專利名稱：一種具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種傳感裝置，具體涉及一種具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的電化學(xué)式二氧 化碳濃度檢測裝置，屬于電子傳感技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]二氧化碳濃度檢測裝置主要應(yīng)用于空調(diào)二氧化碳濃度調(diào)節(jié)裝置中。二氧化碳濃度 調(diào)節(jié)裝置一般包括封閉空間內(nèi)空氣收集模塊、二氧化碳濃度檢測裝置、比較模塊以及空氣 引入模塊。二氧化碳濃度調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)以供調(diào)節(jié)封閉的空調(diào)空間中的二氧化碳 濃度，能夠自動(dòng)記錄以及調(diào)整封閉空間的二氧化碳濃度，使整個(gè)封閉空間的二氧化碳濃度 大致保持在一個(gè)預(yù)定值，不會(huì)因封閉空間內(nèi)累計(jì)二氧化碳過多而導(dǎo)致呼吸困難。[0003]二氧化碳濃度檢測裝置是該濃度調(diào)節(jié)裝置的核心部分，該裝置具體又包括二氧 化碳傳感器、微控制處理器、濃度信號輸出單元。主要完成環(huán)境二氧化碳濃度的檢測。[0004]目前二氧化碳濃度檢測裝置一般采用紅外線二氧化碳傳感器，存在如下不足之 處[0005]1.傳感器成本較高，模塊體積較大，安裝不方便；[0006]2.另外現(xiàn)有的二氧化碳濃度檢測裝置的濃度信號方式比較單一，一般為0 5V模 擬電壓的輸出方式；[0007]3.為降低成本，采用低性能的微控制處理器，用作數(shù)模轉(zhuǎn)換的定時(shí)器精度不高，影 響模擬電壓的輸出精度。實(shí)用新型內(nèi)容[0008]本實(shí)用新型為目的在于，提供一種低成本、高精度、輸出形式多樣、結(jié)構(gòu)簡單的二 氧化碳濃度檢測裝置。[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置，其特 征在于它包括單片機(jī)，單片機(jī)分別與傳感器電路部分、信號指示燈模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、二 次電源模塊和用戶接口模塊相連；D/A轉(zhuǎn)換模塊與V/I轉(zhuǎn)換模塊相連；用戶接口模塊還與 D/A轉(zhuǎn)換模塊和V/I轉(zhuǎn)換模塊相連。[0010]前述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置中，所述單片機(jī)內(nèi)包括CPU處 理器，CPU處理器分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊、看門狗定時(shí)器、定時(shí)器、GPIO模塊、信息FLASH存儲(chǔ) 器和串行通訊模塊相連；[0011]前述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置中，所述傳感器電路部分與單 片機(jī)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換模塊和看門狗定時(shí)器相連，單片機(jī)內(nèi)的GPIO模塊與信號指示燈模塊相 連，定時(shí)器與D/A轉(zhuǎn)換模塊相連，二次電源模塊和用戶接口模塊相連，串行通訊模塊與用戶 接口模塊相連。[0012]前述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置中，所述單片機(jī)為美國德州儀 器公司生產(chǎn)的16位超低功耗單片機(jī)MSP430GX。[0013]前述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置中，V/I轉(zhuǎn)換模塊為美國德州儀器公司生產(chǎn)的恒流輸出芯片XTRlll及其外圍電路；輸出變化范圍為4 20mA。前述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置中，所述的16位超低功耗單 片機(jī) MSP430GX 中的 X 是指 2231，2131，2221 或 2121。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型內(nèi)部信息FLASH存儲(chǔ)器保存有正常氣體中二氧化碳 成分的濃度值；因?yàn)閭鞲衅鞅旧硎褂媚晗拊黾樱芑瘜W(xué)成分老化等因數(shù)影響，采集得到的濃 度值會(huì)有一個(gè)線性偏差。