红外传感器的CO2气体检测设计

1、红外传感器的C02气体检测设计（总7页）-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以根据需求调整合适字体及大小-红外传感器的C02气体检测设计摘要改革开放以来，中国的经济迅猛发展。人们的生活发生了翻天覆地的 变化，物质需求的满足使人们把目光投向了精神的需求。人们的生活水平 得到了迅速提高，工业生产规模也迅速扩大，但同时导致了二氧化碳的排 放成倍增长，如温室效应，土地荒漠化程度加速等，严重影响并破坏着人 类的生存环境。设计二氧化碳检测电路用来快速检测二氧化碳的含量，从 而控制空气中二氧化碳的含量，改善大气质量。通过红外吸收型二氧化碳 气体传感器，并设计检测电路来进行二氧化碳的含量。关键字

2、：生活，温室效应，二氧化碳，传感器目录摘要1绪论11 .检测电路工作原理 2红外吸收型二氧化碳气体传感器的工作原理1检测电路的设计原理 1 6检测电路的设计162.检测处理程序流程框图 33 .结束语7绪论随着人类社会的进步和科学技术的发展，人们的生活水平得到了迅速提高，工业生 产规模也迅速扩大，但同时导致了二氧化碳的排放成倍增长，如温室效应，土地荒漠 化程度加速等，严重影响并破坏着人类的生存环境。另外，二氧化碳是作物光合作用 的主要原料，其含量合适与否直接影响作物的生长。近年来，随着人们环保意识的增 强，科技进步的进步，如何快速检测二氧化碳的含量，削减二氧化碳的排放，已成为 各级政府和广大有

3、识之士特别关注的问题，因此研究并设计二氧化碳检测电路具有十 分重要的意义。目前检测二氧化碳的方法主要有化学法、电化学法、气相色谱法、容量滴定法 等，这些方法普遍存在着价格贵，普适性差等问题，且测量精度还较低。而传感器法 具有安全可靠、快速直读、可连续监测等优点。目前各种检测用的二氧化碳传感器主 要有固体电解式式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等，这些传感器存 在对气体的选择性差、易出现误报、需要频繁校准、使用寿命较短等不足。而红外吸 收型二氧化碳传感器具有测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能 力强等特点。为此本设计采用红外吸收型二氧化碳传感器，整个电路设计力求简单易

4、用，快速直读，价格低廉。1检测电路的工作原理红外吸收型二氧化碳气体传感器的工作原理红外吸收型二氧化碳气体传感器是基于气体的吸收光谱随物质的不同而存在差异 的原理制成的。不同气体分子化学结构不同，对不同波长的红外辐射的吸收程度就不 同，因此，不同波长的红外辐射依次照射到样品物质时，某些波长的辐射能被样品物 质选择吸收而变弱，产生红外吸收光谱，故当知道某种物质的红外吸收光谱时，便能 从中获得该物质在红外区的吸收峰。同一种物质不同浓度时，在同一吸收峰位置有不 同的吸收强度，吸收强度与浓度成正比关系。因此通过检测气体对光的波长和强度的 影响，便可以确定气体的浓度。根据比尔朗伯定律，输出光强度、输入光强

5、度和气体浓度之间的关系为：式中为摩尔分子吸收系数；C为待测气体浓度；L为光和气体的作用长度（传感长 度）。对上式进行变换得：C二丄血山通过检测相关数据就可以得知气体的浓度0图1二氧化碳传感器探头结构图红外二氧化碳传感器探头结构如图1所示。是由红外光源、测量气室、可调干涉滤 光镜、光探测器、光调制电路、放大系统等组成。红外光源采用镍铬丝，其通电加热 后可发出310叩 的红外线，其中包含了 叩 处CO2气体的强吸收峰。在气室中，二氧化碳吸收光源发出特定波长的光，经探测器检测则可显示出二氧化碳对红外线的吸 收情况。干涉滤光镜是可调的，调节他可改变其通过的光波波段，从而改变探测器探 测到信号的强弱。红

6、外探测器为薄膜电容，吸收了红外能量后，气体温度升高，导致 室内压力增大，电容两极间的距离就要改变，电容值随之改变。CO2气体的浓度愈大,电容值改变也就愈大。检测电路的设计原理测电路原理框图检测电路设计的原理框图如图2所示。检测电路由红外二氧化碳传感器、数字滤波电路、放大电路、稳流电路、单片机 系统、温度补偿等组成。设计的基本原理是红外二氧化碳传感器将检测到的二氧化碳 气体浓度转换成相应的电信号，输出的电信号分别经过滤波、放大处理，输入到单片 机系统，并经温度和气压补偿等处理后，由单片机系统输出送显示装置显示其测量 值。检测电路的设计图3二氧化碳检测电路图按照上述设计原理，设计的二氧化碳检测电路

7、如图 3所示。工作原理是首先由红外 传感器将探测到二氧化碳气体的浓度并转换成电信号，滤波电路提取电信号并输出到 放大电路，经过单片机系统处理后输出，再由 74AC13哒入显示电路，以实现对二氧化 碳气体浓度的检测。电路中由R1、R2、R3 R4 C1、C2和运放组成滤波电路2，在电路中既引入 了负反馈，又引入了正反馈。当信号频率趋于零时，由于C1的电抗趋于无穷大，因而正反馈很弱；当信号频率趋于无穷大时，C2的电抗趋于零。这样就保证了当信号频率在趋于零和无穷大之间的任何一个值，滤波电路都可以正常提取相应的电信号。滤波电路之后的放大电路，其作用是将滤波电路输出的信号放大到一定的程度，以便驱动负载。

8、R6和C4串联构成校正网络用来对电路进行相位补偿。单片机系统主要由MC14433和8031构成，MC14433是一种双积分A/D转换芯片， 与8031单片机如图方式连接。MC14433的转换结果Q-Q接8031的，选通输出脉冲DS1- DS4接8031的。转换结果标志EOC，一方面接至更新转换控制信号输入线 DU,另一方 面接至8031的中断输入线INT1，表明单片机既可采用中断方式读入 A/D转换的结果， 也可以采用查询方式。最后的结果送入 74AC138并驱动数码管显示具体数值34。2检测处理程序流程框图检测处理程序流程框图如图4所示。采用MCS系列汇编语言5编程，由于有硬 件设计的保证，使得整个系统既可以工作在循环查询的方式，也可工作在中断管理的方式。图4检测处理程序流程图3结