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1、 基于单片机的二氧化碳红外检测仪设计摘要随着社会经济的发展，人们生活水平普遍提高，瓜果、蔬菜及花卉的社会需求数量和品质要求也不断提高，特别是大中城市需要周年供应新鲜蔬菜，因此农业温室得到迅速发展。二氧化碳气体对农作物的生长起着非常重要的作用。近些年来，我国北方农村形成了以日光温室为主导的农业产业化，因此，为二氧化碳的增施创造了有利的条件。由于不同作物所需的二氧化碳浓度不同，在二氧化碳的增施中又难于控制对其量的排放，所以研制二氧化碳浓度检测器并用于日光温室的农业生产，对提高农业科技含量，促进农业增收，农民增收具有深远的意义。本论文主要针对温室内二氧化碳浓度、温度以及湿度，设计了日光温室检测系统。
2、综合考虑系统的精度、稳定性以及经济性要求这三个方面之后，确定以AT89S52单片机为控制核心，选用性价比比较高的传感器，来实现对二氧化碳浓度、温湿度的准确检测。针对不同的参数，可以通过键盘人为设定作物所期望的上、下限值。当单片机检测到二氧化碳浓度、温湿度有任何一个参数越限时，则启动声光报警，这时检测人员通过主机打开相应的执行机构进行补偿。检测器可以通过RS-232实现和温室主机的串行通讯。本系统具有易于操作、运行可靠、便于扩充等特点。该系统考虑到温室环境的复杂性增加传感器实现多点多目标因子的检测。系统体积小，操作非常简单，灵活性强，针对不同环境、不同作物的不同要求，可以随时随地修改极限报警值，
3、人机界面友好。该系统具有功能强成本低的特点，适合在各种温室或塑料大棚进行环境因子检测。关键词：日光温室，二氧化碳浓度，温湿度，单片机，测控Design of carbon dioxide infrared detector based on MCUAbstractAs our country realizes the comparatively well-off level basically, peoples living standards generally improve, especially the Large and medium cities need to supply th
4、e fresh vegetables in anniversary, This needs to develop production of the greenhouse Carbon dioxide on crop growth and plays a very important role. In recent years, the rural north China have formed a greenhouse-led industrialization of agriculture, therefore, applied for the increase of carbon dio
5、xide created favorable conditions. Because different crops need different carbon dioxide concentrations, the growth in carbon dioxide it difficult to control its facilities in the amount of emissions, so carbon dioxide detector developed and used in greenhouse agriculture production, raise agricultu
6、ral science and technology to promote agricultural income and farmers increase of far-reaching significance.This thesis presents the measuring and controlling system about temperature, humidity and carbon dioxides density in the greenhouse, composed of host PC and secondary MCU. Considering the accu
7、racy and economical, this thesis design AT89S52 as the core control apparatus, and choose the sensors with high ration between performance and cost. it achieved accurate measurement and accuracy control. When the parameter has exceeded the limit, including temperature, humidity and carbon dioxides d
