基于HOLTEK地氧化碳浓度监测仪.doc

2010年重庆地区第三届“盛群杯”大学生单片机应用设计竞赛
作品创意书
(20110101)
(一氧化碳浓度监测仪)
(重庆文理学院)
(电子电气工程学院)
(廖长荣) 老师
公元 2010 年 12 月 12 日
作品创意书
摘要
随着现代社会的发展,人们接触有害气体的几率也越来越大,而一氧化碳则是人们日常生活中最常见的有毒气体之一,它无色无味,不易被人们察觉。而现代生活中大多数家庭都还使用煤气作为日常生活的能源,在我国北方的大部分地区在冬季也都采用烧煤取暖,这些都极易造成一氧化碳的泄露和在屋内的聚集,而当气体浓度达到一定值后不仅会使人中毒,遇到明火或者电火花也极易产生爆炸,引起火灾,使人们的生命和财产安全受到极大的威胁,所以设计一个系统用来检测和排除危险是十分有必要的,本文介绍的就是我们设计的室内一氧化碳监测、报警及自动排除系统。
作品介绍
本作品是以HT46F49E型单片机为核心构成的一个具备数据采集、对象控制、结果显示、数据通信等功能的完整系统。具体的功能包括:实时的检测室内的一氧化碳浓度,根据室内不同的一氧化碳浓度值显示不同的提示语句。当检测到室内一氧化碳浓度处于正常范围内时,由单片机控制液晶屏显示“安全”字样,并保持对室内气体浓度的持续监测;当检测到一氧化碳浓度即将超过正常范围达到警戒浓度时,单片机控制液晶屏显示“警告”的同时,控制排风扇转动,将室内的一氧化碳气体排出;如果室内的一氧化碳浓度在排风的情况下继续上升并达到国家规定的危险浓度,对人体产生危害时,则液晶屏显示“危险”字样,同时启动扬声器向用户报警,以便及时采取措施,而排风装置继续工作,以尽量减小室内有害气体浓度。本作品采取多管齐下的措施,以尽可能的达到高效率、高精度的检测,来保障用户的生命和财产安全,起到防患于未然的目的。
工作原理
在本系统中,一氧化碳传感器相当于中枢神经,而单片机相当于系统的的大脑。由传感器负责采集数据,单片机处理数据并作出应有的反应,其具体过程为:传感器感知空气中一氧化碳的当前浓度,并将气体浓度的变化转化为电压信号的变化,通过电路传到A/D转换器件,经过一系列的数据转换后将接收到的模拟信号转换为数字信号并传递给单片机进行分析处理。单片机处理好数据后作出相应的反应来控制外围的报警、显示和换气设备。
因此,将整个系统分为气体检测系统、数据处理系统和外围设备部分。
本作品使用HT46F49E单片机来作为主控器件,CO传感器采用Mtorola公司生产MGS1100型一氧化碳气体传感器。
气体检测系统
气体检测系统主要由CO传感器和温度补偿电路组成。
1、MGS1100型一氧化碳传感器
一氧化碳传感器属于化学传感器,化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号,并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式,传送到电子系统进行放大或进行转换输出,最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号,检测出样品中待测物的量。
检测系统最关键的部分在于室内一氧化碳气体浓度的检测。本作品考虑到室内一氧化碳的分布范围,并结合国家环境空气质量标准规定的一氧化碳分级的标准。我们选用
Mtorola公司生产的MGS1100型一氧化碳气体传感器。它是在微型硅桥结构中嵌入的加热
板上制作一层薄膜,这种结构不仅使得薄膜对一氧化碳气体在很宽的温度范围具有敏感性,而且硅膜减少了热传导的热损失,从而大大的降低了功耗。
该传感器的管脚图如下图(a)所示,其中2、4端为加热器的电源接线端,1、3端为传感器输出端。其工作原理是把传感器放在一氧化碳的环境中,薄膜层的电阻会随着一氧化碳的浓度变化而变化,一氧化碳的浓度越大,薄膜层的阻值越小,该传感
器的引脚图如图(a)所示:

下图(b)为取得传感器输出信号的基本电路图。其中,为加热电压,传感器电阻RS与负载电阻RL串联到工作电压两端。

2、温度补偿电路
由于元件的本身特性决定了其阻值会随着周围环境温度的变化产生明星的漂移,致使测量电路的输出产生零点漂移,漂移过大会造成测量的不灵敏或过灵敏,使整个系统的可靠性下降。为此,我们增加了温度补偿电路。如图C所示,其中RT为热敏电阻,RS为传感器电阻。

由图可得:
传感器阻值RS随着一氧化碳浓度的增大而减小时,输出负载电压逐渐变大,所以通过测量负载电压可反应出被测对象的一氧化碳浓度。
数据处理系统
数据处理系统主要由运算放大、采样保持、非线性信号处理、数字滤波、A/D转换等
部分,这些部分除运算放大部分外都由HT46F49E型单片机通过软件实现。
1、运算放大
运算放大部分采用高输入阻抗低温度漂移的OP07运算放大器实现。
2、HT46F49E型单片机概述
HT46