基于单片机的CO浓度检测与显示专业系统设计.doc

基于单片机CO2浓度检测和显示系统设计
设计总说明
伴随社会经济发展，大家生活水平普遍提升，对空气品质要求也不停提升，尤其是大中城市空气污染严重。二氧化碳气体对人和人农作物生活生长起着很关键作用。所以言之CO2研究检测装置是很必需，对我们人健康和农作物生长考价值，不一样植物对CO2浓度需求也不尽相同。本论文关键针对空气中二氧化碳浓度设计检测系统。综合考虑系统精度、稳定性和经济性要求这三个方面以后，确定以AT89S52单片机为控制关键，选择性价比比较高传感器，来实现对二氧化碳浓度正确检测。
本设计共有三部分组成，用CO2浓度传感器TGS4160检测CO2浓度，控制单元用AT89C51单片机，显示模块用LED数码管。整个系统含有易于操作、运行可靠、便于扩充等特点。系统体积小，操作简单，灵活性强，针对不一样环境、不一样作物不一样要求，能够随时随地修改极限报警值。该系统含有功效强成本低特点，适合在多种环境进行检测。
关键字：AT89C51，TGS4160，CO2浓度，LED

CO2 concentration detection based on single chip microcomputer and display system design
Design Description
With the development of social economy, the general improvement of people's living standard, the air quality requirements are constantly improve, especially in large and medium-sized cities air pollution is serious.Carbon dioxide gas to human crops growth plays a very important role of life.So the research of CO2 detection device is very necessary, and the growth of crops to the health of our people test value, different plants have different demands for the concentration of CO2.This paper mainly in view of the design of carbon dioxide concentration in the air system.Considering the precision of the system, stability, and economical requirements after the three aspects, determine the AT89S52 single chip microcomputer as control core, with high cost performance sensors, to achieve accurate detection of the concentration of carbon dioxide.
The design of a total of three parts, with CO2 concentration sensor TGS4160 detect CO2 concentration, the control unit with AT89C51, LED digital tube display module.The whole system is easy to operate, reliable operation, easy to expand, etc.System of small size, simple operation, strong flexibility, according to different environment, the different requirements of different crops can be modified at any time and place limit alarm value.This system has the characteristics of strong function of low cost, suitable for all kinds of testing environment.
Keywords ：AT89C51，TGS4160，CO2 Concentration，LED

目录

1绪论 1
1.1研究目标和意义 1
1.2中国外发展情况 1
1.2.1国外发展现实状况 1
1.2.2中国发展现实状况 2
1.3课题关键内容及研究意义 3
2系统总体方案设计 4
2.1系统设计特点和设计思绪 4
2.1.1系统设计特点 4
2.1.2设计思绪 4
2.2关键元器件选择 5
2.2.1传感器选择 5
2.2.2单片机选择 6
2.2.3显示模块 7
2.3 CO2浓度测量意义 8
3.系统硬件设计 9
3.1电源模块设计 9
3.2单片机 9
3.2.1 AT89C51单片机介绍 9
3.2.2最小系统设计 10
3.3 CO2检测电路设计 12
3.4报警电路设计 13
3.4.1报警电路介绍 13
3.5显示模块设计 14
3.6 A/D转换电路设计 14
3.6.1 AD7705 介绍 15
3.6.2 A/D转换电路 16
4.系统软件设计 18
4.1系统总步骤图 18
4.2 A/D转换步骤图 18
4.3测CO2子程序步骤图 19
5.总结 21
致谢 22
参考文件 23
附录 24

