基于单片机的CO2浓度检测与显示系统设计

1、西安建筑科技大学课程设计（论文） I基于单片机的CO2浓度检测与显示系统设计设计总说明随着社会经济的发展，人们生活水平普遍提高，对空气品质要求也不断提高，特别是大中城市空气污染严重。二氧化碳气体对人和人农作物的生活生长起着非常重要的作用。所以言之CO研究检测装置是非常必要的，对我们人的健康和农2作物的生长考价值，不同植物对co的浓度需求也不尽相同。本论文主要针对空2气中二氧化碳浓度设计检测系统。综合考虑系统的精度、稳定性以及经济性要求这三个方面之后，确定以AT89S52单片机为控制核心，选用性价比比较高的传感器，来实现对二氧化碳浓度的准确检测。本设计共有三部分组成，用CO浓度传感器TGS416

2、0检测CO浓度，控制22单元用AT89C51单片机，显示模块用LED数码管。整个系统具有易于操作、运行可靠、便于扩充等特点。系统体积小，操作简单，灵活性强，针对不同环境、不同作物的不同要求，可以随时随地修改极限报警值。该系统具有功能强成本低的特点，适合在各种环境进行检测。关键字：AT89C51，TGS4160，CO浓度，LED2COconcentrationdetectionbasedonsinglechip2microcomputeranddisplaysystemdesignDesignDescriptionWiththedevelopmentofsocialeconomy,thegene

3、ralimprovementofpeopleslivingstandard,theairqualityrequirementsareconstantlyimprove,especiallyinlargeandmedium-sizedcitiesairpollutionisserious.Carbondioxidegastohumancropsgrowthplaysaveryimportantroleoflife.SotheresearchofCO2detectiondeviceisverynecessary,andthegrowthofcropstothehealthofourpeoplete

4、stvalue,differentplantshavedifferentdemandsfortheconcentrationofCO2.Thispapermainlyinviewofthedesignofcarbondioxideconcentrationintheairsystem.Consideringtheprecisionofthesystem,stability,andeconomicalrequirementsafterthethreeaspects,determinetheAT89S52singlechipmicrocomputerascontrolcore,withhighco

5、stperformancesensors,toachieveaccuratedetectionoftheconcentrationofcarbondioxide.Thedesignofatotalofthreeparts,withCO2concentrationsensorTGS4160detectCO2concentration,thecontrolunitwithAT89C51,LEDdigitaltubedisplaymodule.Thewholesystemiseasytooperate,reliableoperation,easytoexpand,etc.Systemofsmalls

6、ize,simpleoperation,strongflexibility,accordingtodifferentenvironment,thedifferentrequirementsofdifferentcropscanbemodifiedatanytimeandplacelimitalarmvalue.Thissystemhasthecharacteristicsofstrongfunctionoflowcost,suitableforallkindsoftestingenvironment.Keywords：AT89C51，TGS4160，CO2Concentration，LED2西

7、安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文） II I目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 1绪论1 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1.1研究目的和意义1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.2国内外发展状况11.2.1国外发展现状11.2.2国内发展现状2 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.3课题的主要内容及研究意义3 HYPERLINK l bo

8、okmark8 o Current Document 2系统总体方案的设计4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 2.1系统设计特点和设计思路42.1.1系统设计特点42.1.2设计思路4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.2主要元器件选择52.2.1传感器选择52.2.2单片机选择62.2.3显示模块7 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document CO2浓度测量的意义8 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document

9、 系统硬件设计9 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3.1电源模块设计9 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.2单片机9AT89C51单片机介绍93.2.2最小系统设计10 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document CO2检测电路设计12 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.4报警电路设计133.4.1报警电路介绍13 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document

10、 3.5显示模块设计143.6A/D转换电路设计14AD7705简介15A/D转换电路16 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 系统的软件设计18 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 4.1系统总流程图18 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document A/D转换流程图18 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 4.3测CO2子程序流程图19 HYPERLINK l bookmark40 o Current Docu

11、ment 总结21 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 致谢22 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 参考文献23 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 附录24西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）第 页共39页第 页共39页1绪论研究目的和意义随着社会经济的发展，人们生活水平普遍提高，对空气品质要求也不断提高，特别是大中城市空气污染严重。二氧化碳气体对人和人农作物的生活生长起着非常重要的作用。所以言之CO研究检测装置是非常必