在測量發(fā)生偏差時(shí)，將本實(shí)用新型放在正?？諝庵幸欢螘r(shí)間后，本 實(shí)用新型把這個(gè)濃度值記錄到內(nèi)部信息段FLASH存儲(chǔ)器中，使線性曲線整體調(diào)整，從而實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償功能。且本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)3種不同方式的輸出0 5V模擬電壓量，4 20mA 恒定電流量，串行通訊方式輸出數(shù)字量。用戶可根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際條件選擇一種輸出方式。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例傳感器部分電路圖。圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例PWM轉(zhuǎn)模擬電壓輸出部分電路圖。附圖中的標(biāo)記1_傳感器電路部分，2-二次電源模塊，3-用戶接口，4-V/I轉(zhuǎn)換模 士夬，5-D/A轉(zhuǎn)換模塊，6-信號指示燈模塊，7-CPU處理器，8-A/D轉(zhuǎn)換模塊，9-看門狗定時(shí)器， 10-串行通訊模塊，11-內(nèi)部信息FLASH存儲(chǔ)器，12-定時(shí)器，13-GPI0模塊，14-單片機(jī)。
具體實(shí)施方式
參見圖1。一種具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置，其特征在于它包括 傳感器電路部分1、A/D轉(zhuǎn)換模塊8、CPU處理器7、定時(shí)器12、看門狗定時(shí)器9、內(nèi)部信息 FLASH存儲(chǔ)器11、串行通訊模塊10、GPIO模塊13、信號指示燈模塊6、D/A轉(zhuǎn)換模塊5、V/I 轉(zhuǎn)換模塊4、二次電源模塊2和用戶接口 3。其中A/D轉(zhuǎn)換模塊8、CPU處理器7、定時(shí)器12、 看門狗定時(shí)器9、內(nèi)部信息FLASH存儲(chǔ)器11、串行通訊模塊10、GPIO模塊13集成于一個(gè)單 片機(jī)14內(nèi)。傳感器電路部分1與A/D轉(zhuǎn)換模塊8相連，A/D轉(zhuǎn)換模塊8與CPU處理器7相連， CPU處理器7分別與看門狗定時(shí)器9、定時(shí)器12、GPIO模塊13、信息FLASH存儲(chǔ)器11、串行 通訊模塊10相連。GPIO模塊13與信號指示燈模塊6相連，定時(shí)器12與D/A轉(zhuǎn)換模塊5相 連，D/A轉(zhuǎn)換模塊5與V/I轉(zhuǎn)換模塊4相連，用戶接口模塊3分別和二次電源模塊2，串行通 訊模塊10，D/A轉(zhuǎn)換模塊5，V/I轉(zhuǎn)換模塊4相連。A/D轉(zhuǎn)換電路含電壓基準(zhǔn)。所述的16位超低功耗單片機(jī)MSP430GX中的X是指2231，2131，2221，2121。參見圖2，二氧化碳傳感器部分電路。單片機(jī)用內(nèi)部的看門狗定時(shí)器控制IO翻轉(zhuǎn)， 產(chǎn)生一個(gè)PWM波加在Vc上，相當(dāng)于35mW的功率給二氧化碳傳感器內(nèi)部的電阻器加熱；二氧 化碳傳感器內(nèi)部化學(xué)成分與被測氣體發(fā)生反應(yīng)后，傳感器輸出回路電阻Rs發(fā)生變化。單片機(jī)內(nèi)部的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采集到傳感器輸出回路電阻阻值。單片機(jī)內(nèi)部的 CPU根據(jù)該電阻值計(jì)算出二氧化碳濃度。參加圖3，利用單片機(jī)內(nèi)部的16位定時(shí)器，可產(chǎn)生高精度度的PWM波，將計(jì)算得到 的二氧化碳濃度對應(yīng)PWM的占空比輸出，通過一個(gè)二階RC濾波電路，得到模擬電壓，這個(gè)電壓大小由PWM的占空比決定。但是得到的這個(gè)電壓沒有驅(qū)動(dòng)能力，所以在后級加入一個(gè)運(yùn) 放作為電壓跟隨器，提高電壓輸出的驅(qū)動(dòng)能力。[0026]V/I轉(zhuǎn)換模塊4為美國德州儀器公司生產(chǎn)的恒流輸出芯片XTRlll及其外圍電路。 電壓量輸入，電流量輸出，輸出變化范圍為4-20mA。[0027]工作原理參見圖2，單片機(jī)內(nèi)部的看門狗定時(shí)器定時(shí)控制IO 口，產(chǎn)生8ms周期的 PWM波VH，加載到二氧化碳傳感器內(nèi)部加熱電阻RH上，從而給二氧化碳傳感器內(nèi)部的化學(xué) 成分加熱，該化學(xué)成分與空氣中的二氧化碳化生反應(yīng)，根據(jù)空氣中的二氧化碳濃度的不同， 致使RS有不用的阻值；在二氧化碳傳感器輸出端接有上拉電阻，上拉到系統(tǒng)的VCC上，根據(jù) RS阻值不同，從而VCC分壓后，輸出的電壓也不同。