基于ADuC816的一氧化碳氣體監(jiān)測儀設計

摘要 詳細討論了ADI公司的數(shù)據(jù)采集芯片ADuC816單片機的原理特性和一氧化碳氣體傳感器的選擇，論述了一氧化碳氣體監(jiān)測報警儀的軟件設計及其標定方法，設計完成了一種靈敏度高、性能可靠、操作簡單的一氧化碳監(jiān)測報警儀，對于生活環(huán)境中的一氧化碳氣體的監(jiān)測及其帶來的社會、人身安全等問題具有十分重要的意義。
關鍵詞 ADuC816單片機 CO監(jiān)測報警 標定

引 言
一氧化碳(CO)是一種無色無臭的氣體。當CO進入人體血液循環(huán)系統(tǒng)后，就會與血紅蛋白迅速結(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輸氧的功能，導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)境中也會產(chǎn)生頭痛、耳鳴、疲勞等癥狀。如果CO中毒嚴重，輕者可損害思維和感覺，減弱身體運動能力，重者則會導致腦部受損甚至發(fā)生死亡。因此，設計一種靈敏度高、性能可靠、操作簡單的CO監(jiān)測報警儀，及時準確并有效地對生活壞境以及工業(yè)生產(chǎn)過程中的CO進行檢測，是與人的生命安全相關的重要問題。

1 系統(tǒng)設計方案
1．1 系統(tǒng)組成
C0氣體監(jiān)測報警儀是由CO氣體傳感器、調(diào)理電路、單片機、顯示電路、按鍵、信號輸出電路和應用系統(tǒng)軟件等組成。CO氣體監(jiān)測報警儀系統(tǒng)設計框圖如圖1所示。

1．2 單片機的選擇
ADuC816單片機是美國ADI公司推出的一種新型單片機，它是ADI公司多年生產(chǎn)A／D、D／A轉(zhuǎn)換器的經(jīng)驗與成熟的8051單片機技術相結(jié)合的高性能微轉(zhuǎn)換器，功能非常強大。ADuC816集成了2通道16位ADC、12位DAC、3個定時／計數(shù)器、10個中斷源／2級優(yōu)先中斷級、雙傳感器激勵電流源、8 KB Flash EEPROM程序存儲器、256字節(jié)片上RAM和640字節(jié)數(shù)據(jù)Flash EEPROM。外部數(shù)據(jù)存儲器分組尋址，地址空間達16 MB。因此，選用ADuC816單片機不僅可以滿足CO氣體監(jiān)測報警儀高精度的要求，而且不需要外接A／D、D／A轉(zhuǎn)換器和外部存儲器。這對簡化整個系統(tǒng)的外圍電路設計，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。半導體CO氣體傳感器主要是以氧化物半導體作為基本材料，使氣體吸附于半導體表面，利用由此產(chǎn)生的電導率變化來判斷CO氣體濃度的大小。與其他氣體傳感器相比，半導體CO氣體傳感器具有快速、簡便、靈敏等優(yōu)點，但是它的氣體選擇性較差，在工作時容易受到其他氣體的干擾。電化學電位型CO氣體傳感器能夠?qū)⒋郎y氣體通過電化學反應變換成電信號，進行直接檢測。其中，為了提高測量精度，消除測量環(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控設備協(xié)同工作，而且輸出信號幅值大，靈敏度高，使用方便，價格低，同時還可以避免因CO與氧氣直接接觸而發(fā)生爆炸的危險。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。