基于ADuC816的一氧化碳气体监测仪设计

摘要 详细讨论了ADI公司的数据采集芯片ADuC816单片机的原理特性和一氧化碳气体传感器的选择，论述了一氧化碳气体监测报警仪的软件设计及其标定方法，设计完成了一种灵敏度高、性能可靠、操作简单的一氧化碳监测报警仪，对于生活环境中的一氧化碳气体的监测及其带来的社会、人身安全等问题具有十分重要的意义。
关键词 ADuC816单片机 CO监测报警 标定

引 言
一氧化碳(CO)是一种无色无臭的气体。当CO进入人体血液循环系统后，就会与血红蛋白迅速结合形成碳氧血红蛋白，占据了结合氧的位置，从而使血红蛋白丧失运输氧的功能，导致人因供氧不足而发生C0中毒。C0最重要的危害是污染大气，影响人体健康。人即使处于低浓度的CO环境中也会产生头痛、耳鸣、疲劳等症状。如果CO中毒严重，轻者可损害思维和感觉，减弱身体运动能力，重者则会导致脑部受损甚至发生死亡。因此，设计一种灵敏度高、性能可靠、操作简单的CO监测报警仪，及时准确并有效地对生活坏境以及工业生产过程中的CO进行检测，是与人的生命安全相关的重要问题。

1 系统设计方案
1．1 系统组成
C0气体监测报警仪是由CO气体传感器、调理电路、单片机、显示电路、按键、信号输出电路和应用系统软件等组成。CO气体监测报警仪系统设计框图如图1所示。

1．2 单片机的选择
ADuC816单片机是美国ADI公司推出的一种新型单片机，它是ADI公司多年生产A／D、D／A转换器的经验与成熟的8051单片机技术相结合的高性能微转换器，功能非常强大。ADuC816集成了2通道16位ADC、12位DAC、3个定时／计数器、10个中断源／2级优先中断级、双传感器激励电流源、8 KB Flash EEPROM程序存储器、256字节片上RAM和640字节数据Flash EEPROM。外部数据存储器分组寻址，地址空间达16 MB。因此，选用ADuC816单片机不仅可以满足CO气体监测报警仪高精度的要求，而且不需要外接A／D、D／A转换器和外部存储器。这对简化整个系统的外围电路设计，以及提高系统的抗干扰能力等具有重要意义。
1．3 CO气体传感器的选择
CO气体传感器有多种类型。半导体CO气体传感器主要是以氧化物半导体作为基本材料，使气体吸附于半导体表面，利用由此产生的电导率变化来判断CO气体浓度的大小。与其他气体传感器相比，半导体CO气体传感器具有快速、简便、灵敏等优点，但是它的气体选择性较差，在工作时容易受到其他气体的干扰。电化学电位型CO气体传感器能够将待测气体通过电化学反应变换成电信号，进行直接检测。其中，为了提高测量精度，消除测量环境中一些不确定因素的影响，可以利用第三电极、参考电极和一个外部的恒电位工作电路。此类型传感器用稀硫酸溶液作为液态电解质，不仅可以在室温条件下与其他测控设备协同工作，而且输出信号幅值大，灵敏度高，使用方便，价格低，同时还可以避免因CO与氧气直接接触而发生爆炸的危险。其结构示意图如图2所示。