[0028]單片機(jī)內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采集到傳感器輸出的電壓，計(jì)算得到回路電阻阻值。 單片機(jī)內(nèi)部的CPU處理器經(jīng)過一系列算法處理，計(jì)算得到被測氣體二氧化碳的濃度值。單 片機(jī)將濃度值輸出給D/A轉(zhuǎn)換模塊，然后D/A向用戶接口輸出濃度值對應(yīng)的模擬電壓量；同 時(shí)D/A轉(zhuǎn)換模塊將模擬電壓量輸出給V/I轉(zhuǎn)換模塊，然后V/I轉(zhuǎn)換模塊向用戶接口輸出濃 度值對應(yīng)的恒定電流量。同時(shí)用戶接口通過串行通訊模塊可以將濃度值的數(shù)字量讀出。本 實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)3種不同方式的輸出0 5V模擬電壓量，4 20mA恒定電流量，串行通訊 方式輸出數(shù)字量。用戶可根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際條件選擇一種輸出方式。
權(quán)利要求1.一種具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置，其特征在于它包括單片機(jī) (14)，單片機(jī)(14)分別與傳感器電路部分(1)、信號指示燈模塊(6)、D/A轉(zhuǎn)換模塊(5)、二 次電源模塊⑵和用戶接口模塊⑶相連；D/A轉(zhuǎn)換模塊(5)與V/I轉(zhuǎn)換模塊(4)相連；用 戶接口模塊⑶還與D/A轉(zhuǎn)換模塊(5)和V/I轉(zhuǎn)換模塊(4)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置，其特征在于 所述單片機(jī)(14)內(nèi)包括CPU處理器(7)，CPU處理器(7)分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊(8)、看門狗 定時(shí)器(9)、定時(shí)器(12)、GPI0模塊(13)、信息FLASH存儲(chǔ)器(11)和串行通訊模塊(10)相 連；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置，其特征在于 所述傳感器電路部分(1)與單片機(jī)(14)內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換模塊(8)和看門狗定時(shí)器(9)相連， 單片機(jī)(14)內(nèi)的GPIO模塊(13)與信號指示燈模塊(6)相連，定時(shí)器(12)與D/A轉(zhuǎn)換模 塊(5)相連，二次電源模塊(2)和用戶接口模塊(3)相連，串行通訊模塊(10)與用戶接口 模塊⑶相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置，其特征 在于所述單片機(jī)(14)為美國德州儀器公司生產(chǎn)的16位超低功耗單片機(jī)MSP430GX。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置，其特征 在于:V/I轉(zhuǎn)換模塊⑷為美國德州儀器公司生產(chǎn)的恒流輸出芯片XTRlll及其外圍電路； 輸出變化范圍為4 20mA。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置，其特征在于 所述的16位超低功耗單片機(jī)MSP430GX中的X是指2231，2131，2221或2121。
專利摘要一種具有自動(dòng)補(bǔ)償功能的二氧化碳濃度檢測裝置，其特征在于它包括單片機(jī)(14)，單片機(jī)(14)分別與傳感器電路部分(1)、信號指示燈模塊(6)、D/A轉(zhuǎn)換模塊(5)、二次電源模塊(2)和用戶接口模塊(3)相連；D/A轉(zhuǎn)換模塊(5)與V/I轉(zhuǎn)換模塊(4)相連；用戶接口模塊(3)還與D/A轉(zhuǎn)換模塊(5)和V/I轉(zhuǎn)換模塊(4)相連。本實(shí)用新型是一種低成本、高精度、輸出形式多樣、結(jié)構(gòu)簡單的二氧化碳濃度檢測裝置。
文檔編號G01N27/12GK201819896SQ201020565010
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者任迪明, 梁源, 郝強(qiáng) 申請人:利爾達(dá)科技有限公司