1绪论
1.1研究目标和意义
伴随社会经济发展，大家生活水平普遍提升，对空气品质要求也不停提升，尤其是大中城市空气污染严重。二氧化碳气体对人和人农作物生活生长起着很关键作用。所以言之CO2研究检测装置是很必需，对我们人健康和农作物生长考价值，不一样植物对CO2浓度需求也不尽相同。
中国农业发展必需走现代化农业这条道路，伴随国民经济快速增加，农业研究和应用技术越来越受到重视，尤其是高效农业一个关键组成部分。现代化农业生产中关键一环就是对农业生产环境部分关键参数进行检测和控制。比如：二氧化碳浓度、空气温度等。在农业种植问题中，温室环境和生物生长、发育、能量交换亲密相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化基础确保，经过对监测数据分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达成优质、高产、高效栽培目标。 
因为单片机及多种电子器件性价比快速提升，使得这种要求变为可能。本论文提出一个以AT89S52单片机为关键检测器，关键是为了对日光温室内二氧化碳浓度、温度和湿度进行有效、可靠地检测而设计。
1.2中国外发展情况
1.2.1国外发展现实状况
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。伴随计算机技术进步和智能控制理论发展，近百年来，温室大棚作为设施农业关键组成部分，其自动控制和管理技术不停得以提升，在世界各地全部得到了长足发展。
尤其是二十世纪70年代电子技术迅猛发展和微型计算机出现，更使温室大棚环境控制技术产生了革命性改变。80年代，伴随微型计算机日新月异进步和价格大幅度下降，和对温室控制要求提升，以微机为关键温室综合环境控制系统，在欧美得到了长足发展，并迈入了网络化，智能化阶段。现在，国外现代化温室内部设施己经发展到比较完备程度，并形成了一定标准。
温室内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，如温室内外温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、营养液浓度等，由传感器检测基础上能够实现对各个实施机构自动控制，如无级调整天窗通风系统，湿帘和风扇配套降温系统，由热水锅炉或热风机组成加温系统，可定时喷灌或滴灌浇灌系统，二氧化碳施肥系统，和适适用于温室作业农业机械等。计算机对这些系统控制己经不是简单、独立、静态直接数字控制，而是基于环境模型上监督控制，和基于教授系统上人工智能控制，部分国家在实现自动化基础上正在向着完全自动化、无人化方向发展。
1.2.2中国发展现实状况 
中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、节能日光温室为主设施农业，促进了农村经济发展和缓解了蔬菜季节性短缺矛盾。和此同时，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试验研究。引进温室和中国传统温室比较，其空间大，便于进行机械作业，生产率和资源利用率比较高，为中国温室发展提供了借鉴作用。但这些温室也存在着很多不足之处，关键表现在： 
1.价格昂贵，中国农业生产现在难以接收。 
2.缺乏和中国气候特点相适应温室测控软件。现在中国引进温室测控系统大多投资大、运行费用过高，而且测控系统中所侧重考虑环境参数和中国气候特点存在矛盾。 
3.控制方法比较简单，软件实现模式固定，不能进行功效扩展。 
随即在中国出现了部分国外仿造产品，但均没有面向中国广大农村现有1000万亩传统温室改造工程。所以，传统方法，大家关键还是采取温度计、湿度计来采集温度值和湿度值，经过人工操作加热、加湿、通风和降温来控制温湿度。所以，以上产品推广使用价值仍然不大。  
总体上说，中国自行开发温室测控系统其技术水平和调控能力和发达国家还有一定差距。而中国综合环境测控技术研究刚刚起步，现在仍然停留在研究单个或少许环境因子调控技术阶段，而实际上，温室内光照度、温度、湿度、二氧化碳浓度等环境原因，全部是在相互影响、相互制约状态中对作物生长产生影响，环境要素空间改变、时间改变全部很复杂。所以，我们应该依据中国国情研制出适合中国农业发展仪器仪表，并在农业设施中广泛推广。
1.3课题关键内容及研究意义 
为适应农业发展需要,依据以上分析存在问题，本论文设计了基于单片机二氧化碳浓度、温湿度检测系统。该系统在设计过程中充足考虑到性价比，选择价格低、性能稳定元器件，可实现对大棚内二氧化碳浓度、温湿度在线实时检测。还设计了通信系统，单片机实时监测大棚内二氧化碳浓度、温湿度，当二氧化碳浓度、温湿度超出设定上、下限时，单片机经过和温室主机进行通信来打开对应实施机构，实现对二氧化碳浓度、温湿度调控，从而使得大棚内参数在适合作物生长范围内。

