二氧化碳檢測裝置的設(shè)計與實現(xiàn)--正文(共8頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上二氧化碳檢測裝置的設(shè)計與實現(xiàn)摘要正是因為現(xiàn)在二氧化碳對我們的生活環(huán)境影響真的越來越大。二氧化碳給溫室效應(yīng)起到的加劇作用也是二氧化碳危害的主要方面，就是因為過高的二氧化碳濃度是會影響到我們的身體健康。所以就想通過設(shè)計一個二氧化碳的檢測裝置來實現(xiàn)對二氧化碳的報警與控制。本設(shè)計采用單片機(jī)來完成二氧化碳檢測裝置的控制部分設(shè)計。利用單片機(jī)編程的便利性，還有單片機(jī)控制下的二氧化碳檢測裝置的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，來給檢測裝置的運(yùn)行和使用提供保證。本文就整個二氧化碳檢測裝置的硬件設(shè)計部分，軟件設(shè)計部分做出了相應(yīng)的探討。從整個設(shè)計當(dāng)下的設(shè)計背景入手，詳細(xì)介紹了設(shè)計的二氧化碳檢測裝置的特點，設(shè)

2、計要點，設(shè)計的思想。還有裝置測試中的數(shù)據(jù)，和出現(xiàn)的問題都做了探討研究。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；二氧化碳濃度；聲光報警緒論設(shè)計的背景情況簡析：我們?nèi)澜缈茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們國家科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，都為我們的生活條件改善帶來了許許多多的好處。但是正是在這樣高速發(fā)展的情況下我們的工業(yè)發(fā)展就就成了一個雙刃劍，推動了我們社會的進(jìn)步的同時又的破壞環(huán)境，造成大量的二氧化碳排放。并且現(xiàn)在越來越高的二氧化碳濃度已經(jīng)逐漸的在影響我們?nèi)祟愡€有其他動物的生存環(huán)境。所以現(xiàn)在二氧化碳已經(jīng)成為了空氣中的主要污染物，也是諸多的人員密集場所必須要檢測的數(shù)據(jù)之一。一旦二氧化碳濃度過高就會引起人身體的不良反應(yīng)，所以就必須要進(jìn)行二氧化碳濃度的實

3、時檢測。還有就是當(dāng)下的農(nóng)業(yè)發(fā)展，植物的生長有是需要二氧化碳的。因為一定濃度的二氧化碳對植物的生長起到極大的促進(jìn)的作用。所以說在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對二氧化碳濃度控制檢測的需求同樣是越來越大。因為國外先進(jìn)成熟的二氧化碳檢測系統(tǒng)價格昂貴，不便于大量的推廣使用，于是就真的需要一種成本低，性價比高，便于推廣使用的二氧化碳的檢測裝置。正是基于這樣的背景下我們就想要通過單片機(jī)這樣低成本的控制設(shè)備來設(shè)計一個二氧化碳的檢測報警裝置，為二氧化碳濃度的檢測提供新的思路。還有就是這樣低成本的二氧化碳檢測裝置也是利于推廣，便于大面積使用的。二氧化碳檢測裝置所想要達(dá)到的目的：主要的設(shè)備就是二氧化碳的一些傳感器，氣體傳感器，還

4、有濃度傳感器。然后利用單片機(jī)來進(jìn)行相應(yīng)的控制，作為一個中央處理器來處理數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)?？梢匀藶榈卦O(shè)置二氧化碳的最低和最高濃度報警限度，組成一個檢測報警裝置。在加入LED燈的顯示，通過蜂鳴器來實現(xiàn)報警，在設(shè)置人為干預(yù)的報警關(guān)閉開關(guān)。整個裝置的設(shè)計原理并不復(fù)雜，就是通過一系列低成本設(shè)備的組合完成二氧化碳檢測裝置的濃度檢測和報警一體化。1、二氧化碳檢測裝置硬件部分設(shè)計硬件作為整個二氧化碳檢測裝置的基礎(chǔ)應(yīng)該作為最重要的部分來進(jìn)行設(shè)計，因為硬件作為設(shè)備使用的基礎(chǔ)。硬件系統(tǒng)的設(shè)計也是關(guān)乎設(shè)計的成敗，影響最終的使用效果。1.1硬件設(shè)計部分的總體思路和框圖硬件部分設(shè)計框圖：思路介紹：這樣的一個硬件設(shè)計的主題思

