打造多參數(shù)居室氣體檢測(cè)儀，助力智能家庭

3.1.3 CO和CO₂檢測(cè)模塊

首先CO₂的檢測(cè)使用二氧化碳傳感器TGS4161，該傳感器是一個(gè)新型的固體二氧化碳傳感器，它具有小型化和低功耗等特性，二氧化碳濃度為350~10000ppm時(shí)，均可用TGS4161進(jìn)行檢測(cè)，從而使其適合室內(nèi)空氣的控制設(shè)備。二氧化碳的敏感原件由兩個(gè)固體電解質(zhì)組成，結(jié)合一個(gè)印制在基板上的RuO2加熱器。通過檢測(cè)兩個(gè)電極之間電動(dòng)勢(shì)的變化來測(cè)試二氧化碳?xì)怏w的濃度。傳感器電容的頂部含有沸石目的是防止其它氣體的干擾。

其次，對(duì)于CO的檢測(cè)，采用的是7E/F三電極電化學(xué)傳感器，該型傳感器輸出線性范圍寬，線性穩(wěn)定，額定輸出為0.1uA/ppm, 最小分辨率為0.5ppm,測(cè)量的最小范圍和最大范圍分別為0～20ppm和0～1000ppm。

CO的測(cè)量范圍是：0～150mg/m³

CO的最大測(cè)量范圍轉(zhuǎn)換為ppm是：Ymax=150/1.25=120（ppm）

轉(zhuǎn)換為傳感器輸出的最大電流為：Imax=0.1×120=12（uA）

輸出的電流分辨率為：Ii=0.1×0.5=0.05（uA）

由此可得出其檢測(cè)精度為：ε= 0.5ppm/120ppm×100%=0.42%

3.1.4 室內(nèi)光照度檢測(cè)

此模塊為新增加模塊，一方面考慮到室內(nèi)光照對(duì)人體健康的影響，設(shè)計(jì)了光照度檢測(cè)模塊；另一方面在智能化家庭居室中該模塊可以和室內(nèi)智能照明系統(tǒng)連接，當(dāng)室內(nèi)光照度降到某一極限值時(shí)自動(dòng)開啟照明系統(tǒng)，而當(dāng)光線較強(qiáng)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉室內(nèi)照明系統(tǒng)，更環(huán)保、更節(jié)能。同時(shí)愛特梅爾（Atmel）公司提供的開發(fā)平臺(tái)EVK1100是一個(gè)基于AVR32 AT32UC3A單片機(jī)控制器的評(píng)估套件和開發(fā)系統(tǒng)。EVK1100本身配備一系列豐富的外設(shè)、內(nèi)存，其中開發(fā)板上及配有光照、溫度等傳感器，本模塊的設(shè)計(jì)即采用該開發(fā)板上配有的光照傳感器。開發(fā)板上該部分采用光敏二極管實(shí)現(xiàn)，光敏二極管較硅光電池有許多優(yōu)點(diǎn),有很高的帶寬,價(jià)格便宜,特別是光電流與光照度之間呈較好的線性關(guān)系,因此它在光耦合隔離器、光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸裝置和測(cè)試技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。除此之外，也能使EVK1100開發(fā)板上已有資源得到充分利用！

3.1.5 電源模塊

由于該設(shè)計(jì)中所用芯片驅(qū)動(dòng)電壓大小不同，所以設(shè)計(jì)了電源模塊，完成各部分所需電壓的轉(zhuǎn)換，保證芯片的正常工作。系統(tǒng)各個(gè)模塊需要使用5V、3.3V、1.8V等，特別是主芯片AT32UC3A所需要的電壓。因此該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用一個(gè)電源轉(zhuǎn)換模塊將電源板輸出的穩(wěn)定12V電源轉(zhuǎn)換為所需要的電壓。其中采用MAXl659將+12V轉(zhuǎn)換為+5V和+5V_P，并通過程序控制該芯片的工作．從而控制了后續(xù)所需的+5V_P電壓的任何電路；用MAXl658芯片將+5V轉(zhuǎn)換為+3.3V_P，并控制該芯片的工作，控制后面需要+3.3V_P電壓的任何電路；采用MIC-5207芯片將+5V轉(zhuǎn)換為+3.3、+1.8V，供后面電路提供電源。每一個(gè)轉(zhuǎn)換后的電壓都用了一個(gè)發(fā)光二極管的亮滅來檢查這些芯片是否正常工作，亮表示工作正常，反之則表示此轉(zhuǎn)換器有問題(損壞)。