2系统总体方案设计
2.1系统设计特点和设计思绪
2.1.1系统设计特点
CO2浓度测量是指从CO2传感器或其它待测设备等模拟或数字被测单元中自动采电量或非电量信号输出。现在，中国大部分地域测量CO2浓度方法有两种，一个使用有线控制方法，另一个使用无线控制方法。有线接线麻烦，且接收温度点用线固定，不能随意移动，接收参数读取不易；无线成本比有线高，在设计时较轻易。
此次设计采取有线方法测量温度，有线测量终端设备能够依据测量者需求选择位置，有线方法抗干扰能力强。大部分CO2浓度测量系统全部是采取工控机或PLC方案，价格昂贵。在系统设计过程中要充足考虑经济性，降低温室设计中多种成本，这在选择方案上含有较为深远意义，所以本设计基于STC89C52RC单片机CO2浓度测量系统。
2.1.2设计思绪
本课题设计是一个以STC89C52单片机为主控制单元，以CO2浓度传感器组成测量控制系统。
本设计关键针对空气中二氧化浓度检测采取二氧化碳浓度传感器TGS4160，TGS4160检测到二氧化碳浓度信号经过模拟变送模块后，送入A/D转化器转化为数字信号后送入单片机处理。
检测器是以单片机为关键，整个检测器系统包含主模块、数据采集和处理模块、模数转换模块、输出控制模块和显示模块等。数据采集和处理模块能够完成二氧化碳浓模拟量采集和处理，结果送数据存放器，输出控制模块关键负责显示控制。 系统总体框图图2-1所表示。

图2-1系统总体框图
2.2关键元器件选择
2.2.1传感器选择
TGS4160是日本FIGARO（弗加罗）企业生产一个固态电化学型二氧化碳传感器（CO2 sensor），该器件除含有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特征外，同时还含有耐高湿和耐低温等特点。所以可广泛用于自动通风换气系统或CO2气体长久监测等应用场所。
1. 二氧化碳传感器TGS4160概述
GS4160二氧化碳传感器是FIGARO（弗加罗）企业生产固态电化学型气体敏感元件。这种二氧化碳传感器除含有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特点外，同时还含有耐高湿低温特征可广泛用于自动通风换气系统或是CO2气体长久监测等应用场所。不过，因为TGS4160预热时间较长（通常为２小时），所以，该器件比较适合于在室温下长时间通电连续工作。另外，为了方便用户使用，FI-GARO企业还专门设计了带温度赔偿传感器处理模块ＡＭ－４。该模块采取微处理器进行控制，CO2气体浓度输出信号电平为0.0～3.0Ｖ，相当于0～3000ppm浓度，并有中继转接控制口，可输出高、低两种门限信号以供外接控制使用。TGS4160传感器关键技术参数以下：
•测量范围：0～5000pm；
•使用寿命：天；
•加热器电压：5.0±0.2ＶＤＣ；
•加热器电流：250ｍＡ；
•加热器功耗：1.25Ｗ；
•内部热敏电阻（赔偿用）：100ｋΩ±5％；
•使用温度：-10～＋50℃；
•使用湿度５～９５％ＲＨ。
2. 二氧化碳传感器内部结构
TGS4160二氧化碳传感器是一个内含热敏电阻混合式二氧化碳敏感元件。该元件在两个电极之间充有阳离子固体电解质。它阴极由锂碳酸盐和镀金材料制成，而阳极只是镀金材料。该敏感元件基衬是用对苯二酯聚乙烯和玻璃纤维加固，然后采取不锈钢网做圆柱型封装。元件内层采取100目双层不锈钢网套在镀镍铜环上，并用高强度树脂粘合剂和基衬固定在一起。其外层顶盖上又罩上了一层60目标不锈钢网。为了达成降低干扰气体影响目标，TGS4160在内外两层不锈钢网之间还填充有吸附材料（沸石）。传感器6个引脚经过0.1mm箔导线和内部相连。TGS4160内部等效结构图图2-2所表示。
阳极和传感器第3脚S(+)相连，阴极和传感器第4脚S(-)相连，Pt加热器和传感器第1，6脚相连，内部热敏电阻和传感器第2，5脚相连。内部热敏电阻作用是经过该电阻探测环境温度，方便对该传感器进行温度赔偿，从而使校正后测量值愈加正确。

