1. 研究目的与意义
随着工业的发展和含碳燃料的长期使用,大气中CO2的含量日益增多,其产生的“ 温室效应” 已经一定程度地破坏了人们的生活环境,因此对于 CO2含量进行定量的监测与控制已成为一项极具实际意义的任务。此外,对 CO2浓度进行监控对于农业生产、 医疗卫生等领域也有着重要的意义。以农业生产为例,我国塑料大棚遍及大江南北,如果能适当地控制其中的 CO2 含量,则可以促进农作物生长、 提高产量,这将获得很大的经济效益;在医疗卫生方面,世界各国都很重视对 CO2 的监测和控制,这对于减少呼吸系统疾病、提高人们的生活水平更有着无法估量的经济效益和社会效益。国内外现状分析：传统的分析方法如化学分析法、气相色谱法较多采用人工采样法。人工采样法的特点是采用人工取样的方式，抽取某一时点的样气进行分析。它的缺点是显而易见的：必须对气体进行人工取样，在实验室进行分析，其中操作者的操作技能对分析的精度有很大影响；只能单一成份地逐个进行检测分析，不具备多重输入和信号处理功能；分析费时费力，响应速度慢，效率低，难以实时地反映工况信息。连续采样法主要有红外线式、紫外线式和热导式三种测量方法。连续采样法的特点是采用不同测量方法的气体分析系统都由采样预处理系统和分析仪表两部分组成，采样探头将被测气体从烟或管道中引出并进行预处理后，连续送入仪器的气体室中，分析仪器通过不同的方法完成气体浓度的测量。现场在线测量法中以半导体激光吸收光谱技术(DLAS)最为先进和最具有代表性。DLAS技术的特点是无需采样预处理系统，分析仪器直接安装在测量现场，通过一束穿过被测气体的激光光束来实现现场在线气体分析。DLAS技术可实现多种气体如CO、CO2、O2、HF、HCl、CH4、NH3、H20、H2S、HCN、C2H2、C2H4等的自动检测，适用于钢铁、冶金、石化、环保、生化、航天等各种领域。 DLAS技术的优势在于能适应高温、高水分、高粉尘、强腐蚀性和高流速的被测气体环境，无需采样预处理系统，测量精度高，响应速度快。随着半导体激光气体分析技术的逐步成熟，相关光电元器件成本的显著下降，其性价比优势更为突出。在发达国家，半导体激光气体测量技术已逐步取代传统气体检测技术，在气体在线监测领域得到了日益广泛的应用。
2. 研究内容与预期目标
研究内容： 二氧化碳是室内空气中的主要污染物,对人类的生存环境威胁性很大，因此研究二氧化碳检测仪具有重要的实际意义。本次研究和设计由传感器和单片机组成二氧化碳检测仪的工作原理和在室内检测二氧化碳的方法，对二氧化碳气体检测仪的传感器和运算放大电路、控制电路进行研究与设计。内容分为：信号的获取电路和信号放大电路的设计，信号的处理和控制电路的设计，并由显示屏实时显示当前室内空气中二氧化碳浓度和当二氧化碳浓度超过设定阈值时报警。预期目标： 1、采用非色散式红外吸收检测原理； 2、实时显示当前空气中二氧化碳浓度； 3 、二氧化碳浓度超过设定阈值时警报；
具体指标： 1、研究用红外传感器和单片机组成检测二氧化碳的工作原理； 2、在大气条件下检测CO2的有关方法； 3 、设计二氧化碳检测仪的放大电路和浓度超标时的报警电路； 4、对放大电路和浓度超标时的报警电路进行电路仿真实验； 5、给出二氧化碳检测仪总体设计方案及系统总功能框图；
3. 研究方法与步骤
研究方法： 查阅相关资料，首先了解红外气体传感器的工作原理、非色散红外吸收检测原理、单片机工作原理。然后在设计中给出设计思路，对二氧化碳检测原理做深刻的了解，继而根据理论设计出二氧化碳测试的各硬件电路，编写相应程序，最后做出二氧化碳检测系统的总电路及电路原理框图。研究采用非色散式红外吸收检测原理来测量空气中二氧化碳的浓度。其原理是采用一个波段的红外线，波段的范围很宽，或者整个红外光谱。一般采用滤光片就可以。当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光有吸收，其吸收关系服从朗伯-比尔吸收定律。由此来检测出二氧化碳气体。
研究步骤： 1、了解红外气体传感器和单片机组成的二氧化碳检测仪的工作原理； 2、设计二氧化碳检测仪的放大电路和浓度超标时的报警电路； 3、对放大电路和浓度超标时的报警电路进行电路仿真实验； 4、画出设计电源控制模块电路，LCD显示电路，以及相应硬件接口电路； 5、设计二氧化碳检测仪中的总体电路方案及系统总功能框图；
4. 参考文献
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5. 工作计划
一、工作内容：1、学习红外传感器的工作原理；2、学习非色散式红外吸收检测原理；3、研究单片机工作原理，并选择AT系列单片机作为本设计控制中心；4、设计基于AT系列单片机的二氧化碳检测仪总体方案，画出系统总功能框图；5、设计电源控制模块电路，LCD显示电路，硬件接口电路，信号放大电路，画出电路图、说明设计思路及原理；二、工作顺序及时间安排：1月6日～1月15日 选择毕业设计课题，了解课题内容及相关技术要求；1月16日～3月6日 按任务书要求撰写并提交开题报告；3月7日～3月30日 理论基础学习及设计方案的研究；4月1日～5月5日 电路设计、电路原理框图及各应用功能的整合、完善；5月6日～5月15日 论文撰写及论文初稿完成并提交给指导老师审阅；5月16日～5月30日 论文完善及修改，第二稿交给指导老师再审阅、准备答辩；5月31日～6月5日 对论文再次修改及排版和打印、整理装修成册；6月5日～6月10日 毕业设计答辩。
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