8、ensity, the single-chip microcomputers activate the audible and visual alarm. At the same time, the single-chip microcomputers control the solid state relay to actuate mechanism for compensation .For different parameters, we can use keyboard to set the anticipant range of the crop. The secondary com
9、puter communicate with the host computer through RS232.This system is easy to operate, reliable, easy to expand and so on. The system taking into account the increased complexity of the greenhouse environment to achieve multi-point multi-sensor target of cytokines. System is small, the operation is
10、very simple and flexible for different environments, different requirements of different crops can be modified at any time limit alarm value, friendly interface. The system has powerful function and low cost, suitable for greenhouse or plastic tunnel testing of environmental factors.Key wards: green
11、house; temperature; humidity; carbon dioxide; single-chip microcomputer- III -目录1 绪论11.1 研究目的和意义11.2 国内外发展状况11.2.1 国外发展现状11.2.2 国内发展现状21.3 课题的主要内容及研究意义32 系统总体方案的设计42.1 总体方案设计42.2 详细设计53 硬件设计63.1 微控制器概述和选用63.1.1 AT89S52单片机的特点63.1.2 AT89S52单片机的主要特性73.2 二氧化碳数据的采集与处理73.2.1 二氧化碳传感器的选择73.2.2 红外二氧化碳传感器的工作原
12、理83.3 A/D转换器及其接口电路93.3.1 ADC0832的主要特点及管脚103.3.2 ADC0832 与单片机的接口电路：123.4 串行通信接口设计153.4.1 RS232简介153.4.2 芯片接口电路163.5 报警电路173.5.1 蜂鸣器简介173.5.2 报警电路184 系统的软件结构和程序框图194.1 主程序模块194.2 系统各程序模块214.2.1 数据采集子程序模块214.2.2 显示子程序模块225. 电路设计235.1 设计各元件封装图235.2 设计原理图245.3 设计PCB图257 程序清单278 结论39参考文献40致谢44- V -1 绪论1.1
13、 研究目的和意义目前，随着日光温室的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对温室的自动化程度要求也越来越高。中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是日光温室已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如：二氧化碳浓度、空气的温度、湿度等。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效
14、的栽培目的。以日光温室为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。温室内的二氧化碳浓度参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施已经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数对温室二氧化碳浓度的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节温室内二氧化碳的
15、浓度，使大棚内形成有利于蔬菜，水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。本论文提出一种以AT89S52单片机为核心的检测器，主要是为了对日光温室内二氧化碳浓度进行有效、可靠地检测而设计的。1.2 国内外发展状况1.2.1 国外发展现状西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。20世纪60年代，生产型的高级温室开始应用于农业生产，奥地利首先建成了番茄生产工厂，70年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家的温室园艺迅猛发展，温室设施广泛应用于园艺作物生产、畜牧业和水产养殖业。随着计算机技术的进步和智能控制理论的