12、要的，对我们人的健康和农2作物的生长考价值，不同植物对CO的浓度需求也不尽相同。2中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如：二氧化碳浓度、空气的温度等。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可

13、能。本论文提出一种以AT89S52单片机为核心的检测器，主要是为了对日光温室内二氧化碳浓度、温度以及湿度进行有效、可靠地检测而设计的。国内外发展状况1.2.1国外发展现状西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。20世纪60年代，生产型的高级温室开始应用于农业生产，奥地利首先建成了番茄生产工厂，70年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家的温室园艺迅猛发展，温室设施广泛应用于园艺作物生产、畜牧业和水产养殖业。随着计算机技术的进步和智能控制理论的发展，近百年来，温室大棚作为设施农业的重要组成部分，其自动控制和管理技术不断得以提高，在世界各地都得到了长足的发展。特别是二十世纪70年代电子技术的

14、迅猛发展和微型计算机的出现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性的变化。80年代，随着微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，以及对温室控制要求的提高，以微机为核心的温室综合环境控制系统，在欧美得到了长足的发展，并迈入了网络化，智能化阶段。目前，国外现代化温室的内部设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准。温室内的各环境因子大多由计算机集中控制，检测传感器也较为齐全，如温室内外的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、营养液浓度等，由传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的自动控制，如无级调节的天窗通风系统，湿帘与风扇配套的降温系统，由热水锅炉或热风机组成的加温系统，可定时喷灌或滴灌的灌

15、溉系统，二氧化碳施肥系统，以及适用于温室作业的农业机械等。计算机对这些系统的控制己经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制，而是基于环境模型上的监督控制，以及基于专家系统上的人工智能控制，一些国家在实现自动化的基础上正在向着完全自动化、无人化的方向发展。1.2.2国内发展现状我国现代温室技术起步较晚，70年代以来，政府大力发展以塑料大棚、节能日光温室为主的设施农业，促进了农村经济的发展和缓和了蔬菜季节性短缺矛盾。与此同时，从1979年至1994年，从欧美、日本等国家引进了一系列现代化温室进行实验研究。引进的温室与我国传统温室比较，其空间大，便于进行机械作业，生产率与资源利用率比较高，为我国温室

16、的发展提供了借鉴作用。但这些温室也存在着许多不足之处，主要表现在：价格昂贵，国内农业生产目前难以接受。缺乏与我国气候特点相适应的温室测控软件。目前我国引进温室的测控系统大多投资大、运行费用过高，并且测控系统中所侧重考虑的环境参数与我国的气候特点存在矛盾。控制方式比较简单，软件实现模式固定，不能进行功能扩展。随后在我国出现了一些国外的仿造产品，但均没有面向我国广大农村现有的1000万亩传统温室的改造工程。所以，传统的方法，人们主要还是采用温度计、湿度计来采集温度值和湿度值，通过人工操作加热、加湿、通风和降温来控制温湿度。因此，以上产品的推广使用价值仍然不大。总体上说，我国自行开发的温室测控系统其

17、技术水平和调控能力与发达国家还有一定的差距。而我国综合环境测控技术的研究刚刚起步，目前仍然停留在研西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）究单个或少量环境因子调控技术的阶段，而实际上，温室内的光照度、温度、湿度、二氧化碳浓度等环境因素，都是在相互影响、相互制约的状态中对作物的生长产生影响的，环境要素的空间变化、时间变化都很复杂。因此，我们应该根据我国的国情研制出适合我国农业的发展的仪器仪表，并在农业设施中广泛推广。课题的主要内容及研究意义为适应农业发展的需要,根据以上分析存在的问题，本论文设计了基于单片机的二氧化碳浓度、温湿度检测系统。该系统在设计过程中充分考虑到性价比

18、，选用价格低、性能稳定的元器件，可实现对大棚内二氧化碳浓度、温湿度的在线实时检测。还设计了通信系统，单片机实时监测大棚内的二氧化碳浓度、温湿度，当二氧化碳浓度、温湿度超过设定的上、下限时，单片机通过与温室主机进行通信来打开相应的执行机构，实现对二氧化碳浓度、温湿度的调控，从而使得大棚内的参数在适合作物生长的范围内。第3页共39页西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）第 页共39页第 页共39页第 页共39页2系统总体方案的设计2.1系统设计特点和设计思路2.1.1系统设计特点CO浓度测量是指从CO传感器或其它待测设备等模拟或数字被测单元