3.1.6 鍵盤控制單元

系統(tǒng)的鍵盤控制單元有5個(gè)按鍵組成，分別為：系統(tǒng)設(shè)置鍵、選擇確定鍵、氣體種類設(shè)置鍵、氣體濃度上限加10鍵、氣體濃度上限減10鍵，這幾個(gè)按鍵用于選擇待檢測(cè)氣體和設(shè)置目標(biāo)氣體的報(bào)警上限值。其中“系統(tǒng)設(shè)置鍵”用于告訴系統(tǒng)進(jìn)入中斷，設(shè)置氣體濃度超限值；“氣體種類設(shè)置鍵”用于選擇設(shè)置上下限氣體的種類；“氣體濃度上限加10鍵”用于設(shè)定目標(biāo)氣體的上限濃度加10ppm；“氣體濃度上限減10鍵”用于設(shè)定目標(biāo)氣體的濃度上限減10ppm；“確定鍵”用于確定系統(tǒng)設(shè)置完成。

3.1.7 聲光報(bào)警單元

聲光報(bào)警單元由蜂鳴器與發(fā)光二極管組成。當(dāng)所測(cè)量氣體濃度達(dá)到報(bào)警上限時(shí)，相應(yīng)的紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出急促不連續(xù)響聲，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，提醒用戶及時(shí)采取相應(yīng)措施。

3.1.8 LCD液晶顯示模塊

EVK1100開發(fā)板上配有4×20的字符型液晶顯示模塊DIP204-4e (PWM可調(diào)節(jié)背光) 。主要有LCD顯示器、控制器、驅(qū)動(dòng)器等電路組成。液晶模塊主要用于顯示待測(cè)氣體實(shí)際濃度值和檢測(cè)的具體時(shí)間顯示。

3.1.9 時(shí)鐘模塊

此系統(tǒng)需要記錄測(cè)量發(fā)生的時(shí)間，所以需要時(shí)鐘芯片來記錄在不同時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此我們?cè)谙到y(tǒng)中加入了時(shí)鐘芯片。對(duì)時(shí)鐘芯片的要求首先是低功耗，其次是編程簡(jiǎn)單，縮短程序開發(fā)時(shí)間，實(shí)際上也就縮短了系統(tǒng)用于實(shí)際生產(chǎn)所用的開發(fā)周期以及成本，在本設(shè)計(jì)中，我們選擇了DS1302時(shí)鐘芯片。時(shí)鐘芯片 DS1302內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機(jī)通信。而通信時(shí)，僅需要3個(gè)口線：（1）RES（復(fù)位），（2）I/O數(shù)據(jù)線，（3）SCLK（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達(dá)31字節(jié)的字符組方式通信。其工作時(shí)功耗很低，廣泛應(yīng)用于電話，傳真，便攜式儀器等產(chǎn)品領(lǐng)域。DS1302主要性能有：實(shí)時(shí)時(shí)鐘能計(jì)算2100年之前的秒、分、時(shí)、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年的調(diào)整能力；讀/寫時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)時(shí)，有單字節(jié)和多字節(jié)傳送兩種方式；與DS1202/TTL兼容。DS1302引腳概述：X1,X2：振蕩源，外接32.768KHZ晶振；SCLK：串行時(shí)鐘輸入端。