16、发展，近百年来，温室大棚作为设施农业的重要组成部分，其自动控制和管理技术不断得以提高，在世界各地都得到了长足的发展【1】【2】。特别是二十世纪70年代电子技术的迅猛发展和微型计算机的出现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性的变化【3】【4】。80年代，随着微型计算机日新月异的进步和价格大幅度下降，以及对温室控制要求的提高，以微机为核心的温室综合环境控制系统，在欧美得到了长足的发展，并迈入了网络化，智能化阶段【5】。目前，国外现代化温室的内部设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准【6】。温室内的各环境因子大多由计算机集中控制，检测传感器也较为齐全，如温室内外的温度、湿度、光照度、二氧
17、化碳浓度、营养液浓度等，由传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的自动控制，如无级调节的天窗通风系统，湿帘与风扇配套的降温系统，由热水锅炉或热风机组成的加温系统，可定时喷灌或滴灌的灌溉系统，二氧化碳施肥系统，以及适用于温室作业的农业机械等。计算机对这些系统的控制己经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制，而是基于环境模型上的监督控制，以及基于专家系统上的人工智能控制【7】【8】，一些国家在实现自动化的基础上正在向着完全自动化、无人化的方向发展。1.2.2 国内发展现状我国现代温室技术起步较晚，70年代以来，政府大力发展以塑料大棚、节能日光温室为主的设施农业，促进了农村经济的发展和缓和了蔬菜季
18、节性短缺矛盾。与此同时，从1979年至1994年，从欧美、日本等国家引进了一系列现代化温室进行实验研究。引进的温室与我国传统温室比较，其空间大，便于进行机械作业，生产率与资源利用率比较高，为我国温室的发展提供了借鉴作用。但这些温室也存在着许多不足之处，主要表现在：1.价格昂贵，国内农业生产目前难以接受。2.缺乏与我国气候特点相适应的温室测控软件。目前我国引进温室的测控系统大多投资大、运行费用过高，并且测控系统中所侧重考虑的环境参数与我国的气候特点存在矛盾。3.控制方式比较简单，软件实现模式固定，不能进行功能扩展【9】。随后在我国出现了一些国外的仿造产品，但均没有面向我国广大农村现有的1000万
19、亩传统温室的改造工程。所以，传统的方法，人们主要还是采用温度计、湿度计来采集温度值和湿度值，通过人工操作加热、加湿、通风和降温来控制温湿度。因此，以上产品的推广使用价值仍然不大【10】。 总体上说，我国自行开发的温室测控系统其技术水平和调控能力与发达国家还有一定的差距。而我国综合环境测控技术的研究刚刚起步，目前仍然停留在研究单个或少量环境因子调控技术的阶段，而实际上，温室内的光照度、温度、湿度、二氧化碳浓度等环境因素，都是在相互影响、相互制约的状态中对作物的生长产生影响的，环境要素的空间变化、时间变化都很复杂。因此，我们应该根据我国的国情研制出适合我国农业的发展的仪器仪表，并在农业设施中广泛推
20、广。1.3 课题的主要内容及研究意义为适应农业发展的需要,根据以上分析存在的问题，本论文设计了基于单片机的二氧化碳浓度检测系统。该系统在设计过程中充分考虑到性价比，选用价格低、性能稳定的元器件，可实现对大棚内二氧化碳浓度的在线实时检测。还设计了通信系统，单片机实时监测大棚内的二氧化碳浓度，当二氧化碳浓度超过设定的上、下限时，单片机通过与温室主机进行通信来打开相应的执行机构，实现对二氧化碳浓度的调控，从而使得大棚内的参数在适合作物生长的范围内。本论文主要研究内容包含以下几个方面：1.二氧化碳浓度的选型及相应信号处理电路的设计；2.实现温室内二氧化碳浓度环境因子的自动检测；3.通过人机对话接口实现
21、参数显示和在线参数修改；4.当环境因子超过上下限值时启动报警功能；5.检测器外形设计。2 系统总体方案的设计2.1 总体方案设计为了便于管理本设计以上、下位机模型为阳光温室测控系统。其中，上位机是温室主机(PC机)，下位机是检测器。检测器应能完成以下工作：脱离主机独立地进行数据采集和处理，通过人机接口（键盘和显示器）实现参数设定、显示和报警等功能；连接主机时能实现通信功能。检测器是以单片机为核心的，整个检测器系统包括主模块、数据采集与处理模块、输出控制模块、键盘显示模块和数据通信模块等。数据采集与处理模块能够完成温室内二氧化碳浓度的模拟量的采集和处理，结果送数据存储器或传输给监控服务器，由监控
22、服务器存储和管理，输出控制模块主要负责与主机相连接时温室执行机构的控制；通信模块则是基于RS-232总线，由双绞线进行远程的数据传输，实现检测器和主机的通信。整个温室测控系统主要由温室内外环境自动测试系统，(间接)自动控制系统，人机对话接口和通讯接口四个部分组成。1温室内外环境自动测试系统本设计研究的检测器主要测试温室内二氧化碳浓度环境参数。2温室内环境自动控制系统根据环境自动测试系统得到的结果,控制相应执行机构的执行，为作物提供良好的生长环境。3人机对话接口LED显示系统：显示温室内的二氧化碳浓度环境参数值。键盘：用以人工预置各适宜环境参数值。报警信号：当某环境参数值超过限定界限时，发出声光