图2-2 TGS4160等效内部结构
2.2.2单片机选择
通常情况下，控制器选择需要遵照以下多个标准：
1．控制器基础性能参数是否满足设计需求。比如控制器指令实施速度I/0口引脚数量、程序存放器(ROM、RAM)容量及是否支持外部扩展、UART或SPI口数量、中止处理系统等是否满足设计要求。
2．控制器工作电压及工作温度是否满足现场环境要求。
3．开发成本是否相对经济性。当基础性能参数全部满足后就要综合考虑开发成本问题，开发周期长短也对可移植性提出一定要求，最终还需考虑到系统是否轻易维护等问题。
单片机作为系统关键部件它选择对整个系统起着很关键作用。现在较为广泛应用单片机有51系列8位、面向大数字信号处理领域数字信号处理器(DSP)、增强型16位单片机机和32位AR芯片这多个。
ARM芯片优点是体积小、功耗低、功效广泛和性能高特点，它关键应用在比较简单小型场所。
方案一：采取89C51，其内部有4KB存放器，编码后以并行方法传输数据。它优点是方便实现，软件开销小。
方案二：采取8051，其内部无片内程序存放器，所以，必需在片外扩展EPROM。综合分析，采取方案一以比较方便。
2.2.3显示模块
现在关键显示器有LCD和LED两种，LCD和LED是指液晶电视背光技术两个发展阶段，也是现在市场关键两种液晶电视背光技术。但不管哪种背光技术，液晶本身原理全部相同。液晶本身不发光，需要用背光照亮。这种照亮技术就分为LCD和LED。LED技术相比LCD更优异，整体视觉效果愈加好，更节能，当然价格会更高部分。
相比较而言，LED作为背光源能使显示器愈加轻薄，显色效果会愈加好。另外较为关键问题是，LCD电视采取冷阴极荧光管，因为含有水银，所以也被认为对环境有较大损坏。而LED液晶电视使用使发光二极管，不存在水银问题。
1、LED和LCD功耗比大约为1:10，LED更节能。
2、LED拥有更高刷新速率，在视频方面有愈加好性能表现。
3、LED提供宽达160°视角，能够显示多种文字、数字、彩色图像及动画信息，能够播放电视、录像、VCD、DVD等彩色视频信号。
4、LED显示器单个元素反应速度是LCD液晶屏1000倍，在强光下也能够照看不误，而且适应零下40度低温。
总而言之选择LED作为此次设计显示器，含有较高显示清楚度，是使测量结果别估计以愈加轻易控制。
2.3 CO2浓度测量意义
CO2浓度测量含相关键意义，CO2对于我们人有一定要求，假如CO2浓度过高对我们将会是一个危害，对我们正常生活造成影响；不过CO2浓度对于对于职务也有一定影响，不一样植物对CO2浓度需求也是不一样，植物进行光合作用吸收CO2 ，释放氧气过程和CO2浓度有着亲密联络，针对不一样植物需要维持不一样浓度二氧化碳。所以测量空气中二氧化碳浓度有着极其关键作用。

3.系统硬件设计
3.1电源模块设计
图3-1为系统电源电路。整个系统3.7V电池经过升压到5V供电，S1为电源开关，控制系统电源通断，D1为发光二极管，利用发光二极管特征即含有单向导通性，预防电源接反，还能够作为电源指示灯。1K电阻为限流电阻或稳流电阻，确保系统正常工作。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路电源。

