海 外制 作 二 氧 化 碳 檢 測 儀◆空 氣 中的 二氧 化 碳 不 易 被 發(fā) 現(xiàn) ,人 們 經(jīng) 常 忽視 朱 學(xué)亮譯是 二氧化碳對波長 為 4 7 n 紅外 線的 吸收 作用 , 20 m 其濃度。 在辦公室和家里 , 過高濃度的二氧化碳會 導(dǎo) 致身體疲倦 、 注意力不集中、 頭疼等癥狀。如果有一 個二氧化碳檢測儀就可 以很容易的確定 空氣 中二氧 化碳 的濃度。 并通過單片機(jī) 對濃度指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測 , 在 超過限定值時觸發(fā)報(bào)警或啟動通風(fēng)系統(tǒng) ,以保證 空 氣 中二氧化碳 濃度在一個安全的范圍內(nèi)。 本文介紹的二氧化碳檢測儀具有以下特點(diǎn) : ● 測量 周圍二氧 化碳 濃度 以監(jiān)測 室 內(nèi)空氣 的質(zhì) 量該傳感器 以較高 的精度對空氣中二氧化碳分壓進(jìn)行測量 。特別是高濃度下二氧化碳 的確切含量進(jìn)行測 量。 如果二氧化碳濃度較低 , 就需要一個較長的光學(xué)通道 。 同時需要一個較大面積 的傳感器。 由于涉及高 精度 的光學(xué)器件 , 使得成本非常高。 而濕 電解型二氧化碳傳感器 由于穩(wěn)定性一般和壽命較短 。 一般也不作 為首選的傳感器。 氣體型二氧 化碳傳感器 由于穩(wěn)定性和重復(fù)性 差,而且輸 出易受環(huán)境濕度 、 溫度 、 灰塵 的影響 。
阻礙 了它 的大 規(guī)模 也應(yīng)用。 ● 對 其 他 氣體 、 度 、 度 不 敏 感 濕 溫● 二氧化碳濃度測量范圍 : 空氣 中二氧 化碳濃度 00 .4% ~04% .幾年 以前 ,一家知 名的半導(dǎo)體氣體型傳感器制造商 Fg r iao成功 地研制 出 了一個 能長 期穩(wěn)定 工作● 可控制 1A氯氣檢測儀,3 V的通風(fēng) 系統(tǒng) , 0 20 可預(yù)設(shè) 4個 濃度 閾值 ● 可 控制 1 A,3 V的警報(bào)或緊急通風(fēng) 0 20 ● 以模擬 的形式在液晶顯示器上顯示濃度 ● 濃度變化趨勢指 示功能● 自動 校 準(zhǔn) ● 使 用 電 源 適配 器 供 電 1 檢 測 儀 的作 用 .?的二氧化碳傳 感器 T 4 6 ( GS 1 0價格約 為 7 0元)它 0 , 具有優(yōu) 良的重復(fù)性 , 并受環(huán)境 因素影 響較小。 本 文使 用的二氧化 碳傳感器是 T 4 6 GS 1 0的升 級 版本——T 4 6 。圖 1所 示 為該傳 感器 的結(jié) GS 1 1 構(gòu)。 從結(jié)構(gòu)圖中看到 , 傳感器 由置于襯 墊上的對二氧 化碳敏感的固態(tài)電解質(zhì)構(gòu)成 。而 另-N 由加熱器構(gòu) 成, 以減小環(huán)境溫度改變對測量的影響。 T 46 GS 1 1非常“ 嬌氣 ”一個持 續(xù)流經(jīng)高阻抗 傳 ,感器核心 的電流就會燒毀它。
所以二氧化碳檢測儀, 需要設(shè)計(jì)一個輸入阻抗超過 1 0 0 MQ、偏置 電流小于 1 A的測量 電 p 路與之接 口。這時 , 以使 用一個 C S型 的運(yùn)算 可 MO 放大器來 實(shí)現(xiàn) , 如圖 2所 示。傳感器 中加熱 器的阻 抗 約為 7 0Q,可以直接 與 5 V直接連接 ,功耗約為20 5 mW 。 般認(rèn)為 ,二氧化碳 的濃度是辦公室和家里 空氣質(zhì)量指標(biāo)之一 ,它可 以告訴人們 是否需要進(jìn)行通 風(fēng)。本文將介紹 的二氧化碳檢 測儀不僅顯示二氧化 碳的濃度水平 , 還將 實(shí)測值與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行 比較 , 在超限時觸發(fā)繼電器 ,從 而控制功率外設(shè)如通風(fēng)扇或通氣 系統(tǒng)開始工作。 2 傳 感 器技 術(shù) .傳感器輸 出的是 電平信號 ,其輸出與氣體濃度 的關(guān)系如圖 3所示。 圖中描繪 出二氧化碳 濃度 越高 , 傳 感器輸 出電平信號也就越高。 同時 , 傳感器對于一氧 化 碳 和 乙醇 不 敏 感 。 目前最好的二氧化碳測量器件是一種應(yīng)用了非 色散紅外吸收方法制成 的傳感器。該應(yīng)用主要依據(jù)20 年第 6 09 期 ̄-制作 2 7 ' - 5豳翟 陵憎 , 瞄— — 警黼 — 鷲 卷■毒! 嘲l 峨 瑪 _ 臻潮 ; _ 一_冒 暖 要— 隧 酲 國 一■ I西 翻匿 離 ■曩鯉 ■ 圈 翟 薯嘲 j l 鞫 豳 瞪 l : l0.4% ~04% 0 .曩 嘲 圈 圈 g ■ 嘲3 測 量方 法 .傳 感 器 的輸 出電 平 由單 片 機(jī) 采 集 。
