直观:二氧化碳检测仪_物理_自然科学_专业资料

海 外制 作 二 氧 化 碳 检 测 仪◆空 气 中的 二氧 化 碳 不 易 被 发 现 ，人 们 经 常 忽视 朱 学亮译是 二氧化碳对波长 为 ４ ７ ｎ 红外 线的 吸收 作用 ， ２０ ｍ 其浓度。 在办公室和家里 ， 过高浓度的二氧化碳会 导 致身体疲倦 、 注意力不集中、 头疼等症状。如果有一 个二氧化碳检测仪就可 以很容易的确定 空气 中二氧 化碳 的浓度。 并通过单片机 对浓度指标进行监测 ， 在 超过限定值时触发报警或启动通风系统 ，以保证 空 气 中二氧化碳 浓度在一个安全的范围内。 本文介绍的二氧化碳检测仪具有以下特点 ： ● 测量 周围二氧 化碳 浓度 以监测 室 内空气 的质 量该传感器 以较高 的精度对空气中二氧化碳分压进行测量 。特别是高浓度下二氧化碳 的确切含量进行测 量。 如果二氧化碳浓度较低 ， 就需要一个较长的光学通道 。 同时需要一个较大面积 的传感器。 由于涉及高 精度 的光学器件 ， 使得成本非常高。 而湿 电解型二氧化碳传感器 由于稳定性一般和寿命较短 。 一般也不作 为的传感器。 气体型二氧 化碳传感器 由于稳定性和重复性 差，而且输 出易受环境湿度 、 温度 、 灰尘 的影响 。

阻碍 了它 的大 规模 也应用。 ● 对 其 他 气体 、 度 、 度 不 敏 感 湿 温● 二氧化碳浓度测量范围 ： 空气 中二氧 化碳浓度 ００ ．４％ ～０４％ ．几年 以前 ，一家的半导体气体型传感器制造商 Ｆｇ ｒ ｉａｏ成功 地研制 出 了一个 能长 期稳定 工作● 可控制 １Ａ氯气检测仪，３ Ｖ的通风 系统 ， ０ ２０ 可预设 ４个 浓度 阈值 ● 可 控制 １ Ａ，３ Ｖ的警报或紧急通风 ０ ２０ ● 以模拟 的形式在液晶显示器上显示浓度 ● 浓度变化趋势指 示功能● 自动 校 准 ● 使 用 电 源 适配 器 供 电 １ 检 测 仪 的作 用 ．һ的二氧化碳传 感器 Ｔ ４ ６ （ ＧＳ １ ０价格约 为 ７ ０元）它 ０ ， 具有优 良的重复性 ， 并受环境 因素影 响较小。 本 文使 用的二氧化 碳传感器是 Ｔ ４ ６ ＧＳ １ ０的升 级 版本——Ｔ ４ ６ 。图 １所 示 为该传 感器 的结 ＧＳ １ １ 构。 从结构图中看到 ， 传感器 由置于衬 垫上的对二氧 化碳敏感的固态电解质构成 。而 另－Ｎ 由加热器构 成， 以减小环境温度改变对测量的影响。 Ｔ ４６ ＧＳ １ １非常“ 娇气 "一个持 续流经高阻抗 传 ，感器核心 的电流就会烧毁它。

所以二氧化碳检测仪， 需要设计一个输入阻抗超过 １ ０ ０ ＭＱ、偏置 电流小于 １ Ａ的测量 电 ｐ 路与之接 口。这时 ， 以使 用一个 Ｃ Ｓ型 的运算 可 ＭＯ 放大器来 实现 ， 如图 ２所 示。传感器 中加热 器的阻 抗 约为 ７ ０Ｑ，可以直接 与 ５ Ｖ直接连接 ，功耗约为２０ ５ ｍＷ 。 般认为 ，二氧化碳 的浓度是办公室和家里 空气质量指标之一 ，它可 以告诉人们 是否需要进行通 风。本文将介绍 的二氧化碳检 测仪不仅显示二氧化 碳的浓度水平 ， 还将 实测值与预设的阈值进行 比较 ， 在超*触发继电器 ，从 而控制功率外设如通风扇或通气 系统开始工作。 ２ 传 感 器技 术 ．传感器输 出的是 电平信号 ，其输出与气体浓度 的关系如图 ３所示。 图中描绘 出二氧化碳 浓度 越高 ， 传 感器输 出电平信号也就越高。 同时 ， 传感器对于一氧 化 碳 和 乙醇 不 敏 感 。 目前的二氧化碳测量器件是一种应用了非 色散红外吸收方法制成 的传感器。该应用主要依据２０ 年第 ６ ０９ 期￣－制作 ２ ７ ' － ５豳翟 陵憎 ， 瞄— — 警黼 — 鹫 卷■毒！ 嘲ｌ 峨 玛 ＿ 臻潮 ； ＿ 一＿冒 暖 要— 隧 酲 国 一■ Ｉ西 翻匿 离 ■曩鲤 ■ 圈 翟 薯嘲 ｊ ｌ 鞫 豳 瞪 ｌ ： ｌ０．４％ ～０４％ ０ ．曩 嘲 圈 圈 ｇ ■ 嘲３ 测 量方 法 ．传 感 器 的输 出电 平 由单 片 机 采 集 。