23、报警信号，提醒农艺人员采取相应措施。4通讯接口用来实现与主机的通讯，将存储的测试数据传送给主机，可以方便的实现集中式管理。2.2 详细设计本文通过以上对阳光温室蔬菜中的参量及其相互关系的分析研究，对检测系统总体方案进行了详细设计，采用ATMEL公司生产的AT89S52单片机、美国生产的红外二氧化碳传感器6004。单片机通过A/D0832转换器把从传感器输出的模拟信号转换成数字信号。显示部分由比较廉价的LED数码管对二氧化碳浓度进行分时显示。当二氧化碳浓度量低于或者高于期望的范围时，系统会控制自动报警。本设计采用的是声光报警，声光报警主要是控制蜂鸣器的发声频率和控制指示灯，使其一亮一灭，从而达到
24、报警的目的。具体的系统框图如图2.2所示：RXTTXTT0INTOAT89S52RSTXTAL2XTAL1 P2P1.41.7二氧化碳传感器1n采样保持器A/D转换电路RS 232上位计算机复位电路键盘显示声光报警 图2.2 二氧化碳检测器的原理图3 硬件设计3.1 微控制器概述和选用计算机的产生加快了人类改造世界的步伐，但是它毕竟体积庞大。微控制器（单片机）就是在这种情况下诞生的。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/O）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。它的结构与指令功能都是按照工业控制的要求设计的，在智能
25、控制系统中，微控制器得到了广泛的应用【14】。市场上比较流行的单片机种类主要有Intel公司、Atmel公司和Philip公司的8051系列单片机，Motorola公司的M6800系列单片机，Intel公司的MCS96系列单片机以及Microchip公司的PIC系列单片机等。各个系列的单片机各有所长，在处理速度、稳定性、I/O能力、功耗、功能、价格等方面各有优劣。本文选用Atmel公司生产的AT89S52作为CPU。AT89S52是一种低功耗、低价格，高性能8位微处理器。3.1.1 AT89S52单片机的特点AT89S52的PDIP封装管脚如图3.1所示。 图3.1 AT89S52管脚图3.1
26、.2 AT89S52单片机的主要特性AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8KBISP的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。AT89S52具有如下特点：40个引脚，8KB Flash片内程序存储器，256位的随机存取数据存储器，32个外部双向输入/输出口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，3个可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S52设计和配置了振荡频
27、率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。3.2 二氧化碳数据的采集与处理二氧化碳是植物进行光合作用的重要原料之一，可以提高植物光合作用的强度，并有利于作物的早熟丰产，增加含糖量，改善品质。而空气中的二氧化碳浓度一般约占空气体积的0.03%，远远不能满足作物优质高产的需要。现代农业中，大都采用温室大棚进行作物的栽培和培育。在作物的整个生长期，都需要提供不同浓度的二氧化碳。适宜的二氧化碳浓度可以促使幼苗根系发达，活力增强、产量增加。而现代农业中
28、的温室大棚，形成了一个相对封闭的环境，使得对二氧化碳浓度的控制成为可能。但是，空气中二氧化碳浓度的测量，是一个比较困难的问题，因为它涉及到测量方法、信号的获取和测量设备的成本。专业的二氧化碳浓度测量仪表的价格一般都在上万元/台，在一般用户中难以普及，因此，本论文针对此问题设计一种能够应用在农业上的二氧化碳检测器。3.2.1 二氧化碳传感器的选择气体传感器主要可以分为金属氧化物半导体式传感器、固体电解质传感器、红外式传感器等，一般的半导体传感器测量时受环境影响较大，输出线性不稳定；电解式气体传感器气体的重复性比较差；红外线吸收散射式气体传感器灵敏度高，可重复性好，响应时间快，考虑到系统的长期稳定
29、性和经济性选择采用红外二氧化碳传感器6004。3.2.2 红外二氧化碳传感器的工作原理本课题所选用的二氧化碳传感器是美国telaire公司生产的红外二氧化碳传感器6004，此传感器基于气体对红外光吸收的郎伯-比尔吸收定律，采用国际上最新的电调制红外光源、高灵敏度滤光传感一体化红外传感器、高精度前置放大电路、可拆卸式镀膜气室等，实现不同浓度、气体的高精度连续检测。其测量精度：二氧化碳浓度相对误差2%；检测重复性1%；测量范围：二氧化碳浓度05%。1.红外气体测量的基本原理：当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收作用，其吸收关系服从朗伯-比尔吸收定律。设入射光是平行光，其强度