19、中自22动采电量或非电量信号输出。目前，我国大部分地区测量co浓度的方式有两种，2一种使用有线的控制方式，另一种使用无线控制方式。有线接线麻烦，且接收温度点用线固定，不能随意移动，接收参数读取不易；无线成本比有线高，在设计时较容易。本次设计采用有线方式测量温度，有线测量的终端设备可以根据测量者的需求选择位置，有线方式抗干扰能力强。大部分co浓度测量系统都是采用工控机2或PLc方案，价格昂贵。在系统的设计过程中要充分考虑经济性，减少温室设计中的各种成本，这在选择方案上具有较为深远的意义，因此本设计基于STc89c52Rc单片机的co浓度测量系统。22.1.2设计思路本课题设计的是一种以STc89

20、c52单片机为主控制单元，以co浓度传感器2的组成测量控制系统。本设计主要针对空气中二氧化浓度的检测采用二氧化碳浓度传感器TGS4160，TGS4160检测到的二氧化碳浓度信号经过模拟变送模块后，送入A/D转化器转化为数字信号后送入单片机处理。检测器是以单片机为核心的，整个检测器系统包括主模块、数据采集与处理模块、模数转换模块、输出控制模块和显示模块等。数据采集与处理模块能够完成二氧化碳浓的模拟量的采集和处理，结果送数据存储器，输出控制模块主要负责显示控制。系统总体框图如图2-1所示。如图2-1系统总体框图2.2主要元器件选择2.2.1传感器选择TGS4160是日本FIGARO（弗加罗）公司生

21、产的一种固态电化学型二氧化碳传感器（CO2sensor），该器件除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特性外，同时还具有耐高湿和耐低温等特点。因而可广泛用于自动通风换气系统或CO2气体的长期监测等应用场合。二氧化碳传感器TGS4160概述GS4160二氧化碳传感器是FIGARO（弗加罗）公司生产的固态电化学型气体敏感元件。这种二氧化碳传感器除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特点外，同时还具有耐高湿低温的特性可广泛用于自动通风换气系统或是CO气2体的长期监测等应用场合。但是，由于TGS4160的预热时间较长（一般为2小时），所以，该器件比较适合于在室温下长时间通电连续工作。此外，为了方便

22、客户使用，FI-GARO公司还专门设计了带温度补偿的传感器处理模块AM4。该模块采用微处理器进行控制，CO气体浓度的输出信号电平为0.03.0V,相当于023000ppm的浓度，并有中继转接控制口，可输出高、低两种门限信号以供外接控制使用。TGS4160传感器的主要技术参数如下：测量范围：05000pm；使用寿命：2000天；加热器电压：5.00.2VDC；加热器电流：250mA；加热器功耗：1.25W；内部热敏电阻（补偿用）：100kQ5%；使用温度：-10+50C；使用湿度595%RH。二氧化碳传感器内部结构TGS4160二氧化碳传感器是一种内含热敏电阻的混合式二氧化碳敏感元件。该元件在两

23、个电极之间充有阳离子固体电解质。它的阴极由锂碳酸盐和镀金材料制成，而阳极只是镀金材料。该敏感元件的基衬是用对苯二酯聚乙烯和玻璃纤维加固，然后采用不锈钢网做圆柱型封装。元件的内层采用100目双层不锈钢网套在镀镍铜环上，并用高强度树脂粘合剂与基衬固定在一起。其外层顶盖上又罩上了一层60目的不锈钢网。为了达到降低干扰气体影响的目的，TGS4160在内外两层不锈钢网之间还填充有吸附材料（沸石）。传感器的6个引脚通过0.1mm的箔导线与内部相连。TGS4160内部等效结构图如图2-2所示。阳极与传感器的第3脚S（+）相连，阴极与传感器的第4脚S（-）相连，Pt加热器与传感器的第1,6脚相连，内部热敏电阻

