专利名称：一种具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置的制作方法
技术领域：
一种具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种传感装置，具体涉及一种具有自动补偿功能的电化学式二氧 化碳浓度检测装置，属于电子传感技术领域。
背景技术：
[0002]二氧化碳浓度检测装置主要应用于空调二氧化碳浓度调节装置中。二氧化碳浓度 调节装置一般包括封闭空间内空气收集模块、二氧化碳浓度检测装置、比较模块以及空气 引入模块。二氧化碳浓度调节装置应用于空调系统以供调节封闭的空调空间中的二氧化碳 浓度，能够自动记录以及调整封闭空间的二氧化碳浓度，使整个封闭空间的二氧化碳浓度 大致保持在一个预定值，不会因封闭空间内累计二氧化碳过多而导致呼吸困难。[0003]二氧化碳浓度检测装置是该浓度调节装置的核心部分，该装置具体又包括二氧 化碳传感器、微控制处理器、浓度信号输出单元。主要完成环境二氧化碳浓度的检测。[0004]目前二氧化碳浓度检测装置一般采用红外线二氧化碳传感器，存在如下不足之 处[0005]1.传感器成本较高，模块体积较大，安装不方便；[0006]2.另外现有的二氧化碳浓度检测装置的浓度信号方式比较单一，一般为0 5V模 拟电压的输出方式；[0007]3.为降低成本，采用低性能的微控制处理器，用作数模转换的定时器精度不高，影 响模拟电压的输出精度。实用新型内容[0008]本实用新型为目的在于，提供一种低成本、高精度、输出形式多样、结构简单的二 氧化碳浓度检测装置。[0009]本实用新型的技术方案一种具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置，其特 征在于它包括单片机，单片机分别与传感器电路部分、信号指示灯模块、D/A转换模块、二 次电源模块和用户接口模块相连；D/A转换模块与V/I转换模块相连；用户接口模块还与 D/A转换模块和V/I转换模块相连。[0010]前述的具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置中，所述单片机内包括CPU处 理器，CPU处理器分别与A/D转换模块、看门狗定时器、定时器、GPIO模块、信息FLASH存储 器和串行通讯模块相连；[0011]前述的具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置中，所述传感器电路部分与单 片机内的A/D转换模块和看门狗定时器相连，单片机内的GPIO模块与信号指示灯模块相 连，定时器与D/A转换模块相连，二次电源模块和用户接口模块相连，串行通讯模块与用户 接口模块相连。[0012]前述的具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置中，所述单片机为美国德州仪 器公司生产的16位超低功耗单片机MSP430GX。[0013]前述的具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置中，V/I转换模块为美国德州仪器公司生产的恒流输出芯片XTRlll及其外围电路；输出变化范围为4 20mA。前述的具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置中，所述的16位超低功耗单 片机 MSP430GX 中的 X 是指 2231，2131，2221 或 2121。与现有技术相比，本实用新型内部信息FLASH存储器保存有正常气体中二氧化碳 成分的浓度值；因为传感器本身使用年限增加，受化学成分老化等因数影响，采集得到的浓 度值会有一个线性偏差。在测量发生偏差时，将本实用新型放在正常空气中一段时间后，本 实用新型把这个浓度值记录到内部信息段FLASH存储器中，使线性曲线整体调整，从而实 现自动补偿功能。且本实用新型可实现3种不同方式的输出0 5V模拟电压量，4 20mA 恒定电流量，串行通讯方式输出数字量。用户可根据空调系统实际条件选择一种输出方式。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型实施例传感器部分电路图。图3是本实用新型实施例PWM转模拟电压输出部分电路图。附图中的标记1_传感器电路部分，2-二次电源模块，3-用户接口，4-V/I转换模 士夬，5-D/A转换模块，6-信号指示灯模块，7-CPU处理器，8-A/D转换模块，9-看门狗定时器， 10-串行通讯模块，11-内部信息FLASH存储器，12-定时器，13-GPI0模块，14-单片机。
具体实施方式
