发布时间 : 星期日 文章基于单片机的CO2浓度检测与显示系统设计更新完毕开始阅读3ed59ad2b04e852458fb770bf78a6529647d355f
西安建筑科技大学课程设计（论文）
实际测量应用电路中，要根据传感器的特点要求，除使用高输入阻抗（≥100GΩ）、低偏置电流（≤1pA）的运算放大器外，还要对测得的信号进行处理。处理该信号选择使用费加罗（FIGARO）公司的FIC98646专用处理器模块,AM-4模块。
图3-6二氧化碳浓度检测电路
AM-4二氧化碳传感器模块，则可直接应用于二氧化碳气体监测。该模块内部带有A/D转换器，并已对数据进行了采样并作了处理。它输出的电压信号与二氧化碳浓度值呈线性关系，输出的电压信号为0～3.0V，相当于0～3000ppm的二氧化碳浓度。AM-4模块的输出电压为0～3V，需要经过放大处理变为0～5V传送给A/D转化器，才能为单片机传送更为准确的数字信号。如图3-6所示。
3.4报警电路设计
若CO2浓度参数超标时，则启动声光报警电路，同时单片机通过控制固态继电器来打开相应的执行机构，工作人员也可以根据此情况来查看相应的区域或者采取相应的措施。 3.4.1报警电路介绍
报警电路中光报警采用发光二极管，声报警采用蜂鸣器来设计，采用两个引脚控制。其中，蜂鸣器电路中，9013三极管起开关作用，输出高电平时，管脚输出电压VOH=VCC-0.25V=3.05V，输出电流I=-1mA，经过2K限流电阻R分压后，到达9013基极的电压为1.05V，使得三极管发射结正偏，集电结反偏，晶体管导通，蜂鸣器上电而产生报警声。对与发光二极管，必须采用限流电阻，否则会是二极管电流过大而烧坏。当单片机P1.3和P1.4同时置高时，即可实现声光报警。其硬件电路如图3-7所示。
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图3-7 报警电路
3.5显示模块设计
在单片机系统中，一般的数据显示终端有两大类：一是采用LED数码管显示，二是采用LCD显示。LED显示亮度高，但每只数码管只显示一位字符，显示的数据位数多时就需要较多的数码管。
显示电路采用了7段共阴数码管扫描电路，节约了单片机的输出端口，便于程序的编写。显示电路如图3-8所示。
图 3-8 LED显示电路
3.6 A/D转换电路设计
AD7705 是十六位分辨率的A/D 转换器，两通道全差分模拟输入，使用+5V
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单电源,主要应用于低频测量。它利用了Σ-△转换技术实现了16位无误码数据输出,三线数字接口，可以通过串行输入接口，由软件配置芯片的增益值、输入信号极性和数据更新速率，非常灵活方便。 3.6.1 AD7705 简介
AD7705二全差分输入通道的ADC ,十六位无丢失代码，0.003 %非线性；可编程增益：1～128 ；三线串行接口；具有模拟输入端缓冲器；工作电压： 2.7～3.3V或4.75～5. 25V；低功耗，3V 电压时, 最大功耗为1mW；等待电流的最大值为8μA； 16 脚DIP、SOIC和TSSOP 封装。
引脚功能如下：
1.SCLK：串行时钟输入。将一个外部的串行时钟加于这一输入端口，以访问 TM7705 的串V行数据；
2.MCLK IN：为转换器提供主时钟信号。能以晶振或外部时钟的形式提供。晶振可以接在MCLK IN 和MCLK OUT 二引脚之间。此外，MCLK IN 也可用CMOS 兼容的时钟驱动，而MCLK OUT 不连接。时钟频率的范围为500kHz～5MHz；
3.MCLK OUT：当主时钟为晶振时，晶振在MCLK IN 和MCLK OUT之间。如果在MCLK IN 引脚处接上一个外部时钟，MCLK OUT 将提供一个反相时钟信号。这个时钟可以用来为外部电路提供时钟源，且可以驱动一个CMOS负载。如果用户不需要，MCLK OUT 可以通过时钟寄存器中的CLK DIS 位关掉。这样，器件不会在MCLK OUT 脚上驱动电容负载而消耗不必要的功率；
4.CS：片选，低电平有效的逻辑输入，选择TM7705。将该引脚接为低电平，TM7705 能以三线接口模式运行(以SCLK、DIN 和DOUT 与器件接口)；
5.RESET：复位输入。低电平有效的输入，将器件的控制逻辑、接口逻辑、校准系数、数字滤波器和模拟调制器复位至上电状态；
6.AIN2(+)：差分模拟输入通道2 的正输入端； 7.AIN1(+)：差分模拟输入通道1 的正输入端； 8.AIN1(-)：差分模拟输入通道1 的负输入端；
9.REF IN(+)：差分基准输入的正输入端。基准输入是差分的，并规定REF IN(+)必须大于REF IN(-)。REFIN(+)可以取VDD 和GND 之间的任何值；
10.REF IN(-)：差分基准输入的负输入端。REF IN(-)可以取VDD 和GND 之
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间的任何值，且满足REF IN(+)大于REF IN(-)；
11.AIN2(-)：差分模拟输入通道2 的负输入端；
12.DRDY：DRDY逻辑低电平表示可从TM7705 的数据寄存器获取新的输出字，完成对一个完全的输出字的读操作后，DRDY 引脚立即回到高电平；
13.DOUT：串行数据输出端。从片内的输出移位寄存器读出的串行数据由此端输出；
14.DIN：串行数据输入端。向片内的输入移位寄存器写入的串行数据由此输入；
15.VDD：电源电压，+2.7V～+5.25V； 16.GND：内部电路的地电位基准点。
图3-9 AD7705与单片机的接口电路
3.6.2 A/D转换电路
AD7705 的串行接口包括5 个信号：即CS 、SCLK、DIN 、DOUT 和DRDY 。DIN线用来向片内寄存器传输数据，而DOUT 线用来访问寄存器里的数据。SCLK 是串行时钟输入，所有的数据传输都和SCLK 信号有关。DRDY 线作为状态信号，以提示数据什么时候已准备好从寄存器读数据。
在一般的简单系统中,常常只有1 片AD7705 或其它共用口线的器件,故CS- 通常接低电平,节省了单片机的输出输入控制线,这样就可以配置成三线连接方式。三线连接方式下决定数据寄存器是否被更新也即是确定数据寄存器是否可以被读,只有通过查询通信寄存器DRDY- 位来判断,这种做法的代价是时间开销较
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