感器故障时输出低电位，可通过此参数使用脚连接蜂鸣器和时间监视CDM4161操作状态。CDM4161模块有三个操作状态指示灯，如果模块通电，则预热CDM4161，使其比市面上的绿灯闪烁两小时，进入正常操作状态后，绿灯总是亮着。如果针脚3输出高电位，红色指示灯将闪烁，如果模块内部传感器发生故障，黄色指示灯将闪烁。表3.2 CDM4161跳线方法文件级别跳线插座JP3跳线插座JP4二氧化碳浓度设定/ppm针脚3电位变化1故障故障800-7200从低到高从高到低2故障中队1000900从低到高从高到低3中队故障15001350从低到高从高到低4故障故障20001800从低到高从高到低3.2放大器放大电路是增加电信号振幅或功率的电子电路。利用放大电路的放大装置称为放大器。其核心是电子管、晶体管等电子活动装置。为了扩大，必须给放大器提供能量。一般使用的能量是直流电源，但也有使用高频电源作为泵源的放大器。放大的本质是把电力的能量转移到输出信号上。输入信号起到控制这些传输的作用，以反映放大器输出信号的变化重复或输入信号的变化。现代电子系统中电信号的产生、传输、接收、转换和处理几乎都基于放大器电路。20世纪初真空晶体管的发明和电信号放大的实现标志着电子工程发展到了一个新的阶段。晶体管的出现，特别是20世纪60年代集成电路的出现，从电子放大器开始加速了电子系统的小型化和小型化过程。现代最广泛使用的是基于晶体管(双极晶体管或场效应晶体管)放大电路的集成放大器。常用于高功率放大和高频、微波低噪声放大的离散晶体管放大器。高频和微波的高功率放大主要由功率晶体管或四重管、磁控管、速调管、行波管和正交场放大管等特殊类型的真空管完成。3.2.1放大电路的特性首先，由于有两种静态、动态的操作状态，因此经常绘制直流路径和交流路径以进行分析。第二，电路中经常添加负面反馈，这种反馈在这个水平内，有时从后一个水平反馈到前一个水平，因此分析这个水平时可以看到“前后”。找出各层次的原理后，可以编织整个电路，综合合成。3.2.2放大器电路性能指标电压放大、输入电阻和输出电阻是放大电路的三大性能指标，分析这三个指标的最常用方法是在小信号放大条件下将非线性晶体管放大电路等同于线性放大电路的微变等效电路方法。调整为1比例倍率(也称为增益)是测量放大电路放大能力的指标。根据需要处理的输入和输出量，电压最适用的电压、电流、互阻、互导和功率比将扩大。2输入电阻放大电路的输入电阻是从输入端进入放大电路的等效