期 間還 經(jīng) 過?表 1 DM4 6 模 塊 的 特性 C 11測 量 范 圍個特殊 的對 數(shù)運(yùn)算對信號進(jìn)行調(diào)理 。為了簡化傳感器 的應(yīng) 用 ,iao公 司還 開 發(fā) 了兩 個 相應(yīng) 的模 二氧化碳傳感器 Fg r 塊一 CD 1 1和 CD 1 1 M4 6 M4 6 A對 T S 1 1傳 感 工作溫度 G 46T 4 61正常情 況下 1 GS 1 ( O年壽命) 一 O ~ 4 ℃ 1℃ + 0 5 7% %~ O 2 h 2 n0 mi9 %的改變量) 器進(jìn)行信號 的調(diào)理工作。 圖 4所示是 C DM4 6 模 工作濕度 11 塊二氧化碳檢測儀,中使 用了 PC1 L 8 其 I 6 F 8單 片機(jī) 。表 1和表 2分 預(yù)熱 / 校準(zhǔn)時間 別是該模塊的特性和管腳說 明。 供使用時參考。 響應(yīng)時間如表 2所 示 。 腳 2輸 出 04 ~ V的 、 二 氧化 精度 管 . 4 V 與±0 2%1 S 30 O mW 5 V碳濃度對應(yīng)的電平信號 ;管腳 3當(dāng)二氧化碳 濃度超 測量周期 限時由低 電平 變成高電平 。由一對跳線來選定閾值二氧化碳檢測儀, 功耗 見表 3 。模塊 中還有 3個 L D用于指示工作狀 態(tài)。
E 供 電電壓2 電子制作 20 年第 6 6 09 期表 2C DM4 6 模塊管腳說 明 11管腳 號 功 能 描 述 35 55 最 大 電流 6 m .~ .V, 0A04 4 C .- V D 當(dāng)模塊 上電時 ,2小時預(yù)熱和 自動校 準(zhǔn)開始。此時有毒氣體報(bào)警器, 傳感器應(yīng)該置于清新的空氣 中以便單片機(jī)能校準(zhǔn)到正常的范圍。 在此期間綠 色的 L D閃爍 , E 管腳 2恒 定輸 出 04 。當(dāng)校準(zhǔn)完成后 , .V 綠色 L D持續(xù)點(diǎn)亮。在 E 校 準(zhǔn)期間 , 單片機(jī) 就認(rèn)為傳感器所處 的環(huán)境 為二氧化1 電源 正 極+ B U2 輸 出 3 開關(guān) 式 輸 出 低 電平 = . 高 電平 : U 一 . O2 V, + B 06 V, 最 大 驅(qū) 動 電流 2 m 5A碳 含量正 常的地方 , 即二氧化碳濃度為 00 %。 .4 以后 , 濃度每 改變 00 %, .1 則輸 出改變 1 。如果在校準(zhǔn)期 mV4 故 障 輸 出 開集 電 極 輸 出 , 大 I 10 最 c 0 mA, = 最 大 U = 0 當(dāng)傳 感 器 的 加 熱 器 開 間環(huán)境 中二氧化碳濃度不是 00 %, 5 V, .4 那在管腳 3就會 路或 者 超 限時 接 地輸 出偏置 電平 , 校準(zhǔn) 出錯。
在模塊 中有一個按鈕開 關(guān), 用于手動校準(zhǔn) 。 一旦表 3跳 線 設(shè) 置 開 關(guān) 式輸 出 的二 氧 化 碳 濃 度 閾值設(shè) 置 P J4 二 氧 化碳 濃 度 管 腳 3的 繼 電器 R l 在預(yù)熱校準(zhǔn)過程 中按下該按鈕 , J3 P e 綠色 L D停止閃爍 。 E /1 14 (X 0 ) 輸出 接觸點(diǎn)單片機(jī) 默認(rèn) 此時的電流值 為新 的參考 電平 , 模塊認(rèn) 為預(yù) 熱 和校 準(zhǔn) 結(jié) 束 。 1 斷開 斷開80 0 7O 2低 變高 高變低 低變高高 變 低閉合 斷開 閉合斷 開2 斷開 閉合10 009O O模塊 中的微調(diào)電位 器用于出廠前的調(diào)整 。不需 要再去調(diào)節(jié) 。 模塊上還有兩個測試點(diǎn) :GS 1 1 T 4 6 傳感 器 的緩沖輸 出電平 CP , 3 用于傳感器溫 度補(bǔ)償 的與溫度 相 關(guān) 的 N C 熱 敏 電 阻 電平 。 T 4 應(yīng) 用 電路 板 .3 閉合 斷開10 50 15 302O OO低變高 高 變 低低 變 高閉合 斷 開閉合4 閉合 合 閉10 80高變低斷開圖 5 圖 6分別是  ̄ N- 氧化碳檢測儀 的電路和 、 , -20 年 第 6 電子制作 2 09 期 7
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