24、与传感器的第2,5脚相连。内部热敏电阻的作用是通过该电阻探测环境温度，以便对该传感器进行温度补偿，从而使校正后的测量值更加准确。2.2.2单片机选择一般情况下，控制器的选择需要遵循以下几个原则：控制器的基本性能参数是否满足设计需求。比如控制器的指令执行速度I/O口引脚数量、程序存储器（ROM、RAM）的容量及是否支持外部扩展、UART或者SPI口的数量、中断处理系统等是否满足设计要求。控制器的工作电压及工作温度是否满足现场环境的要求。开发成本是否相对经济性。当基本性能参数都满足后就要综合考虑开发西安建筑科技大学课程设计(论文)西安建筑科技大学课程设计(论文)第7页共39页第7页共39页成本问题

25、，开发周期的长短也对可移植性提出一定的要求，最后还需考虑到系统是否容易维护等问题。单片机作为系统的核心部件它的选择对整个系统起着很重要的作用。目前较为广泛应用的单片机有51系列的8位、面向大数字信号处理领域的数字信号处理器(DSP)、增强型的16位单片机机以及32位的AR芯片这几种。ARM芯片的优点是体积小、功耗低、功能广泛和性能高的特点，它主要应用在比较简单的小型的场合。方案一：采用89C51,其内部有4KB的存储器，编码后以并行方式传输数据。它的优点是方便实现，软件开销小。方案二:采用8051，其内部无片内程序存储器，因此，必须在片外扩展EPROM。综合分析，采用方案一以比较方便。2.2.

26、3显示模块目前主要的显示屏有LCD与LED两种，LCD与LED是指液晶电视背光技术的两个发展阶段，也是目前市场主要的两种液晶电视背光技术。但无论哪种背光技术，液晶本身的原理都相同。液晶本身不发光，需要用背光照亮。这种照亮技术就分为LCD与LED。LED的技术相比LCD更先进，整体视觉效果更好，更节能，当然价格会更高一些。相比较而言，LED作为背光源能使显示屏更加轻薄，显色效果会更好。另外较为重要的问题是，LCD电视采用冷阴极荧光管，因为含有水银，因此也被认为对环境有较大的损坏。而LED液晶电视使用的使发光二极管,不存在水银的问题。1、LED与LCD的功耗比大约为1:10,LED更节能。2、LE

27、D拥有更高的刷新速率，在视频方面有更好的性能表现。3、LED提供宽达160的视角，可以显示各种文字、数字、彩色图像及动画信息，可以播放电视、录像、VCD、DVD等彩色视频信号。4、LED显示屏的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，在强光下也可以照看不误，并且适应零下40度的低温。综上所述选择LED作为本次设计的显示屏，具有较高的显示清晰度，是使的测量结果别预计以更加容易控制。西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）第 页共39页第 #页共39页C02浓度测量的意义CO浓度的测量具有重要的意义，CO对于我们人有一定的要求，如果CO浓222度过高对我们将会是一种危害

28、，对我们的正常生活造成影响；但是CO浓度对于2对于职务也有一定的影响，不同的植物对co浓度的需求也是不一样的，植物进2行光合作用吸收CO，释放氧气的过程与CO的浓度有着密切的联系，针对不同22的植物需要维持不同浓度的二氧化碳。所以测量空气中的二氧化碳浓度有着极其重要的作用。西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计(论文)第 页共39页第 页共39页第 页共39页系统硬件设计3.1电源模块设计图3-1为系统的电源电路。整个系统3.7V电池经过升压到5V供电，S1为电源开关，控制系统电源的通断，D1为发光二极管，利用发光二极管的特性即具有单向导通性，

29、防止电源接反，还可以作为电源指示灯。1K的电阻为限流电阻或者稳流电阻，保证系统正常工作。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。C322u十-3-15uU1BATTLXOUTSHDNGNDL4MAX1724EZK50L21OUrYYYA1u图3-1电源电路3.2单片机3.2.1AT89C51单片机介绍芯片AT89C51是Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS单片机，片内含有4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随即存取数字存储器(RAM)，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机性价比高，可灵活应用于

30、各种领域。AT89C51的主要性能参数如下：与MCS-51产品指令系统完全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz-24MHz三级加密程序存储器128*8字节内部RAM32个可编程I/O接口2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式低工作电压5VAT89C51单片机引脚图如图3-2所示。P1.0PO.7P1-1PO,6PL.2P0.5P1.3P0.4PL.4P0.3P1.SP0.2P1.6P0.1P1.7PD.OP30)P2.0P3.1TXD)P2.1P3.2INTO)P2.2P3J.3INTL)P2.3P3越OCLB)P2.

