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

7E／F型CO氣體傳感器就是電化學(xué)電位型。它檢測的是與待測氣體體積分?jǐn)?shù)或分壓相關(guān)的電極電位，其影響機(jī)制是基于電極上發(fā)生的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)而建立起來的電化學(xué)平衡。半電池化學(xué)反應(yīng)方程式表示如下：

上述反應(yīng)所產(chǎn)生的電流與CO氣體的濃度成正比。測量電流用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)放大、A／D轉(zhuǎn)換后，在數(shù)碼管上以CO的體積分?jǐn)?shù)值直接顯示。
此外，7E／F型CO傳感器的測量范圍可以達(dá)到0～2 000×10-6，氣體選擇性非常好。當(dāng)含有CO和H2的混合氣體通入傳感器時(shí)，敏感電極會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與兩種氣體濃度成比例的信號，而輔助電極產(chǎn)生的信號則主要由于氫離子的存在。加上內(nèi)置過濾器可以除去N0、NO2、H2S和SO2的干擾，即使有一兩種干擾氣體存在，也可以得到非常準(zhǔn)確的測量結(jié)果，其測量誤差、響應(yīng)時(shí)間、重復(fù)性等都滿足本文CO監(jiān)測報(bào)警儀設(shè)計(jì)的要求。
1．4 信號放大電路方案的選擇
由于選用的氣體傳感器是感應(yīng)CO氣體濃度的變化，將濃度信息轉(zhuǎn)化為電流信號。所以，必須采用專用的信號放大電路，并且對電路的要求非常嚴(yán)格?；诖艘?，所用的三個(gè)電極分別是：工作電極(S)、對電極(C)、參考電極(R)。CO傳感器信號放大電路如圖3所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
硬件電路設(shè)計(jì)包括：電源電路設(shè)計(jì)、程序下載電路設(shè)計(jì)、顯示和按鍵電路設(shè)計(jì)、報(bào)警電路設(shè)計(jì)和其他電路(復(fù)位電路、時(shí)鐘電路)設(shè)計(jì)。
2．1 電源部分電路設(shè)計(jì)
電源的主要任務(wù)是先將220 V的交流電通過整流濾波等措施轉(zhuǎn)換到直流+9 V，再將+9 V的電壓通過三端穩(wěn)壓78M05穩(wěn)定到+5 V供給ADuC816單片機(jī)及其外圍所連接的各芯片使用，電路如圖4所示。

2．2 程序下載電路設(shè)計(jì)
ADuC816單片機(jī)片內(nèi)含有一個(gè)全雙工的串行接口，在串行通信中采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。在通信時(shí)，必須用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。電路如圖5所示。此電路與8051讀取程序內(nèi)存專用控制線PSEN的J4接線柱配合，即可完成將程序從計(jì)算機(jī)下載到ADuC816片內(nèi)的8 KB Flash EEPROM程序存儲(chǔ)器中。當(dāng)下載程序時(shí)需將單片機(jī)系統(tǒng)的電源關(guān)閉，將J4的短路塊插上，再給單片機(jī)系統(tǒng)上電，ADuC816即進(jìn)入程序下載狀態(tài)。運(yùn)行計(jì)算機(jī)軟件就可將HEX 文 RXD件下載到ADuC816 TXD內(nèi)。這正是本測控系統(tǒng)的方便之處，在修改程序時(shí)，既不需要昂貴的編程器，也不需打開機(jī)殼插拔芯片。

2．3 顯示和按鍵電路設(shè)計(jì)
CO氣體監(jiān)測報(bào)警儀必須有顯示待測氣體中CO濃度的電路。顯示電路采用串并轉(zhuǎn)換芯片74LSl64與數(shù)碼管LED.按鍵電路是由按鍵和上拉電阻構(gòu)成的，主要功能是對報(bào)警點(diǎn)值進(jìn)行設(shè)置，電路如圖6所示。

2．4 報(bào)警功能電路設(shè)計(jì)
當(dāng)CO氣體濃度達(dá)到報(bào)警點(diǎn)時(shí)，通過兩個(gè)紅色的LED發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。其中兩個(gè)紅色LED分別代表一級報(bào)警和二級報(bào)警。輸出報(bào)警電路是通過對繼電器的控制來控制蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。要求繼電器的控制電壓為5 V，被控制電壓為220 V。