基于红外传感器的co2气体检测电路设计_secret

1、基于红外传感器的CO2气体检测电路设计 HYPERLINK /index.aspx?id=305972846 o 51YES网站统计系统 t _blank 流量统计 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识之士特别关注的问题，因此研究并设计二氧化碳检测电

2、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 HYPERLINK /forum-216-1.html t _blank 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 HYPERLINK /forum-216-1.html t _blank 传感器主要有固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等，这些 HYPERLINK /forum-216-1.html t _blank 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

3、等不足。而红外吸收型二氧化碳 HYPERLINK /forum-216-1.html t _blank 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 HYPERLINK /forum-216-1.html t _blank 传感器，整个电路设计力求简单易用，快速直读，价格低廉。1 检测电路的工作原理1.1 红外吸收型二氧化碳气体 HYPERLINK /forum-216-1.html t _blank 传感器的工作原理1 红外吸收型CO2气体 HYPERLINK /forum-216-1.html t _blank 传感器是基于气体

4、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

5、换得： 通过检测相关数据就可以得知气体的浓度 图1二氧化碳 HYPERLINK /forum-216-1.html t _blank 传感器探头结构 红外二氧化碳 HYPERLINK /forum-216-1.html t _blank 传感器探头结构如图1所示。是由红外 HYPERLINK /forum-70-1.html t _blank 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 HYPERLINK /forum-70-1.html t _blank 光源采用镍铬丝，其通电加热后可发出310m的红外线，其中包含了4.26m处CO2气体的强吸收峰。在气室中，

6、二氧化碳吸收 HYPERLINK /forum-70-1.html t _blank 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。1.2 检测电路的设计原理图2 检测电路原理框图 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 HYPERLINK /forum-216-1.html t _blank 传感器、数字滤波电路

7、、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 HYPERLINK /forum-216-1.html t _blank 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。1.3 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如图3所示。工作原理是首先由红外 HYPERLINK /forum-216-1.html t _blank 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

8、电路，经过单片机系统处理后输出，再由74AC138送入显示电路，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。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P1.0-P1.3，选通输出脉冲DS1-DS4接8031的P1.4-P1.7。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。3 结束语 该设计