31、4P3.5(QC1A)P2.5P3.6(VTt)P2.6P3.7RD)P2.7RESETALE/PTLOGPSENXTA2L2JEJWppXTAL1vccP5.5LOCIAP3.I5(WR)PS.7(RDJRESETXTAL2XTALI7-6舌432LOPO.PO.MPO.-PO.PO.PO.%.0L2玄斗5.67222.22.222.PPPPPPPPALE-PROGP呂EWEAVpprCCGND9rrrr54亍21Lrz亍tt-imstt-oflwg.g3.-3AT89S5.2-8PC图3-3最小系统图AT89C51的时钟振荡器AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚

32、XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的篇外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路如图3-4所示：图3-4内部震汤电路外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路，对外接电容虽然没有十分严格的要求，但是电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程度及温度稳定性，如果使用石英晶体，电容使用30Pf，如使用陶瓷振荡器电容使用40pF。电路也可以使用外部时钟。采用外部时钟电路如图1.1右所示。这种情况下,外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，引脚XTAL2则悬空。由于外部时钟信

33、号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但是最小高电平持续时间和最大电平持续时间应符合产品技术条件的要求。AT89C51复位电路复位的作用是使程序自动从0000H开始执行，因此我们只要在AT89C51单片机的RST端加上一个高电平信号，并持续10ms以上即可，RST端接有一个上电复位电路，它是由一个小的电容和一个接地的电阻组成的。按键复位电路另外采用一个按钮来给RST端加上高电平信号。本设计采用放电型的进行人工复位的电路，如图3-5按键复位电路，上电时C3通过R2充电，维持宽度大于10ms的正脉冲，就可以完成复位操作。当C3结束充电后，RST端出现

34、低电平，这是CPU将正常的工作。在本次设计中如果需要按键进行复位，就按下按钮BUTTON3,C3通过BUTTON3和R2放电，RST端电位将会上升到高电平，从而实现人工复位，BUTTON3松开后C3重新充电，当结束充电后，CPU将会重新工作。下图中，R2是限流电阻，阻值不可以过大，否则不能起到复位作用。V-CC-C12.2iiFREgETGrTCD图3-5复位电路C02检测电路设计TGS4160在温度为20C2C、湿度为655%RH、加热电压为5.00.05V、预热时间为7天或大于7天的条件下，测得传感器在浓度为350ppm中的EMF值是220490mV，而EMF在3503500ppm的CO2

35、浓度中的值是4472mV，因此在2西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）第 页共39页第 #页共39页第 页共39页实际测量应用电路中，要根据传感器的特点要求，除使用高输入阻抗（2100GQ）、低偏置电流（WlpA）的运算放大器外，还要对测得的信号进行处理。处理该信号选择使用费加罗（FIGARO）公司的FIC98646专用处理器模块,AM-4模块。图3-6二氧化碳浓度检测电路AM-4二氧化碳传感器模块，则可直接应用于二氧化碳气体监测。该模块内部带有A/D转换器，并已对数据进行了采样并作了处理。它输出的电压信号与二氧化碳浓度值呈线性关系，

36、输出的电压信号为03.0V，相当于03000ppm的二氧化碳浓度。AM-4模块的输出电压为03V,需要经过放大处理变为05V传送给A/D转化器，才能为单片机传送更为准确的数字信号。如图3-6所示。3.4报警电路设计若co2浓度参数超标时，则启动声光报警电路，同时单片机通过控制固态继电器来打开相应的执行机构，工作人员也可以根据此情况来查看相应的区域或者采取相应的措施。3.4.1报警电路介绍报警电路中光报警采用发光二极管，声报警采用蜂鸣器来设计，采用两个引脚控制。其中，蜂鸣器电路中，9013三极管起开关作用，输出高电平时，管脚输出电压VOH二VCC-0.25V=3.05V,输出电流I=-lmA，经