期 间还 经 过һ表 １ ＤＭ４ ６ 模 块 的 特性 Ｃ １１测 量 范 围个特殊 的对 数运算对信号进行调理 。为了简化传感器 的应 用 ，ｉａｏ公 司还 开 发 了两 个 相应 的模 二氧化碳传感器 Ｆｇ ｒ 块一 ＣＤ １ １和 ＣＤ １ １ Ｍ４ ６ Ｍ４ ６ Ａ对 Ｔ Ｓ １ １传 感 工作温度 Ｇ ４６Ｔ ４ ６１正常情 况下 １ ＧＳ １ （ Ｏ年寿命） 一 Ｏ ～ ４ ℃ １℃ ＋ ０ ５ ７％ ％～ Ｏ ２ ｈ ２ ｎ０ ｍｉ９ ％的改变量） 器进行信号 的调理工作。 图 ４所示是 Ｃ ＤＭ４ ６ 模 工作湿度 １１ 块二氧化碳检测仪，中使 用了 ＰＣ１ Ｌ ８ 其 Ｉ ６ Ｆ ８单 片机 。表 １和表 ２分 预热 ／ 校准时间 别是该模块的特性和管脚说 明。 供使用时参考。 响应时间如表 ２所 示 。 脚 ２输 出 ０４ ～ Ｖ的 、 二 氧化 精度 管 ． ４ Ｖ 与±０ ２％１ Ｓ ３０ Ｏ ｍＷ ５ Ｖ碳浓度对应的电平信号 ；管脚 ３当二氧化碳 浓度超 测量周期 *由低 电平 变成高电平 。由一对跳线来选定阈值二氧化碳检测仪， 功耗 见表 ３ 。模块 中还有 ３个 Ｌ Ｄ用于指示工作状 态。

Ｅ 供 电电压２ 电子制作 ２０ 年第 ６ ６ ０９ 期表 ２Ｃ ＤＭ４ ６ 模块管脚说 明 １１管脚 号 功 能 描 述 ３５ ５５ 电流 ６ ｍ ．～ ．Ｖ， ０Ａ０４ ４ Ｃ ．－ Ｖ Ｄ 当模块 上电时 ，２小时预热和 自动校 准开始。此时有毒气体报警器， 传感器应该置于清新的空气 中以便单片机能校准到正常的范围。 在此期间绿 色的 Ｌ Ｄ闪烁 ， Ｅ 管脚 ２恒 定输 出 ０４ 。当校准完成后 ， ．Ｖ 绿色 Ｌ Ｄ持续点亮。在 Ｅ 校 准期间 ， 单片机 就认为传感器所处 的环境 为二氧化１ 电源 正 极＋ Ｂ Ｕ２ 输 出 ３ 开关 式 输 出 低 电平 ＝ ． 高 电平 ： Ｕ 一 ． Ｏ２ Ｖ， ＋ Ｂ ０６ Ｖ， 驱 动 电流 ２ ｍ ５Ａ碳 含量正 常的地方 ， 即二氧化碳浓度为 ００ ％。 ．４ 以后 ， 浓度每 改变 ００ ％， ．１ 则输 出改变 １ 。如果在校准期 ｍＶ４ 故 障 输 出 开集 电 极 输 出 ， 大 Ｉ １０ 最 ｃ ０ ｍＡ， ＝ Ｕ ＝ ０ 当传 感 器 的 加 热 器 开 间环境 中二氧化碳浓度不是 ００ ％， ５ Ｖ， ．４ 那在管脚 ３就会 路或 者 超 * 接 地输 出偏置 电平 ， 校准 出错。

在模块 中有一个按钮开 关， 用于手动校准 。 一旦表 ３跳 线 设 置 开 关 式输 出 的二 氧 化 碳 浓 度 阈值设 置 Ｐ Ｊ４ 二 氧 化碳 浓 度 管 脚 ３的 继 电器 Ｒ ｌ 在预热校准过程 中按下该按钮 ， Ｊ３ Ｐ ｅ 绿色 Ｌ Ｄ停止闪烁 。 Ｅ ／１ １４ （Ｘ ０ ） 输出 接触点单片机 默认 此时的电流值 为新 的参考 电平 ， 模块认 为预 热 和校 准 结 束 。 １ 断开 断开８０ ０ ７Ｏ ２低 变高 高变低 低变高高 变 低闭合 断开 闭合断 开２ 断开 闭合１０ ００９Ｏ Ｏ模块 中的微调电位 器用于出厂前的调整 。不需 要再去调节 。 模块上还有两个测试点 ：ＧＳ １ １ Ｔ ４ ６ 传感 器 的缓冲输 出电平 ＣＰ ， ３ 用于传感器温 度补偿 的与温度 相 关 的 Ｎ Ｃ 热 敏 电 阻 电平 。 Ｔ ４ 应 用 电路 板 ．３ 闭合 断开１０ ５０ １５ ３０２Ｏ ＯＯ低变高 高 变 低低 变 高闭合 断 开闭合４ 闭合 合 闭１０ ８０高变低断开图 ５ 图 ６分别是 ￣ Ｎ－ 氧化碳检测仪 的电路和 、 ， －２０ 年 第 ６ 电子制作 ２ ０９ 期 ７

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