5、路就是，非為主要的四個部分。其中最主要的就是單片，作為裝置和系統(tǒng)的核心，來負(fù)責(zé)處理傳感器的信息，又把信息處理分析后輸出到報警器，或者顯示屏幕上。然后就是傳感器的部分，通過二氧化碳濃度傳感器把信息傳到AD信號轉(zhuǎn)換放大器上。然后把供電的電路就設(shè)計到傳感器這個部分接進(jìn)來。信號傳感器和信號轉(zhuǎn)換器都需要電源，然后單片機(jī)的電源也就和他們的電路設(shè)計到一起，最后通過單片機(jī)給其他的部分供電就可以了。然后就是報警顯示部分，也就是輸出的部分。于是就可以通過單片機(jī)處理器處理了二氧化碳濃度傳感器收集到的信息。如果數(shù)值超過報警的限制值就會自動的接通報警裝置，通過蜂鳴器和LED燈來進(jìn)行報警。還有就是需要一個可以人為控制的按

6、鍵輸入部分，通過人為控制來選擇報警的濃度。1.2裝置各個部分功能的概述1.2.1數(shù)據(jù)采集部分首先就是通過二氧化碳濃度傳感器把二氧化碳濃度這樣的一個非電學(xué)量，轉(zhuǎn)化成電信號，然后把微弱的電信號傳輸?shù)紸D信號放大器上。然后就可以通過轉(zhuǎn)換器來解決信號轉(zhuǎn)換的問題，最后來進(jìn)行數(shù)字化運(yùn)算。1.2.2系統(tǒng)處理部分本設(shè)計主要就是使用單片機(jī)，然后通過單片機(jī)作為處理器。通過數(shù)據(jù)采集部分收集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。然后根據(jù)設(shè)定的報警限度來判斷有沒有達(dá)到報警的條件。然后根據(jù)數(shù)據(jù)的計算，最后自動的啟動報警。也可以通過人為來關(guān)閉報警1.2.3報警顯示部分主要就是通過數(shù)據(jù)采集部分傳輸?shù)男盘柾ㄟ^兩次轉(zhuǎn)換（二氧化碳濃度非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電

7、信號，信號轉(zhuǎn)換放大器又把電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號），然后通過單片機(jī)的信號，進(jìn)行聲光報警，不斷地報警。需要能夠通過LCD屏幕實時顯示二氧化碳濃度值。1.3硬件部分的系統(tǒng)設(shè)計方案簡析硬件部分的系統(tǒng)設(shè)計方案，主要就是硬件系統(tǒng)設(shè)計時遵循的步驟，也實際按照這樣的一個步驟來完成二氧化碳濃度檢測裝置的實際設(shè)計：首先就是確定了我們需要的一些主要的設(shè)備，單片機(jī)，二氧化碳濃度傳感器，AD信號轉(zhuǎn)換放大器，還有一些質(zhì)量過關(guān)的發(fā)光二極管，小型LCD屏幕等等。然后根據(jù)不同的功能做好分類準(zhǔn)備。然后就是要做好單片機(jī)的選擇，分配好單片機(jī)的各個接口，然后把接口和相應(yīng)的元器件聯(lián)系起來，做好準(zhǔn)備標(biāo)記。接下來就是利用軟件來完成硬件仿真圖和