30、为，出射光的强度为，气体介质的厚度为当由气体介质中的分子数的吸收所造成的光强减弱为时，根据朗伯-比尔吸收定律： （3.1）式中K为比例常数。经积分得： （3.2）式中：为吸收气体介质的分子总数；为积分常数。显然，有：式中为气体浓度。则式（3.2）可写成： （3.3）式（3.1）表明：光强在气体介质中随浓度及厚度按指数规律衰减。吸收系数取决于气体特性，各种气体的吸收系数互不相同。对同一气体，随入射波长而变。若吸收介质中含种吸收气体，则式（3.3）应改为 （3.4）因此对于多种混合气体，为了分析特定组分，应该在传感器或红外光源前安装一个适合分析气体吸收波长的窄带滤光片，使传感器的信号变化只反映被测
31、气体浓度变化。 图3.2 NDIR红外气体分析示意图图3.2为NDIR红外气体分析原理图。分析二氧化碳气体时，红外光源发射出120的红外光，通过一定长度的气室吸收后，经过一个4.26波长的窄带滤光片后，由红外传感器监测透过4.26波长红外光的强度，以此表示二氧化碳气体的浓度。3.3 A/D转换器及其接口电路接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。单片机接口技术【18】是研究单片机与外部芯片之间如何交换信息的技术，外部的各种信息通过输入接口送入单片机，而单片机的各种信息通过输出接口送到外部芯片中，因此单片机需要通过信息转换器件实现信息的交流与控制。人们把由模拟量到数字量转
32、换器件（Analog to Digital Converter）称为模拟数字转换器，简称A/D转换器或ADC；把由数字量到模拟量转换的器件（Digital to Analog Converter）称为数字模拟转换器，简称D/A转换器或DAC。常用的A/D转换方式有逐次逼近式和双斜积分式，前者转换时间短，但抗干扰能力差；后者转换时间长，抗干扰能力较强。因此在信号变化缓慢，现场干扰严重的场合，易采用双积分式A/D转换器。在常用的A/D转换芯片（如ADC0809、ADC0832、ICL7109等）中，ADC0832与其余几种有所不同，ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道
33、A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。因此它广泛应用在速度要求不高，而精度要求较高的各种领域中。本文用单片机的串行方式采集ADC0832的数据【19】。图3.7 ADC0832封装以及各端子。图3.7 ADC0832封装以及各端子3.3.1 ADC0832的主要特点及管脚ADC0832的主要特点有： 8位分辨率；. 逐次逼近式A/D转换器 双通道A/D转换； 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； 5V电源供电时输入电压在05V之间； 工作
34、频率为250KHZ，转换时间为32S； 一般功耗仅为15mW； 8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装； 商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C；芯片接口说明： CS 片选使能，低电平芯片使能。 CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。 GND 芯片参考0 电位（地）。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般
35、的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。3.3.2 ADC0832 与单片机的接口电路：图3.8 ADC0832 与单片机的接口电路ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验
36、，以减少数据误转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。3.3.3 单片机对ADC0832 的控制原理：正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。（见图3.8）当 ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。
37、此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能，其功能项见表1。表1如表1所示，当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2 位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第3 个脉
38、冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATD0。随后输出8位数据，到第19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。更详细的时序说明请见表2。表2作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精
