基于ADuC816的一氧化碳?xì)怏w監(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)

摘要 詳細(xì)討論了ADI公司的數(shù)據(jù)采集芯片ADuC816單片機(jī)的原理特性和一氧化碳?xì)怏w傳感器的選擇，論述了一氧化碳?xì)怏w監(jiān)測(cè)報(bào)警儀的軟件設(shè)計(jì)及其標(biāo)定方法，設(shè)計(jì)完成了一種靈敏度高、性能可靠、操作簡(jiǎn)單的一氧化碳監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，對(duì)于生活環(huán)境中的一氧化碳?xì)怏w的監(jiān)測(cè)及其帶來的社會(huì)、人身安全等問題具有十分重要的意義。
關(guān)鍵詞 ADuC816單片機(jī) CO監(jiān)測(cè)報(bào)警 標(biāo)定

引 言
一氧化碳(CO)是一種無色無臭的氣體。當(dāng)CO進(jìn)入人體血液循環(huán)系統(tǒng)后，就會(huì)與血紅蛋白迅速結(jié)合形成碳氧血紅蛋白，占據(jù)了結(jié)合氧的位置，從而使血紅蛋白喪失運(yùn)輸氧的功能，導(dǎo)致人因供氧不足而發(fā)生C0中毒。C0最重要的危害是污染大氣，影響人體健康。人即使處于低濃度的CO環(huán)境中也會(huì)產(chǎn)生頭痛、耳鳴、疲勞等癥狀。如果CO中毒嚴(yán)重，輕者可損害思維和感覺，減弱身體運(yùn)動(dòng)能力，重者則會(huì)導(dǎo)致腦部受損甚至發(fā)生死亡。因此，設(shè)計(jì)一種靈敏度高、性能可靠、操作簡(jiǎn)單的CO監(jiān)測(cè)報(bào)警儀，及時(shí)準(zhǔn)確并有效地對(duì)生活壞境以及工業(yè)生產(chǎn)過程中的CO進(jìn)行檢測(cè)，是與人的生命安全相關(guān)的重要問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1．1 系統(tǒng)組成
C0氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警儀是由CO氣體傳感器、調(diào)理電路、單片機(jī)、顯示電路、按鍵、信號(hào)輸出電路和應(yīng)用系統(tǒng)軟件等組成。CO氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

1．2 單片機(jī)的選擇
ADuC816單片機(jī)是美國(guó)ADI公司推出的一種新型單片機(jī)，它是ADI公司多年生產(chǎn)A／D、D／A轉(zhuǎn)換器的經(jīng)驗(yàn)與成熟的8051單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合的高性能微轉(zhuǎn)換器，功能非常強(qiáng)大。ADuC816集成了2通道16位ADC、12位DAC、3個(gè)定時(shí)／計(jì)數(shù)器、10個(gè)中斷源／2級(jí)優(yōu)先中斷級(jí)、雙傳感器激勵(lì)電流源、8 KB Flash EEPROM程序存儲(chǔ)器、256字節(jié)片上RAM和640字節(jié)數(shù)據(jù)Flash EEPROM。外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分組尋址，地址空間達(dá)16 MB。因此，選用ADuC816單片機(jī)不僅可以滿足CO氣體監(jiān)測(cè)報(bào)警儀高精度的要求，而且不需要外接A／D、D／A轉(zhuǎn)換器和外部存儲(chǔ)器。這對(duì)簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的外圍電路設(shè)計(jì)，以及提高系統(tǒng)的抗干擾能力等具有重要意義。
1．3 CO氣體傳感器的選擇
CO氣體傳感器有多種類型。半導(dǎo)體CO氣體傳感器主要是以氧化物半導(dǎo)體作為基本材料，使氣體吸附于半導(dǎo)體表面，利用由此產(chǎn)生的電導(dǎo)率變化來判斷CO氣體濃度的大小。與其他氣體傳感器相比，半導(dǎo)體CO氣體傳感器具有快速、簡(jiǎn)便、靈敏等優(yōu)點(diǎn)，但是它的氣體選擇性較差，在工作時(shí)容易受到其他氣體的干擾。電化學(xué)電位型CO氣體傳感器能夠?qū)⒋郎y(cè)氣體通過電化學(xué)反應(yīng)變換成電信號(hào)，進(jìn)行直接檢測(cè)。其中，為了提高測(cè)量精度，消除測(cè)量環(huán)境中一些不確定因素的影響，可以利用第三電極、參考電極和一個(gè)外部的恒電位工作電路。此類型傳感器用稀硫酸溶液作為液態(tài)電解質(zhì)，不僅可以在室溫條件下與其他測(cè)控設(shè)備協(xié)同工作，而且輸出信號(hào)幅值大，靈敏度高，使用方便，價(jià)格低，同時(shí)還可以避免因CO與氧氣直接接觸而發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。