图 3-1 电源电路
3.2单片机
3.2.1 AT89C51单片机介绍
芯片AT89C51是Atmel企业生产低电压、高性能CMOS单片机，片内含有4k bytes可反复擦写只读程序存放器(PEROM)和128bytes随即存取数字存放器(RAM)，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存放单元，功效强大AT89C51单片机性价比高，可灵活应用于多种领域。
AT89C51关键性能参数以下：
·和MCS-51产品指令系统完全兼容
·4k字节可重擦写Flash闪速存放器
·1000次擦写周期
·全静态操作：0Hz-24MHz
·三级加密程序存放器
·128*8字节内部RAM
·32个可编程I/O接口
·2个16位定时/计数器
·6个中止源
·可编程串行UART通道
·低功耗空闲和掉电模式
·低工作电压5V
AT89C51单片机引脚图图3-2所表示。

图3-2 单片机引脚图
3.2.2最小系统设计
AT89C51提供以下标准功效：4k字节Flash闪速存放器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中止结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器立即钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两个软件可选节电工作模式。空闲方法停止CPU工作，但许可RAM，定时/计数器，串行通信口及中止系统继续工作。掉电方法保留RAM中内容，但振荡器停止工作并严禁其它全部不见工作直到下一个硬件复位。
单片机最小系统有两种，一个是上电复位，另一个是下拉复位。单片机最小系统,或称为最小应用系统,是指用最少元件组成单片机能够工作系统，对51系列单片机来说,最小系统通常应该包含:单片机、晶振电路、复位电路。图3-3所表示。

图3-3 最小系统图
1.AT89C51时钟振荡器
AT89C51中有一个用于组成内部振荡器高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是放大器输入端和输出端，这个放大器和作为反馈元件篇外石英晶体或陶瓷谐振器一起组成自激振荡器，振荡电路图3-4所表示：

图3-4内部震荡电路
外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容接在放大器反馈回路中组成并联振荡电路，对外接电容即使没有十分严格要求，不过电容容量大小会轻微影响振荡频率高低、振荡器工作稳定性、起振难易程度及温度稳定性，假如使用石英晶体，电容使用30Pf，如使用陶瓷振荡器电容使用40pF。
电路也能够使用外部时钟。采取外部时钟电路图1.1右所表示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器输入端，引脚XTAL2则悬空。
因为外部时钟信号是经过一个2分频触发器后作为内部时钟信号，所以对外部时钟信号占空比没有特殊要求，不过最小高电平连续时间和最大电平连续时间应符合产品技术条件要求。
2.AT89C51复位电路
复位作用是使程序自动从0000H开始实施，所以我们只要在AT89C51单片机RST端加上一个高电平信号，并连续10ms以上即可，RST端接有一个上电复位电路，它是由一个小电容和一个接地电阻组成。按键复位电路另外采取一个按钮来给RST端加上高电平信号。
本设计采取放电型进行人工复位电路，图3-5按键复位电路，上电时C3经过R2充电，维持宽度大于10ms正脉冲，就能够完成复位操作。当C3结束充电后，RST端出现低电平，这是CPU将正常工作。
在此次设计中假如需要按键进行复位，就按下按钮BUTTON3，C3经过BUTTON3和R2放电，RST端电位将会上升到高电平，从而实现人工复位，BUTTON3松开后C3重新充电，当结束充电后，CPU将会重新工作。下图中，R2是限流电阻，阻值不能够过大，不然不能起到复位作用。

图3-5复位电路
3.3 CO2检测电路设计
TGS4160在温度为20℃±2℃、湿度为65±5％RH、加热电压为5.0±0.05V、预热时间为7天或大于7天条件下，测得传感器在浓度为350ppm中EMF值是220～490mV，而ΔEMF在350～3500ppmCO2浓度中值是44～72mV，所以在实际测量应用电路中，要依据传感器特点要求，除使用高输入阻抗（≥100GΩ）、低偏置电流（≤1pA）运算放大器外，还要对测得信号进行处理。处理该信号选择使用费加罗（FIGARO）企业FIC98646专用处理器模块,AM-4模块。

