1、引言
大氣中過多的二氧化碳（co2）不僅對人類賴依生存的地球造成威脅，同時公共場合由人體呼吸排出的大量二氧化碳?xì)怏w也容易導(dǎo)致人們疲勞、注意力不集中、頭痛等癥狀。因此，在醫(yī)院、學(xué)校等人口密集的環(huán)境中設(shè)置co2監(jiān)控設(shè)備可以有效地監(jiān)測和改善空氣質(zhì)量。為人們提供更好的生活環(huán)境。zui常用的co2濃度測試方法是非色散紅外吸收法（ndir法）。這種方法利用co2有選擇性的吸收4．26μm紅外線的特性，根據(jù)朗伯比爾定律可測試co2氣體濃度，但該方法有一個明顯缺點(diǎn)，即在co2濃度較低的地方測試時，需要較長的光路通過氣體（氣室長度）以獲取良好的吸收效應(yīng)，既意味著需要使用體積較大且具有精密光學(xué)器件的設(shè)備，與這些昂貴的設(shè)備相比，利用半導(dǎo)體co2傳感器測試co2濃度，具有設(shè)備體積小，成本低、壽命長等特點(diǎn)。提出一種基于cdm416l型co2濃度測試模塊以及attiny26單片機(jī)的co2濃度測試與自動通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計方法。
2、cdm4161簡介
有別于固態(tài)或者液態(tài)電解質(zhì)氣體傳感器，半導(dǎo)體氣體傳感器是利用半導(dǎo)體材料的各種化學(xué)特性將空氣中含有的特定氣體（即待測氣體）以適當(dāng)?shù)碾娦盘枡z測或定量的器件。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、響應(yīng)速度快、體積小、壽命長、便于集成化、智能化，能使檢測轉(zhuǎn)換一體化。世界上zui先實現(xiàn)半導(dǎo)體氣體傳感器商品化的是日本費(fèi)加羅公司發(fā)明的tgs系列半導(dǎo)體氣體傳感器。cdm4161是費(fèi)加羅公司生產(chǎn)的一種co2氣體濃度測試模塊，其內(nèi)部集成了tgs4161co2氣體傳感器以及picl6lf88單片機(jī)，cdm4161對空氣中co2氣體濃度的測量范圍為400～4000ppm，并且在空氣中對co2氣體有高選擇性．而對一氧化碳和甲烷等氣體不敏感，cdm4161內(nèi)部集成的單片機(jī)可對傳感器采集到的信號處理和自動校準(zhǔn)，以使其輸出的電平值與co2氣體的濃度保持良好的線性關(guān)系。cdm4161對外提供5個引腳，其引腳的功能描述如表1所示。
工作時cdm4161引腳l接+5v電源，引腳2輸出電壓范圍0．4-4v。相當(dāng)于co2氣體濃度范嗣為400～4000ppm。該模塊允許用戶通過跳線設(shè)置4檔極限值，當(dāng)監(jiān)測到的co2濃度高于設(shè)定值時。引腳3輸出高電平以驅(qū)動外部通風(fēng)設(shè)備，反之監(jiān)測到的co2濃度由高轉(zhuǎn)低，且低于某一門限值時，引腳3輸出電平也由高變低關(guān)閉外圍控制設(shè)備，cdm4161板上跳線與所設(shè)定極限值以及引腳3輸出電位的變化關(guān)系如表2所示。引腳4在傳感器故障時輸出低電位，可通過該引腳連接蜂鳴器．以及時監(jiān)測cdm4161工作狀態(tài)。cdm4161模塊有3個工作狀態(tài)指示燈，當(dāng)模塊上電時cdm4161需要預(yù)熱2h，比時板上綠燈閃爍，而后進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，綠燈常亮。當(dāng)引腳3輸出高電位時，紅燈閃爍，當(dāng)模塊內(nèi)部傳感器故障時黃燈閃爍。
3、系統(tǒng)硬件設(shè)計
圖l中ji與attiny26相連用于在線程序更新。attiny26是atmel公司開發(fā)的低功耗、高性能的8位單片機(jī)，內(nèi)部具有2kbflash程序存儲器以及11個10位a/d轉(zhuǎn)換器單端通道，由attiny26單片機(jī)與cdm4161構(gòu)成的co2濃度測試與自動通風(fēng)系統(tǒng)的電路圖如圖1所示。使用attiny26單片機(jī)端口pao引腳讀取cdm4161引腳3輸出的模擬信號，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，然后將測量結(jié)果送lcd顯示，attiny26的pa3-pa6與lcdl602液晶顯示器的數(shù)據(jù)線d4～d7相連，工作時設(shè)置lcdl602為4bit工作方式，cdm416l的引腳3與繼電器relayl相連以便在室內(nèi)co2氣體濃度過高時控制通風(fēng)設(shè)備通風(fēng)；cdm416l的引腳4與繼電器relay2相連以在cdm416l上的傳感器故障時控制告警設(shè)備發(fā)出告警信息。
4、軟件設(shè)計
二氧化碳濃度測試儀的軟件流程圖如圖2所示，程序運(yùn)行時首先初始化attiny26單片機(jī)的i／o端口以及1602液晶顯示器的初始化，然后開始從attiny26的pao引腳讀取cdm416l引腳2輸出的模擬電平，并進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，而后每隔1s再次從attiny26的pao引腳讀取cdm416l輸出的模擬電平，并進(jìn)行a／d轉(zhuǎn)換，attiny26分析a／d變換后的數(shù)值，并在1602液品顯示器上顯示cdm416l的狀態(tài)和當(dāng)前環(huán)境中co2的濃度。
5、結(jié)語
由attiny26單片機(jī)以及cdm4161構(gòu)成的二氧化碳濃度測試儀電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，非常適合在人群密集的商場、醫(yī)院、學(xué)校等地方用于監(jiān)測室內(nèi)空氣質(zhì)量，通過連接外部的通風(fēng)以及告警設(shè)備可以及時改善室內(nèi)空氣質(zhì)量并有效地監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況。