37、过2K限流电阻R分压后，到达9013基极的电压为1.05V,使得三极管发射结正偏，集电结反偏，晶体管导通，蜂鸣器上电而产生报警声。对与发光二极管，必须采用限流电阻，否则会是二极管电流过大而烧坏。当单片机P1.3和P1.4同时置高时，即可实现声光报警。其硬件电路如图3-7所示。图3-7报警电路3.5显示模块设计在单片机系统中，一般的数据显示终端有两大类:一是采用LED数码管显示，二是采用LCD显示。LED显示亮度高，但每只数码管只显示一位字符，显示的数据位数多时就需要较多的数码管。显示电路采用了7段共阴数码管扫描电路，节约了单片机的输出端口，便于程序的编写。显示电路如图3-8所示。DS3DS2D

38、S1图3-8LED显示电路3.6A/D转换电路设计AD7705是十六位分辨率的A/D转换器，两通道全差分模拟输入，使用+5V西安建筑科技大学课程设计(论文)西安建筑科技大学课程设计(论文)西安建筑科技大学课程设计(论文)第 页共39页第 #页共39页第 页共39页单电源，主要应用于低频测量。它利用了工-转换技术实现了16位无误码数据输出,三线数字接口，可以通过串行输入接口，由软件配置芯片的增益值、输入信号极性和数据更新速率，非常灵活方便。3.6.1AD7705简介AD7705二全差分输入通道的ADC,十六位无丢失代码，0.003%非线性；可编程增益：1128；三线串行接口；具有模拟输入端缓冲器

39、；工作电压：2.73.3V或4.755.25V；低功耗，3V电压时，最大功耗为1mW；等待电流的最大值为8口A；16脚DIP、SOIC和TSSOP封装。引脚功能如下：1.SCLK：串行时钟输入。将一个外部的串行时钟加于这一输入端口，以访问TM7705的串V行数据；MCLKIN：为转换器提供主时钟信号。能以晶振或外部时钟的形式提供。晶振可以接在MCLKIN和MCLKOUT二引脚之间。此外，MCLKIN也可用CMOS兼容的时钟驱动，而MCLKOUT不连接。时钟频率的范围为500kHz5MHz；MCLKOUT：当主时钟为晶振时，晶振在MCLKIN和MCLKOUT之间。如果在MCLKIN引脚处接上一个

40、外部时钟，MCLKOUT将提供一个反相时钟信号。这个时钟可以用来为外部电路提供时钟源，且可以驱动一个CMOS负载。如果用户不需要，MCLKOUT可以通过时钟寄存器中的CLKDIS位关掉。这样，器件不会在MCLKOUT脚上驱动电容负载而消耗不必要的功率；CS:片选，低电平有效的逻辑输入，选择TM7705。将该引脚接为低电平,TM7705能以三线接口模式运行(以SCLK、DIN和DOUT与器件接口)；RESET:复位输入。低电平有效的输入，将器件的控制逻辑、接口逻辑、校准系数、数字滤波器和模拟调制器复位至上电状态；AIN2(+)：差分模拟输入通道2的正输入端；AIN1(+)：差分模拟输入通道1的正

41、输入端；AIN1(-)：差分模拟输入通道1的负输入端；REFIN(+)：差分基准输入的正输入端。基准输入是差分的，并规定REFIN(+)必须大于REFIN(-)。REFIN(+)可以取VDD和GND之间的任何值；REFIN(-):差分基准输入的负输入端。REFIN(-)可以取VDD和GND之间的任何值，且满足REFIN(+)大于REFIN(-)；AIN2(-)：差分模拟输入通道2的负输入端；DRDY：DRDY逻辑低电平表示可从TM7705的数据寄存器获取新的输出字,完成对一个完全的输出字的读操作后，DRDY引脚立即回到高电平；DOUT:串行数据输出端。从片内的输出移位寄存器读出的串行数据由此端

42、输出；DIN：串行数据输入端。向片内的输入移位寄存器写入的串行数据由此输入；VDD：电源电压，+2.7V+5.25V；GND:内部电路的地电位基准点。SCLKMCLKBJMCLKOUTCSREFIN+REFZAM2-DRDYDOUTDINVDDRESETGNDAIN24AINHAIN1”TM77058a616:图3-9AD7705与单片机的接口电路3.6.2A/D转换电路AD7705的串行接口包括5个信号：即CS、SCLK、DIN、DOUT和DRDY。DIN线用来向片内寄存器传输数据，而DOUT线用来访问寄存器里的数据。SCLK是串行时钟输入，所有的数据传输都和SCLK信号有关。DRDY线作为

