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CO气体报警器利用A/D转换原理

发表时间：2020/7/13 来源：《新纪实》2020年第3期作者：李骋宇

[导读] CO气体报警器利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量，并用数字方式显示出测量结果。A/D转换器的精确度影响数据显示的准确度，本设计采用ADC0809对输入模拟信号进行转换，控制核心STC89C51单片机对转换的结果进行运算和处理，最后驱动LCD1602显示数字信号，并将数值与设定值做比较控制声光报警和继电器是否吸和，系统可自行设定上下限报警值。

        西安市西安思源学院陕西西安 710000

        【摘要】CO气体报警器利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量，并用数字方式显示出测量结果。A/D转换器的精确度影响数据显示的准确度，本设计采用ADC0809对输入模拟信号进行转换，控制核心STC89C51单片机对转换的结果进行运算和处理，最后驱动LCD1602显示数字信号，并将数值与设定值做比较控制声光报警和继电器是否吸和，系统可自行设定上下限报警值。通过keil软件对所设计程序进行编译和调试，keil软件提供了包括C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个uViSion集成开发环境将这些部分组合在一起。
        将keil软件与proteus软件结合，通过Proteus仿真软件实现接口电路设计，将编好的程序输入keil软件中，进行编译，编译结束将产生一个HEX格式的文件，将其载入到proteus环境中，进行实时仿真。Proteus软件是一种电路分析和实物模拟仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以进行仿真、分析各种模拟器件和集成电路，是集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能强大，具有系统资源丰富、硬件投入少、形象直观等优点。
        【关键词】STC89C51；ADC0809；LCD1602

        一、绪论
        （一）课题研究的目的意义
        CO是一种有毒易燃易爆性气体，常温下无色无味、难溶于水，但易溶于氨水。由于相对密度略低于空气，故能均匀的扩散于监测环境中。在受CO的环境污染中，人们慢性中毒时完全意识不到它的存在，CO的这一特性更增加了它的危害性。CO随空气毫无知觉的吸入人体肺部后，由于CO与血红蛋白的亲和能力比氧气和血红蛋白的亲和能力大约高250~300倍，形成碳氧血红蛋白。而且它们结合后不易分离，它们的解离速度只有氧和血红蛋白的1/3600。因而造成血红蛋白更易于CO结合而不易与氧结合，使输送到人体各组织器官的血液供氧不足。甚至还能夺走人体内的氧气，导致组织低氧症，使人体脑及全身组织缺氧窒息而中毒。在空气中的CO达到一定浓度值时，将直接威胁人的生命安全。接触高浓度的CO在很短的时间内可导致窒息死亡。
        （二）国内外研究现状
        1.一氧化碳检测的现状。目前的CO传感器主要采用的是三点定电位的电化学原电池传感器。它是20世纪70年代中期，美国Enterqertics Science 公司发表三电极控制电位原理检测CO敏感元件专利产品。按敏感元件电解质性质的不同，它主要分为胶体电解质CO敏感元件、固体电解质CO敏感元件和液体电解质CO敏感元件。从分析方法上分，主要有：电化学法、电气法（热导式和半导式）、色谱法（层析法）、光学吸收法（红外吸收法和紫外吸收法）等。
        2.我国CO检测的发展。

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我国煤炭行业最早在20世纪50年代采用气体检测管测定CO浓度。气体管起源于美国，1919年美国哈佛大学研究出第一支CO气体检测管。随着气体检测管技术的日臻完善，其应用范围也在不断扩大，有最初的定性检测一种气体发展成为现在可定性定量检测分析几百种气体；现在气体检测管可以广泛应用于矿井、化工、冶金、地质领域安全检测及工艺过程分析和环境保护、劳动卫生检测、污染源及突发事故检测等诸多领域的气体检测方法。目前气体检测管仍然是气体快速检测的一个重要方法。
        3.各国一氧化碳检测的发展。目前市场上广泛使用的CO传感器主要有金属氧化物半导体型、电化学固体电解质型和电化学固体高分子电解质型等三种类型。自20世纪70年代中期，电化学CO传感器问世以来，由于其具有结构简单、使用维护方便、灵敏度及选择性都高等特点，受到国内外煤矿的重视。目前国外电化学式CO传感器大多采用的是液体酸性电解质，铂黑催化电极，采用电化学法中恒电位电解法的原理，进行CO浓度的检测。
        二、总体设计方案
        本课题主要是实现CO浓度监测和超过上下限时的报警及控制，下面分别对系统功能要求、系统技术要求及系统实现方案总体阐述。
        （一）系统的功能要求
        1.时时监测环境中CO的浓度值。
        2.灯光报警功能：当环境CO浓度过大时，报警器要进行灯光报警，同时继电器吸和，控制排气扇工作，降低环境CO浓度值。
        （二）系统的技术要求
        1.体积小：探测器的体积要尽可能的小，这样占用的空间才能减少，使用和更换才会方便。
        2.功耗低：系统可以采用三节5号干电池供电或5v电源供电。
        3.可靠性高:由于不确定的电磁干扰可能存在在系统工作环境中，为了保证系统长时间的可靠工作，以及减少误报次数，所以选择多指示灯，指示不同的状态。
        通过这次比较完整的CO气体报警器软件设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，能够和实际设计相结合,大大的锻炼了我综合运用所学专业知识的能力，和解决实际工程问题的能力。我相信随着研究的深入，CO检测技术的发展一定会日新月异，更上一层楼，一定会有更高新的技术问世。

        参考文献：
        [1]夏继强.单片机实验与实践教程[M].北京：北京航空航天大学出版社,2001.
        [2]赵晓安.MCS-51单片机原理及应用[M].天津：天津大学出版社,2001.