图3-6二氧化碳浓度检测电路

AM-4二氧化碳传感器模块，则可直接应用于二氧化碳气体监测。该模块内部带有A/D转换器，并已对数据进行了采样并作了处理。它输出电压信号和二氧化碳浓度值呈线性关系，输出电压信号为0～3.0V，相当于0～3000ppm二氧化碳浓度。AM-4模块输出电压为0～3V，需要经过放大处理变为0～5V传送给A/D转化器，才能为单片机传送更为正确数字信号。图3-6所表示。
3.4报警电路设计
若CO2浓度参数超标时，则开启声光报警电路，同时单片机经过控制固态继电器来打开对应实施机构，工作人员也能够依据此情况来查看对应区域或采取对应方法。
3.4.1报警电路介绍
报警电路中光报警采取发光二极管，声报警采取蜂鸣器来设计，采取两个引脚控制。其中，蜂鸣器电路中，9013三极管起开关作用，输出高电平时，管脚输出电压VOH=VCC-0.25V=3.05V，输出电流I=-1mA，经过2K限流电阻R分压后，抵达9013基极电压为1.05V，使得三极管发射结正偏，集电结反偏，晶体管导通，蜂鸣器上电而产生报警声。对和发光二极管，必需采取限流电阻，不然会是二极管电流过大而烧坏。当单片机P1.3和P1.4同时置高时，即可实现声光报警。其硬件电路图3-7所表示。

图3-7 报警电路
3.5显示模块设计
在单片机系统中，通常数据显示终端有两大类：一是采取LED数码管显示，二是采取LCD显示。LED显示亮度高，但每只数码管只显示一位字符，显示数据位数多时就需要较多数码管。
显示电路采取了7段共阴数码管扫描电路，节省了单片机输出端口，便于程序编写。显示电路图3-8所表示。

图 3-8 LED显示电路
3.6 A/D转换电路设计
AD7705 是十六位分辨率A/D 转换器，两通道全差分模拟输入，使用+5V 单电源,关键应用于低频测量。它利用了Σ-△转换技术实现了16位无误码数据输出,三线数字接口，能够经过串行输入接口，由软件配置芯片增益值、输入信号极性和数据更新速率，很灵活方便。
3.6.1 AD7705 介绍
AD7705二全差分输入通道ADC ,十六位无丢失代码，0.003 %非线性；可编程增益：1～128 ；三线串行接口；含有模拟输入端缓冲器；工作电压： 2.7～3.3V或4.75～5. 25V；低功耗，3V 电压时, 最大功耗为1mW；等候电流最大值为8μA； 16 脚DIP、SOIC和TSSOP 封装。
引脚功效以下：
1.SCLK：串行时钟输入。将一个外部串行时钟加于这一输入端口，以访问 TM7705 串V行数据；
2.MCLK IN：为转换器提供主时钟信号。能以晶振或外部时钟形式提供。晶振能够接在MCLK IN 和MCLK OUT 二引脚之间。另外，MCLK IN 也可用CMOS 兼容时钟驱动，而MCLK OUT 不连接。时钟频率范围为500kHz～5MHz；
3.MCLK OUT：当主时钟为晶振时，晶振在MCLK IN 和MCLK OUT之间。假如在MCLK IN 引脚处接上一个外部时钟，MCLK OUT 将提供一个反相时钟信号。这个时钟能够用来为外部电路提供时钟源，且能够驱动一个CMOS负载。假如用户不需要，MCLK OUT 能够经过时钟寄存器中CLK DIS 位关掉。这么，器件不会在MCLK OUT 脚上驱动电容负载而消耗无须要功率；
4.CS：片选，低电平有效逻辑输入，选择TM7705。将该引脚接为低电平，TM7705 能以三线接口模式运行(以SCLK、DIN 和DOUT 和器件接口)；
5.RESET：复位输入。低电平有效输入，将器件控制逻辑、接口逻辑、校准系数、数字滤波器和模拟调制器复位至上电状态；
6.AIN2(+)：差分模拟输入通道2 正输入端；
7.AIN1(+)：差分模拟输入通道1 正输入端；
8.AIN1(-)：差分模拟输入通道1 负输入端；
9.REF IN(+)：差分基准输入正输入端。基准输入是差分，并要求REF IN(+)必需大于REF IN(-)。REFIN(+)能够取VDD 和GND 之间任何值；
10.REF IN(-)：差分基准输入负输入端。REF IN(-)能够取VDD 和GND 之间任何值，且满足REF IN(+)大于REF IN(-)；
11.AIN2(-)：差分模拟输入通道2 负输入端；
12.DRDY：DRDY逻辑低电平表示可从TM7705 数据寄存器获取新输出字，完成对一个完全输出字读操作后，DRDY 引脚立即回到高电平；
13.DOUT：串行数据输出端。从片内输出移位寄存器读出串行数据由此端输出；
14.DIN：串行数据输入端。向片内输入移位寄存器写入串行数据由此输入；
15.VDD：电源电压，+2.7V～+5.25V；
16.GND：内部电路地电位基准点。