43、状态信号，以提示数据什么时候已准备好从寄存器读数据。在一般的简单系统中，常常只有1片AD7705或其它共用口线的器件，故CS-通常接低电平，节省了单片机的输出输入控制线,这样就可以配置成三线连接方式。三线连接方式下决定数据寄存器是否被更新也即是确定数据寄存器是否可以被读，只有通过查询通信寄存器DRDY-位来判断，这种做法的代价是时间开销较西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）第 页共39页第 页共39页多，它并不适用于实时性要求比较强的系统。比较好的办法是监控硬件DRDY-引脚的状态，以决定数据寄存器是否被更新，硬件DRDY-引脚的输出与通信寄存器DRDY-位同步,D

44、RDY-引脚一旦变成低电平，表明数据寄存器数据已经更新，可以读取。所以DRDY-输出引脚接至CPU的INTO或INT1就可以实现中断或者查询方式的监控。但不管是查询方式还是中断方式，都需要增加一根数据线。如图3-10所示。图3-10A/D转换电路系统的软件设计常用的单片机程序设计语言有两种：汇编语言和C语言，汇编语言是一种用汇编指令表示的程序设计语言，它的指令跟计算机的机器语言指令一一对应，能控制计算机的硬件系统，程序效率高，占用内存小。缺点是属初级语言，需要相关的硬件结构的情况下学习编程，编程难，移植性差。C语言是一种结构化程序设计语言，兼有高级语言和初级语言的部分特点。具有丰富的可调用的函

45、数库，可免去很多重复设计。所以目前C语言在单片机软件开发中占有相对优势。本系统采用C语言来进行单片机的程序设计和开发，整个程序由主程序和若干功能程序组成。4.1系统总流程图主程序是整个程序的主题结构，负责整个系统各模块相互关系和次序。系统总流程图如图4-1所示，首先给系统上电以后，初始化系统，初始化包括初始化二氧化碳传感器、单片机、LED，整个系统软件由以上部分组成。开始r系统初始化1读二氧化碳浓度1rA/D转换F显示图4-1系统总流程图4.2A/D转换流程图首先，设置ADC0809选择和读取信号，使模拟的二氧化碳浓度信号进行A/D转化，在等待转化完毕后，调用储存程序。储存子程序主要是把之前所

46、存储的浓度值存入后一位寄存器中，以便按键调用显示。最后，把读取的数字信号经行处理,转化为相应的十进制二氧化碳浓度值，存入对应寄存器中。具体流程如图4-2所4.3测CO子程序流程图2本次设计以测量CO2浓度，故测量到CO2浓度的精确度是本次设计的关键因素，需要测量到精确地CO2浓度数值就必须有一个严谨的流程图，CO2浓度测量流程图如图4-3所示。西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）第 页共39页第 页共39页第 页共39页总结本次课程设计主要研究基于单片机的CO浓度检测系统设计的过程，在本课2程设计过程中，硬件方面的重点是二氧化碳浓度检

47、测电路与控制电路，以及显示电路的设计；软件方面的重点是对二氧化碳浓度的采集、显示和多种控制形式的程序设计等。本次设计通过有线通信进行CO浓度检测、显示和处理。整个系统主要包括2CO浓度检测采集终端和显示。CO浓度检测采集终端又包括CO浓度检测传感器222TGS4160AT89C51单片机和LED显示三部分。本设计虽然已经完成，但是由于时间和能力方面的限制，仍然存在着需要改进的地方。系统虽然可以应用到检测空气中CO浓度，但对某些要求较高的场所2可能会有精度和设计不足的问题。致谢在此，我衷心地感谢所有在我做课程设计期间帮助过我的人。首先我要感谢我的指导老师的大力指导，为我在完成课程设计的过程中提供