39、度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。3.3.4 ADC0832 芯片接口程序的编写：为了高速有效的实现通信，我们采用汇编语言编写接口程序。由于ADC0832 的数据转换时间仅为32S，所以A/D转换的数据采样频率可以很快，从而也保证的某些场合对A/D转换数据实时性的要求。数据读取程序以子程序调用的形式出现，方便了程序的移植。程序占用资源有累加器A，工作寄存器R7,通用寄存器B 和特殊寄存器CY。通道功能寄存
40、器和转换值共用寄存器B。在使用转换子程序之前必须确定通道功能寄存器B 的值，其赋值语句为“MOV B,#data”（00H03H）。运行转换子程序后的转换数据值被放入B 中。子程序退出后即可以对B 中数据处理。图3.9 ADC0832 数据读取程序流程：3.4 串行通信接口设计MCS-52单片机内部有一个全双工的串行通信口，即串行接收和发送缓冲器（SBUF），这两个在物理上独立的接收发送器，既可以接收数据也可以发送数据。但接收缓冲器只能读出不能写入，而发送缓冲器则只能写入不能读出，它们的地址为99H。这个通信口既可以用于网络通信，亦可实现串行异步通信，还可以构成同步移位寄存器使用。如果在串行口
41、的输入输出引脚上加上电平转换器，就可方便地构成标准的RS-232接口【19】【20】。3.4.1 RS232简介RS232C是美国电子工业协会（EIA）正式公布的，在异步串行通信中应用最广的标准总线。适用于终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口。最高数据传送速率可达19.2kbps，最长传送电缆可达到15米。RS232标准定义了25根引线，对于一般的双向通信，只需使用串行输入RXD，串行输出TXD和地线GND，RS232标准的电平采用负逻辑，规定+3V+15V之间的任意电平为逻辑0电平,-3V-15V之间的任意电平为逻辑1电平，与TTL和CMOS电平是不同的。在接口电路和计算机接
42、口芯片中大都是TTL/CMOS电平，所以在通信时，必须进行电平转换，以便与RS232标准的电平匹配。MAX232C芯片可以完成电平转换这一工作。MAX232C芯片是MAXIM公司生产的低功耗，单电源双RS232发送/接受器。MAX232C芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源变换为RS232输出电平所需要的10V电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5V电源即可。MAX232C外围需要4个电解电容C1，C2，C3，C4，它们是内部电源转换所需电容，其取值均为1F/16V，选用钽电容并且应尽量靠近芯片；C5为0.1F的去藕电容。MAX232C的引脚T1IN，T2IN，R
43、1OUT，R2OUT为接TTL/CMOS电平的引脚，引脚T1OUT，T2OUT，R1IN，R2IN为接RS232C电平的引脚，因此TTL/CMOS电平的T1IN，T2IN引脚应接MCS51的串行发送引脚TXD；R1OUT，R2OUT应接MCS51的串行接收引脚RXD。与之对应的RS232C电平的T1OUT，T2OUT应接PC机的接收端RD；R1IN，R2IN应接PC机的发送端TD。3.4.2 芯片接口电路采用MAX232接口电路如图3.10所： 图3.10 RS232接口电路选用其中的一路发送/接收，R1OUT接MCS51的RXD，T1IN接MCS51的TXD，DB-9连接器直接接到PC机上。
44、3.5 报警电路若二氧化碳浓度参数超标时，则启动蜂鸣器报警，然后单片机控制红色LED发光二极管闪烁,工作人员也可以根据此情况来查看相应的区域或者采取相应的措施。3.5.1 蜂鸣器简介蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。1. 压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多
45、谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。2. 电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性的振动发声。本文选用的是XY系列压电式蜂鸣器，XY系列压电式蜂鸣器具有耐高温、低潮、防湿、防污染、声音动听乐耳、性能稳定可靠等优点。3.5.2 报警电路蜂鸣器报警电路及LED发光二极管报警电路如图3.14所示：（a） 蜂鸣器报警电路 （b） 发光二极管报警电路 图3.14 声光报警在单片机后接发光二极管LED(LIGHT EMITTING DIODE)输出显示，发光二极管LED是智能化测控仪表中简单而常用的输出设备，通常用来指示机器的状态或其他信息。它的优点是价格低，寿命长，对电压电流要求极容易实现多路等，因此在智能化测量控制仪表中获得了广泛的应用。LED是近似于恒压的元件，导电时的正向压降一般为1.6V或2.4V左右，反向击穿电压一般大于等于5V，工作电流通常在1020mA左右，故电路中需串联适当的限流电阻。发光强度基本上与正向电流成正比。发光效率和颜色取决与制造的材料，这里如果正常工作时，单片机驱动绿色的LED二极管发光，如果超过指定的上限值或者低于指定的下限值，则驱动红色