图3-9 AD7705和单片机接口电路
3.6.2 A/D转换电路
AD7705 串行接口包含5 个信号：即CS 、SCLK、DIN 、DOUT 和DRDY 。DIN线用来向片内寄存器传输数据，而DOUT 线用来访问寄存器里数据。SCLK 是串行时钟输入，全部数据传输全部和SCLK 信号相关。DRDY 线作为状态信号，以提醒数据什么时候已准备好从寄存器读数据。
在通常简单系统中,常常只有1 片AD7705 或其它共用口线器件,故CS- 通常接低电平,节省了单片机输出输入控制线,这么就能够配置成三线连接方法。三线连接方法下决定数据寄存器是否被更新也即是确定数据寄存器是否能够被读,只有经过查询通信寄存器DRDY- 位来判定,这种做法代价是时间开销较多,它并不适适用于实时性要求比较强系统。比很好措施是监控硬件DRDY- 引脚状态,以决定数据寄存器是否被更新,硬件DRDY- 引脚输出和通信寄存器DRDY- 位同时,DRDY- 引脚一旦变成低电平,表明数据寄存器数据已经更新,能够读取。所以DRDY- 输出引脚接至CPU INT0 或INT1 就能够实现中止或查询方法监控。但不管是查询方法还是中止方法,全部需要增加一根数据线。图3-10所表示。

图3-10 A/D转换电路

4.系统软件设计
常见单片机程序设计语言有两种：汇编语言和C语言，汇编语言是一个用汇编指令表示程序设计语言，它指令跟计算机机器语言指令一一对应，能控制计算机硬件系统，程序效率高，占用内存小。缺点是属初级语言，需要相关硬件结构情况下学习编程，编程难，移植性差。
C语言是一个结构化程序设计语言，兼有高级语言和初级语言部分特点。含有丰富可调用函数库，可免去很多反复设计。所以现在C语言在单片机软件开发中占有相对优势。
本系统采取C语言来进行单片机程序设计和开发，整个程序由主程序和若干功效程序组成。
4.1系统总步骤图
主程序是整个程序专题结构，负责整个系统各模块相互关系和次序。系统总步骤图图4-1所表示，首先给系统上电以后，初始化系统，初始化包含初始化二氧化碳传感器、单片机、LED，整个系统软件由以上部分组成。

图4-1系统总步骤图
4.2 A/D转换步骤图
首先，设置ADC0809选择和读取信号，使模拟二氧化碳浓度信号进行A/D转化，在等候转化完成后，调用储存程序。储存子程序关键是把之前所存放浓度值存入后一位寄存器中，方便按键调用显示。最终，把读取数字信号经行处理，转化为对应十进制二氧化碳浓度值，存入对应寄存器中。具体步骤图4-2所表示。