8、PCB版圖。其中硬件模擬仿真圖使用proteus軟件，而pcb板圖使用AltiumDesigner設(shè)計軟件。最后設(shè)計總的原理圖。1.4硬件部分的系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理圖：系統(tǒng)整個包括單片機(jī)的整個系統(tǒng)，處理模塊。然后就是報警器，一個聲光報警器，其中包含蜂鳴器還有LED燈。讓后就是一個LCD顯示屏幕，能夠進(jìn)行二氧化碳濃度的實時監(jiān)測顯示。按鍵包括對二氧化碳濃度值限定值的增大減小的設(shè)置，然后有一個手動取消報警的按鈕。主要的傳輸設(shè)備就是傳感器和信號轉(zhuǎn)換器。就這樣就可以成為一個二氧化碳檢測裝置。1.5硬件部分的設(shè)備選擇在進(jìn)行了整個硬件系統(tǒng)的討論之后，需要進(jìn)行設(shè)備的選擇了，因為設(shè)備的不同也是會影響設(shè)備的使用效果的

9、。所以要從實用，性價等方面考慮設(shè)備的選擇。設(shè)計使用的設(shè)備主要就是這樣幾個：1.5.1硬件部分的傳感器的選擇在這樣三個傳感器中：TGS4160二氧化碳傳感器、NDIR紅外氣體傳感器MH-410V/D，和MG811二氧化碳傳感器。最后選擇了MG811二氧化碳傳感器，因為它比起其它兩個傳感器，有體積更小，使用效果更好的優(yōu)點。主要是穩(wěn)定性好，不會受到溫度濕度的影響，受外界干擾影響比較小。還有就是兩百元左右的售價也是設(shè)計能夠接受的價格范圍。整個MG811二氧化傳感器的靈敏度，和精度都是滿足設(shè)計要求的。MG811靈敏度曲線圖：這就說明這個MG811二氧化碳傳感器的靈敏度比較好，在常規(guī)條件下的表現(xiàn)能夠滿足設(shè)

10、計的要求。MG811響應(yīng)恢復(fù)曲線圖：這也同樣說明MG811二氧化碳傳感器的相應(yīng)恢復(fù)特性良好，能夠滿足設(shè)計的要求。1.5.2硬件部分顯示器的選擇設(shè)計的過程中放棄了采用數(shù)碼管顯示，雖然成本低但是相對液晶顯示屏LCD顯示，還有很多的不足之處。LCD顯示的話雖然成本相應(yīng)增加但是，顯示的效果更好，而且還能夠顯示簡單的圖形等等。所以說雖然LCD顯示同樣有一些不足，但是就是因為它能夠顯示雙行16字符，這樣也才能夠滿足設(shè)計的要求。1.6proteus仿真圖和 PCB板圖1.6.1 proteus仿真圖：暫時使用AT89C51代替STC89C52。整個系統(tǒng)的仿真效果總體良好符合設(shè)計的要求。1.6.2 PCB板圖

11、：這次的設(shè)計當(dāng)中所有的部分主要還是要通過人工焊接的方式進(jìn)行。所以PCB圖就必須要在焊接時使用，要按照PCB圖嚴(yán)格的進(jìn)行焊接。2、二氧化碳檢測裝置軟件部分設(shè)計2.1軟件實現(xiàn)的基本功能因為整個二氧化碳的檢測裝置所有功能的實現(xiàn)是需要編寫一個程序來操縱單片機(jī)，進(jìn)行所有設(shè)備的控制。所以最后使用C語言編程，來編寫一個程序進(jìn)行控制這個設(shè)備。主要就是要能夠分析二氧化碳濃度傳感器傳輸過來的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行分析，根據(jù)按鍵部分做出的控制，來判斷濃度是否超標(biāo)如果超標(biāo)，最終控制報警裝置進(jìn)行報警；如果沒有任何的超標(biāo)就需要把實時的二氧化碳濃度能夠傳輸?shù)斤@示屏幕上。2.2軟件部分的設(shè)計方案軟件部分的系統(tǒng)設(shè)計方案，主要就是軟件系