参见图1。一种具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置，其特征在于它包括 传感器电路部分1、A/D转换模块8、CPU处理器7、定时器12、看门狗定时器9、内部信息 FLASH存储器11、串行通讯模块10、GPIO模块13、信号指示灯模块6、D/A转换模块5、V/I 转换模块4、二次电源模块2和用户接口 3。其中A/D转换模块8、CPU处理器7、定时器12、 看门狗定时器9、内部信息FLASH存储器11、串行通讯模块10、GPIO模块13集成于一个单 片机14内。传感器电路部分1与A/D转换模块8相连，A/D转换模块8与CPU处理器7相连， CPU处理器7分别与看门狗定时器9、定时器12、GPIO模块13、信息FLASH存储器11、串行 通讯模块10相连。GPIO模块13与信号指示灯模块6相连，定时器12与D/A转换模块5相 连，D/A转换模块5与V/I转换模块4相连，用户接口模块3分别和二次电源模块2，串行通 讯模块10，D/A转换模块5，V/I转换模块4相连。A/D转换电路含电压基准。所述的16位超低功耗单片机MSP430GX中的X是指2231，2131，2221，2121。参见图2，二氧化碳传感器部分电路。单片机用内部的看门狗定时器控制IO翻转， 产生一个PWM波加在Vc上，相当于35mW的功率给二氧化碳传感器内部的电阻器加热；二氧 化碳传感器内部化学成分与被测气体发生反应后，传感器输出回路电阻Rs发生变化。单片机内部的A/D模数转换模块采集到传感器输出回路电阻阻值。单片机内部的 CPU根据该电阻值计算出二氧化碳浓度。参加图3，利用单片机内部的16位定时器，可产生高精度度的PWM波，将计算得到 的二氧化碳浓度对应PWM的占空比输出，通过一个二阶RC滤波电路，得到模拟电压，这个电压大小由PWM的占空比决定。但是得到的这个电压没有驱动能力，所以在后级加入一个运 放作为电压跟随器，提高电压输出的驱动能力。[0026]V/I转换模块4为美国德州仪器公司生产的恒流输出芯片XTRlll及其外围电路。 电压量输入，电流量输出，输出变化范围为4-20mA。[0027]工作原理参见图2，单片机内部的看门狗定时器定时控制IO 口，产生8ms周期的 PWM波VH，加载到二氧化碳传感器内部加热电阻RH上，从而给二氧化碳传感器内部的化学 成分加热，该化学成分与空气中的二氧化碳化生反应，根据空气中的二氧化碳浓度的不同， 致使RS有不用的阻值；在二氧化碳传感器输出端接有上拉电阻，上拉到系统的VCC上，根据 RS阻值不同，从而VCC分压后，输出的电压也不同。[0028]单片机内部的模数转换模块采集到传感器输出的电压，计算得到回路电阻阻值。 单片机内部的CPU处理器经过一系列算法处理，计算得到被测气体二氧化碳的浓度值。单 片机将浓度值输出给D/A转换模块，然后D/A向用户接口输出浓度值对应的模拟电压量；同 时D/A转换模块将模拟电压量输出给V/I转换模块，然后V/I转换模块向用户接口输出浓 度值对应的恒定电流量。同时用户接口通过串行通讯模块可以将浓度值的数字量读出。本 实用新型可实现3种不同方式的输出0 5V模拟电压量，4 20mA恒定电流量，串行通讯 方式输出数字量。用户可根据空调系统实际条件选择一种输出方式。
权利要求1.一种具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置，其特征在于它包括单片机 (14)，单片机(14)分别与传感器电路部分(1)、信号指示灯模块(6)、D/A转换模块(5)、二 次电源模块⑵和用户接口模块⑶相连；D/A转换模块(5)与V/I转换模块(4)相连；用 户接口模块⑶还与D/A转换模块(5)和V/I转换模块(4)相连。
2.根据权利要求1所述的具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置，其特征在于 所述单片机(14)内包括CPU处理器(7)，CPU处理器(7)分别与A/D转换模块(8)、看门狗 定时器(9)、定时器(12)、GPI0模块(13)、信息FLASH存储器(11)和串行通讯模块(10)相 连；
3.根据权利要求2所述的具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置，其特征在于 所述传感器电路部分(1)与单片机(14)内的A/D转换模块(8)和看门狗定时器(9)相连， 单片机(14)内的GPIO模块(13)与信号指示灯模块(6)相连，定时器(12)与D/A转换模 块(5)相连，二次电源模块(2)和用户接口模块(3)相连，串行通讯模块(10)与用户接口 模块⑶相连。
4.根据权利要求1、2或3所述的具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置，其特征 在于所述单片机(14)为美国德州仪器公司生产的16位超低功耗单片机MSP430GX。
5.根据权利要求1、2或3所述的具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置，其特征 在于:V/I转换模块⑷为美国德州仪器公司生产的恒流输出芯片XTRlll及其外围电路； 输出变化范围为4 20mA。
6.根据权利要求4所述的具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置，其特征在于 所述的16位超低功耗单片机MSP430GX中的X是指2231，2131，2221或2121。
专利摘要一种具有自动补偿功能的二氧化碳浓度检测装置，其特征在于它包括单片机(14)，单片机(14)分别与传感器电路部分(1)、信号指示灯模块(6)、D/A转换模块(5)、二次电源模块(2)和用户接口模块(3)相连；D/A转换模块(5)与V/I转换模块(4)相连；用户接口模块(3)还与D/A转换模块(5)和V/I转换模块(4)相连。本实用新型是一种低成本、高精度、输出形式多样、结构简单的二氧化碳浓度检测装置。
文档编号G01N27/12GK201819896SQ201020565010
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者任迪明, 梁源, 郝强 申请人:利尔达科技有限公司