图4-2 A/D转换步骤图
4.3测CO2子程序步骤图
此次设计以测量CO2浓度，故测量到CO2浓度正确度是此次设计关键原因，需要测量到正确地CO2浓度数值就必需有一个严谨步骤图，CO2浓度测量步骤图图4-3所表示。

图4-3 CO2浓度测量步骤图

5.总结
此次课程设计关键研究基于单片机CO2浓度检测系统设计过程，在本课程设计过程中，硬件方面关键是二氧化碳浓度检测电路和控制电路，和显示电路设计；软件方面关键是对二氧化碳浓度采集、显示和多个控制形式程序设计等。
此次设计经过有线通信进行CO2浓度检测、显示和处理。整个系统关键包含CO2浓度检测采集终端和显示。CO2浓度检测采集终端又包含CO2浓度检测传感器TGS4160AT89C51单片机和LED显示三部分。
本设计即使已经完成，不过因为时间和能力方面限制，仍然存在着需要改善地方。系统即使能够应用到检测空气中CO2浓度，但对一些要求较高场所可能会有精度和设计不足问题。 

致谢
在此，我衷心地感谢全部在我做课程设计期间帮助过我人。首先我要感谢我指导老师大力指导，为我在完成课程设计过程中提供了很多指导性意见，使我受益匪浅。在此，我衷心感谢老师们给我帮助和教育。 
另外，还要衷心感谢在我完成毕业设计过程提供过帮助同学，她们帮助对我完成对课题了解和论文撰写，起到了很大作用。
这次论文从选题、试验到最终完成，每一步全部是在老师精心安排和悉心指导下完成，倾注了老师大量心血。她渊博学识，丰富经验，严谨治学态度，事业上主动进取精神对我影响深远。在此，谨向曾萱老师表示高尚敬意和衷心感谢！谢谢老师在我撰写论文过程中给我极大地帮助。
同时，论文顺利完成，也离不开同组其它同学关心和帮助，在此对她们表示衷心感谢。在整个论文创作中，各位老师、同学和好友给我提供了宝贵提议和意见，使得论文顺利完成。

参考文件
1．刘雨棣，雷新奇. 计算机控制技术[M]. 西安交通大学出版社. 11月
2. 林敏. 计算机控制技术及工程应用[M].国防工业出版社. 6月
3．李建忠.单片机原理及应用.西安电子科技大学出版社，
4．杨居义.单片机课程设计指导.清华大学出版社,
5.张福学著.传感器应用及其电路精选.电子工业出版社.1992.7
6.高光天．传感器和信号调理器件应用技术[M]．北京：科学技术出版社，，84-85

附录
检测主程序
#include <AT89X52.H> //调用外函数//
#include <ctype.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <LED.h> /**********初始化CPU************[2]/
void init_cpu() //初始化cpu
{ EA=1;
TR0=1;
TR1=1;
TMOD=0x11;
TH1=0x3c;
TL1=0xb0;
}
/*void time1(void) interrupt 3 using 1
{
TH1=(65536-50000)/256;
TL1=(65536-50000)%256;
keyval=P1;
} //初始化CPU结束//
void main_menu_initial() //LED主菜单初始化.//
{
main1_menu[0].display=measurearray; //定义一个”开始测量“数组//
main1_menu[0].subs=NULL;
main1_menu[0].children_menus=measure_menu; main1_menu[0].parent_menus=NULL;
}
void measure_menu_initial() //“开始测量”菜单设置//
{
measure_menu[0].menu_count=2;
measure_menu[0].display=qr; //开始测量函数, 确定.
measure_menu[0].subs=start_measure_function; //开始测量函数
measure_menu[0].children_menus=NULL;
measure_menu[0].parent_menus=main1_menu;
measure_menu[1].menu_count=2;
measure_menu[1].display=qx; measure_menu[1].subs=NULL;
measure_menu[1].children_menus=NULL;
measure_menu[1].parent_menus=main1_menu;
}
//还有void store_me