12、統(tǒng)設(shè)計時遵循的步驟，也實際按照這樣的一個步驟來完成二氧化碳濃度檢測裝置的軟件實際設(shè)計：首先就是確定各個部分需要的功能，然后就需要就需要根據(jù)不同的功能需求來編寫程序。主要還是Keil軟件來編寫C語言程序，因為Keil對單片機(jī)的兼容性是很好，所以選擇他為平臺比較方便。最后設(shè)計電路圖然后根據(jù)電路圖來鏈接設(shè)備。最后就是把程序輸入到單片機(jī)中，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件軟件調(diào)試，出現(xiàn)問題進(jìn)行調(diào)整。2.3程序設(shè)計思路程序的設(shè)計思路經(jīng)過自己的的思考過后分為三個階段。2.3.1數(shù)據(jù)獲取階段首先就是數(shù)據(jù)的輸入階段，也就是二氧化碳濃度的檢測階段，開機(jī)，然后設(shè)定二氧化碳濃度的最大最小報警值，然后進(jìn)行實測根據(jù)實際的測試效果來看設(shè)備

13、有沒有正常的運(yùn)行。2.3.2數(shù)據(jù)的處理階段通過編寫程序，把獲得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，然后就需要根據(jù)設(shè)定的值進(jìn)行計算選擇，輸出到顯示屏幕上，實時監(jiān)測，實時判斷。2.3.3報警的程序根據(jù)設(shè)定的值，在獲得單片機(jī)傳輸過來的指令后進(jìn)行報警相應(yīng)，蜂鳴器啟動，警示燈也要相應(yīng)啟動。并且在受到人為關(guān)閉按鍵指令的時候能夠及時的關(guān)閉。2.3.4程序的流程圖2.4實際使用測試數(shù)據(jù)效果用高純氮作稀釋氣體對1的標(biāo)準(zhǔn)CO：氣體稀釋得到6組不同濃度的CO：氣體分別用氣相色譜儀和本裝置對配置的6組氣體進(jìn)行測量比較，結(jié)果得到了。這說明裝置的實際使用效果還是能夠達(dá)到設(shè)計的要求的。能夠完成初期的預(yù)計。3、整體設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題及解決辦

14、法3.1系統(tǒng)調(diào)試在進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試的時候就發(fā)現(xiàn)軟件并不能識別一些元器件，所以我們就只能自己設(shè)計，但是自己設(shè)計的一些元器件并不能完成元器件應(yīng)該有的特性，所以只有找一些相似的元器件來代替。然后通過重新編寫的方式來解決問題。最后發(fā)現(xiàn)在所有的模塊都能夠正常的運(yùn)行，然后設(shè)備也就能夠完成應(yīng)該有的一些功能。保證了整個二氧化碳檢測裝置能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行。3.2 焊接問題焊接的過程中也出現(xiàn)了因為經(jīng)驗不足導(dǎo)致的虛焊，還有沒有焊接正確的問題，后來重新檢查，按照電路圖一步一步檢查發(fā)現(xiàn)焊接錯誤的地方，找到左右虛焊的部位，重新進(jìn)行焊接，焊接牢固后，運(yùn)行設(shè)備，發(fā)現(xiàn)設(shè)備能夠正常運(yùn)行，問題相應(yīng)的得到了解決。3.3 誤差數(shù)據(jù)總結(jié)及結(jié)果分析

15、才進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試的時候發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)總是不太對，并不能符合要求。通過反復(fù)的實驗就發(fā)現(xiàn)，設(shè)備開啟需要一定的時間，要進(jìn)行預(yù)熱才能夠正常的運(yùn)行。這樣就讓開機(jī)使用就出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤的的問題得到了解決?？偨Y(jié)大學(xué)四年的學(xué)習(xí)就在畢業(yè)設(shè)計完成的同時也接近了尾聲，因為這樣的一個畢業(yè)設(shè)計也就運(yùn)用四年生活中學(xué)習(xí)到的主要知識，并且對這些知識進(jìn)行了一個系統(tǒng)的整合。在這樣的一段時間以來自己也仔細(xì)的思考了為什么要進(jìn)行這樣的一個畢業(yè)設(shè)計，要寫這樣的一篇畢業(yè)論文，其實真的不是為了那么一點點知識的簡單總結(jié)，更多地還是在所學(xué)知識的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用來檢驗自己的學(xué)習(xí)成果，鍛煉自己的學(xué)習(xí)能力，然后用這樣的一個過渡，完成自己從學(xué)校到社會的一個轉(zhuǎn)變。