48、了很多指导性的意见，使我受益匪浅。在此，我衷心感谢老师们给予我的帮助和教育。此外，还要衷心感谢在我完成毕业设计过程提供过帮助的同学，他们的帮助对我完成对课题的理解和论文的撰写，起到了很大的作用。这次论文从选题、实验到最终完成，每一步都是在老师的精心安排和悉心指导下完成的，倾注了老师大量的心血。她渊博的学识，丰富的经验，严谨的治学态度，事业上积极进取的精神对我影响深远。在此，谨向曾萱老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！谢谢老师在我撰写论文的过程中给予我极大地帮助。同时，论文的顺利完成，也离不开同组其他同学的关心和帮助，在此对他们表示衷心的感谢。在整个论文创作中，各位老师、同学和朋友给我提供了宝贵的建

49、议和意见，使得论文顺利完成。西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）第 #页共39页第 页共39页参考文献刘雨棣，雷新颖.计算机控制技术M.西安交通大学出版社.2013年11月林敏.计算机控制技术及工程应用M.国防工业出版社.2010年6月李建忠.单片机原理及应用.西安电子科技大学出版社，2008杨居义.单片机课程设计指导.清华大学出版社,2009张福学著.传感器应用及其电路精选.电子工业出版社.1992.76高光天.传感器与信号调理器件应用技术M.北京：科学技术出版社，2002,84-85西安建筑科技大学课程设计（论文）西安建筑科技大学课程设计（论文）第 页共39页第

50、 页共39页附录检测主程序#include/调用外函数/#include#include#include#include#include#include/*初始化CPU*2/voidinit_cpu()/初始化cpuEA=1;TR0=1;TR1=1;TMOD=0 x11;TH1=0 x3c;TL1=0 xb0;/*voidtime1(void)interrupt3using1TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;keyval=P1;/初始化CPU结束/voidmain_menu_initial()/LED主菜单初始化./main1_menu0.

51、display=measurearray;/定义一个”开始测量“数组/main1_menu0.subs=NULL;main1_menu0.children_menus=measure_menu;main1_menu0.parent_menus=NULL;voidmeasure_menu_initial()/“开始测量”菜单设置/measure_menu0.menu_count=2;measure_menu0.display=qr;/开始测量函数,确认.measure_menu0.subs=start_measure_function;/开始测量函数measure_menu0.children_

52、menus=NULL;measure_menu0.parent_menus=main1_menu;measure_menu1.menu_count=2;measure_menu1.display=qx;measure_menu1.subs=NULL;measure_menu1.children_menus=NULL;measure_menu1.parent_menus=main1_menu;/还有voidstore_menu_initial()、voidtime_menu_initial()/voidled_menu_pro()max_item=menu_led-menu_count;swit

53、ch(keyval)case0:break;case1:/向上键if(user_choosen=0)user_choosen=max_item;shuaxin=1;user_choosen-;break;if(shuaxin)/是否需要刷新LCD标志位.Clr_Scr();shuaxin=0;led_menu_show();oidled_menu_show()ucharn;max_item=menu_led-menu_count;if(max_item=4)/菜单项为3则表示为主菜单.for(n=0;n4;n+)draw_bmp(n*2,20,96,0,menu_ledn.display);/

54、标记出当前菜单项.select_item(user_choosen);elseswitch(temp_choosen)case0:/“开始测量”数组/draw_bmp(0,20,96,0,measurearray);break;default:break;for(n=0;n1)&0 x1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;/拉低CLK端，形成下降沿3ADDI=1;/控制命令结束_nop_();_nop_();dat=0;for(i=0;i8;i+)dat|=ADDO;/收数据ADCLK=1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;/形成一次时钟脉冲_nop_();_nop

55、_();dat=1;if(i=7)dat=ADDO;for(i=0;i8;i+)j=0;j=j|ADDO;/收数据ADCLK=1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;/形成一次时钟脉冲_nop_();_nop_();j=j7;ndat=ndat|j;if(i=1;ADCS=1;/拉低CS端ADCLK=0;/拉低CLK端ADDO=1;/拉高数据端,回到初始状态dat0;i-)IO=ACC0;CLK=1;/下降沿写入数据/CLK=0;ACC=ACC1;/*读出字节子函数*/OutputByte(void)/上升沿读出数据/*函数：设置初始时间*/voidSetTime(unsignedchar*pSecDa)WriteTol302(0 x8e,0 x00);/控制命令,WP=O,写操作/for(i=7;i0;i-)WriteTo1302(Addr,*pSecDa);pSecDa+;Add