室內(nèi)環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 紅 / 閩江學(xué)院

室內(nèi)環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 紅 / 閩江學(xué)院

隨著人們生活水平的提高，對(duì)生活環(huán)境的監(jiān)測(cè)日益納入到生活中來(lái)。本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了一個(gè)室內(nèi)環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)，主要對(duì)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)中溫度、濕度，一氧化碳濃度、二氧化碳濃度及光照度進(jìn)行研究。不但可以精確的采集并顯示，還可以通過(guò)鍵盤(pán)人為設(shè)定人們所期望的上、下限值，當(dāng)檢測(cè)到任何一個(gè)參數(shù)越限時(shí)，則啟動(dòng)聲光報(bào)警，使人們做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)。

溫濕度；AT89C52單片機(jī)；數(shù)據(jù)處理

引 言

最近幾年來(lái)，隨著國(guó)民環(huán)保意識(shí)的顯著提高，人們對(duì)自身生活環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣越來(lái)越重視目前，建筑物室內(nèi)環(huán)境的污染問(wèn)題日益受到人們的廣泛關(guān)注，漂浮在空氣中的微粒、病毒、細(xì)菌及其他有害物質(zhì)無(wú)時(shí)無(wú)刻地?fù)p害著人們的身體健康，尤其是對(duì)于長(zhǎng)期處于室內(nèi)封閉環(huán)境的人更是如此。本文提出了一種以AT89C52單片機(jī)為控制核心的測(cè)試儀，主要是為了對(duì)室內(nèi)溫度、濕度，以及二氧化碳含量進(jìn)行有效、可靠地檢測(cè)而設(shè)計(jì)的。該系統(tǒng)具有有檢測(cè)精度高、使用簡(jiǎn)單、成本較低和工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

1.總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖（如圖1），主要有數(shù)據(jù)采集模塊、測(cè)量模塊、處理模塊已經(jīng)外部模塊組成。

溫度應(yīng)用電路：本文設(shè)計(jì)了具有獨(dú)立調(diào)節(jié)功能的測(cè)溫電路，具體如圖2所示。

但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R1，使或者在室溫（25 C）的條件下通過(guò)調(diào)節(jié)電位器R2，使電壓U02=-2.73V，調(diào)整電位器R3，使U0=1.25V。這種調(diào)整的方法，可以保證在0℃或25℃附近有較高精度。

圖2 溫度測(cè)量電路

2.濕度電路

濕度應(yīng)用電路：本系統(tǒng)采用的是將HS1101接入555定時(shí)器組成的振蕩器電路中，輸出一定頻率的方波信號(hào)。這種方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，因此被廣泛使用。具體的應(yīng)用電路如圖3所示：

圖3 濕度應(yīng)用電路

二氧化碳數(shù)據(jù)的采集電路：MG811 型Co2 氣體傳感器應(yīng)用電路如圖4。

圖4 Co2 氣體傳感器應(yīng)用電路如圖

工作原理：本傳感器采用固體電解質(zhì)電池原理，當(dāng)傳感器置于CO2 氣氛中時(shí)，將發(fā)生以下電極反應(yīng)：

負(fù)極：2Li + + CO2 + 1/2O2 + 2e - = Li2CO3

正極：2Na+ + 1/2O2 + 2e- = Na2O

總電極反應(yīng)：Li2CO3 + 2Na + = Na2O + 2Li + + CO2

傳感器敏感電極與參考電極間的電勢(shì)差（EMF）符合能斯特方程：

EMF = Ec – (R x T) / (2F) ln (P(CO2))

上式中：P(CO2)—CO2 分壓 Ec—常量、R—?dú)怏w常量、T—絕對(duì)溫度（K）F—法拉第常量。元件加熱電壓由外電路提供，當(dāng)其表面溫度足夠高時(shí)，元件相當(dāng)于一個(gè)電池，其兩端會(huì)輸出一電壓信號(hào)，其值與能斯特方程符合得較好。元件測(cè)量時(shí)放大器的阻抗須在100—1000GΩ之間，其測(cè)試電流應(yīng)控制在1pA 以下。

一氧化碳傳感器電路設(shè)計(jì):ME2-CO 電化學(xué)式氣敏元件廣泛適合工業(yè)特別是民用領(lǐng)域的一氧化碳濃度檢測(cè)。具有低功耗、高精度、高靈敏度、線性范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、優(yōu)異的重復(fù)性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)。

顯示電路設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖5）:液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn),在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。目前字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件。這里向大家介紹一款LCD1602液晶顯示模塊它可以顯示兩行，行16個(gè)字符，采用單+5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜具有很高的性?xún)r(jià)比。

圖5 顯示電路

3.結(jié)論

本課題本課題完成了室內(nèi)環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)的軟硬件的整體設(shè)計(jì)，并且已經(jīng)調(diào)試通過(guò)能夠初步應(yīng)用。在今后的一段時(shí)間里逐步的完善就可以投入使用。

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