16、也正是有了這樣的總結(jié)才可以更好的在以后的工作用運(yùn)用自己所學(xué)習(xí)的知識。也才能更好的適應(yīng)以后進(jìn)入到工作單位的一些培訓(xùn)學(xué)習(xí)。在畢業(yè)設(shè)計的制作過程中發(fā)現(xiàn)，其實自己所學(xué)到的知識是一種表面的知識，而真正的知識是一種運(yùn)用。是一種知識和工作的交融狀態(tài)。也知道一個人的綜合能力是很重要的，自主學(xué)習(xí)的重要性時時刻刻都在體現(xiàn)著。學(xué)習(xí)還將是一個長期的過程。在制作畢業(yè)設(shè)計的過程中也才發(fā)現(xiàn)自己不知道的東西還很多，還有很多前人的經(jīng)驗沒有去了解，自己的只是世界還是很淺薄的。并且去說到自己的專業(yè)知識上我們所學(xué)習(xí)到的也只是一些基礎(chǔ)知識。通過這個二氧化碳檢測裝置的設(shè)計，才發(fā)現(xiàn)看似很小的一個檢測裝置也同樣是有很多的學(xué)問。我們通過利用單

17、片機(jī)，控制整個檢測系統(tǒng)。然后通過利用二氧化碳濃度傳感器，再通過使用C語言編程設(shè)計一個簡單的程序。就這樣來實現(xiàn)整個二氧化碳檢測裝置的檢測，控制報警的全程自動化，其實也只是一個簡單的小設(shè)計。雖然達(dá)到了初期設(shè)計的基本要求，但其中我們使用的單片機(jī)確實處理能力還不強(qiáng)，使用的傳感器也還沒有達(dá)到絕對的精確，還有自己所學(xué)知識的不足，這就導(dǎo)致所設(shè)計的這個裝置的實際檢測精確度還達(dá)不到要求，還是有一些缺陷的。暫時這樣的一個二氧化碳檢測裝置也還是處于一個初期理論實驗，檢驗的階段。真的要能夠在以后的發(fā)展中大量的推廣使用，還需要不斷地改進(jìn)，還可以加入一些其它的控制設(shè)備，與其他設(shè)備的聯(lián)合運(yùn)用性能上還有一些問題。沒有聯(lián)網(wǎng)報警

18、的功能也還是一大欠缺。都是需要我們不斷地學(xué)期，才能去改進(jìn)提高的?？梢钥吹蕉趸紮z測裝置在未來的使用空間還是很大的，現(xiàn)在我們的人口還在不斷增加，對于農(nóng)作物的需求還在增加，所以通過現(xiàn)代化的二氧化碳養(yǎng)殖來大量提高農(nóng)作物的產(chǎn)量還是有一定的發(fā)展空間，這也就給二氧化碳檢測裝置的改進(jìn)和發(fā)展提供了巨大的空間。還有就是現(xiàn)在城市污染問題的加劇，二氧化碳在空氣里含量的不斷增加，雖然很多的企業(yè)已經(jīng)積極地來改變現(xiàn)狀，但是實際的作用還是不明顯的。想要徹底的治理和減小二氧化碳的污染，首席那要做的就是能夠很仔細(xì)很準(zhǔn)確的檢測二氧化碳濃度，也就需要大量的小型二氧化碳檢測設(shè)備。這樣一來本設(shè)計中這樣的二氧化碳檢測裝置在環(huán)境二氧化碳治理的工作中使用前景也是巨大的。通過這樣的畢業(yè)設(shè)計，通過大量資料的查詢，也通過老師的指導(dǎo)，真的讓自己對所學(xué)的知識有了新的認(rèn)識，也對終身學(xué)習(xí)的理念有了全新的認(rèn)識。所以設(shè)計還有許多的缺陷，所學(xué)的知識也還有很多的欠缺，但是已經(jīng)有了對以后新生活工作的準(zhǔn)備，準(zhǔn)備通過自己的努力去不斷地充實自己。這樣的一個畢業(yè)設(shè)計對自己的影響