基于Atmega16L的多功能室内环境监测仪

　　0　引言

　　该仪器主要用于室内环境中温湿度、CO、CO2、HC、甲醛的监测和显示,并且当气体浓度超限时报警。系统主要功能如下:参数设置:可设置气体浓度超标报警的限值;数据采集:准确监测周围环境中CO、CO2、HC、甲醛的含量并存储;显示数据:LCD显示数据;超限报警:通过声光对CO、CO2、HC、甲醛含量超限报警。

　　1　系统硬件设计

　　该系统硬件总体结构如图1所示,采用以Atmega16L为控制核心、该芯片内嵌16K字节的系统内可编程FLASH, 512字节的EEPROM和1K字节的片内SRAM; 32个可编程I/O口;具有2·7~5·5 V宽的工作电压[2]。由甲醛传感器、气体传感器阵列、温湿度传感器、输入输出、数据存储和报警等功能模块构成。

　　1. 1　系统电源电路设计

　　系统由220 V交流电或锂离子电池经过一定处理为At-mega16L控制器、温湿度传感器DHT11、运算放大器LT1077、模数转换芯片AD7689、模数转换驱动芯片ADA484和红外光源　　IRL715提供稳定的3·3 V电压。220 V交流供电工作过程如下: 220 V交流电压经过整流电路、滤波电路、稳压后得到5 V电压,然后经过D2送到ADP2503稳压输出3·3 V直流电压。锂电供电工作过程:锂电池电压通过D3送到ADP2503升压或降压为3. 3 V输出。其原理图如图2所示。

　　1. 2　温湿度模块设计

　　温湿度传感器采用DHT11,Atmega16L与DHT11之间采用单总线(1-wire)进行通讯,其与Atmega16L接口如图3所示。数据传输格式: 8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和,一次完整的数据通讯约4 ms.

　　通讯过程如图4所示,总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18 ms,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送80μs低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20~40μs后,读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可,总线由上拉电阻拉高。

1. 3　CO、CO2和HC测量模块

　　该测量模块采用的检测技术是红外传感器的差分吸收检测技术。该技术的工作原理是:光源发出的光束被分成2类信息,一类是光线被待测气体吸收后的信息,称信号信息;另一类是未被待测气体吸收的信息,称参考信息。光源的不稳定以及光电器件的时漂、温漂对两类信息的影响相同,故信号与参考信号信息之比是气体浓度的函数,且结果比较准确。文中采用的是双波长差分检测法,该技术的空间双光束结构原理如图5所示。IRL715红外光源发出的红外光穿过CO、CO2和HC气体后到达TPS4339四通道热电堆红外探测器,将检测得到的光信号转换成可以检测的电压信号。