基于51单片机的多起气体浓度测试仪.doc

基于51单片机的多起气体浓度测试仪.doc

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基于单片机的多气体浓度测试仪

摘要

近些年来，我国经济快速发展，人民生活水平日益提高,全国机动车辆数量和驾驶员人数猛增，醉酒驾车造成严重后果的违法犯罪也日益增多，给社会和广大人民群众生命、健康造成严重危害。

2000年以来，酒后驾车行为所造成事故越来越多，对社会的影响也越来越大，酒精逐渐成为凶残的“马路杀手”。

据有关资料统计，全世界每年因车祸丧生的人数就超过60万人，留下永久性伤残者在400万以上，一般受伤者则不计其数。

在许多国家，车祸已成为第一位意外死亡原因。

另外，交通事故所造成的经济损失也相当惊人。

据统计，大约50%—60%的车祸与饮酒有关。

中国公安部门在2009年8月，在全国各地加强查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。

要查处就涉及到检测人体内的酒精含量和使用设备来进行检测的问题。

近年来我国煤炭工业的安全生产状况不容乐观，中小型煤矿的情况尤为严重，已经直接威胁到整个煤炭工业的稳定生产，给国家财产和人民生命造成了很大的损失，作为“万恶之首”的甲烷爆炸事故更是重大事故发生率之首。

出于安全考虑，甲烷浓度的测量，显得尤为重要。

基于以上可以看出，有关气体的浓度检测问题，至关重要。

本文研究设计了一种可以测量多种气体浓度，并可以进行超限报警的智能测试仪。

其设计方案基于STC89C52单片机，MQ3酒精浓度传感器，MQ4甲烷浓度传感器。

系统将传感器回路输出的信号通过以AD0832为核心的A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，由LCD显示酒精浓度值。

并设计一定的限值，超限声光报警。

限值可由按键调整。

考虑到单片机计算能力有限，难以进行复杂数据处理，故单片机系统与PC机系统通过RS-232串行通信端口进行互连，从而单片机用作下位机进行数据采集和设备控制，而PC机用做上位机进行复杂的数据处理和对单片机的控制。

文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路、单片机与PC机通信的软硬件实现的设计方法和过程。

系统对于采样地点超出规定的指定气体浓度时，通过声光报警电路提醒监测人员。

同时，操作人员对于具体报警点的上限值可以通过单片机编程进行设置。

关键词：

酒精浓度传感器（MQ3）、甲烷浓度传感器（MC113）、STC89C52、A/D转换器、数据选择器（74HC4051）、串口通信、RS232、VB；

Abstract

Inrecentyears,China'srapideconomicdevelopment,increasingpeople'sstandardofliving,thenumberofmotorvehiclesanddrivershassoared,drunkdrivinghascausedseriousconsequencesofillegalcrimeisalsoincreasing,tothesocietyandthelifeofthemasses,causingseriousharmtohealth.Since2000,drinkinganddrivingbehaviorcausedbyincreasingnumberofaccidents,onthesocialimpactisalsogrowing,alcoholhasbecomefierce"killerontheroad".Accordingtothestatistics,thewholeworldbecauseoftrafficaccidenteveryyearthenumberofpeoplekilledmorethan600000people,leftpermanentlydisabledin4000000above,generalinjuriesaretoomanytocount.Inmanycountries,trafficaccidenthasbecomethefirstcauseofaccidentaldeath.Inaddition,thetrafficaccidentscausedbytheeconomiclossisquiteamazing.Accordingtostatistics,approximately50%-60%oftheaccidentsarerelatedtoalcohol.Chinapublicsecuritydepartmentsin2009August,throughoutthecountrytostrengthenanddrivingforce,soastoreducethedrivingcausedbymalignanttrafficaccident.Toinvestigatetherelatedtodetectionofhumanwithanalcoholcontentandtheuseofequipmenttodetectproblem.

Inrecentyears,industryofourcountrycoalproductionsafetysituationisnotoptimistic,middleandsmallcoalminesituationisparticularlyserious,hasadirectthreattothestableproductionofthewholecoalindustry,tothenationalpropertyandpeople'slivesandcausedgreatdamage,as"theworstofallevils"methaneexplosionisamajoraccidentrateinthefirst.Forsecurityreasons,themethaneconcentrationmeasurement,appearparticularlyimportant.Basedontheabove,thegasconcentrationdetectionproblem,critical.Thispaperstudiedanddesignedavarietyofgasconcentrationcanbemeasured,andcanalarmintelligenttester.ThedesignschemebasedonSTC89C52MCU,MQ3alcoholconcentrationsensor,MQ4methaneconcentrationsensor.SystemcircuitofthesensoroutputsignalsfromtheAD0832asthecoreoftheA/Dconversioncircuitafterconditioning,throughthesingle-chipmicrocomputerfordataprocessing,LCDdisplaybythealcoholconcentrationvalue.Andthedesignofcertainlimits,overrunalarm.Limitvaluebythekeystoadjust.ConsideringtheSCMcalculationabilityislimited,tocomplexdataprocessing,sosingle-chipsystemandPCsystemthroughtheRS-232serialcommunicationportinterconnect,therebySCMasthenextbitmachinedataacquisitionandcontrolequipment,andthemachineusedPCdoPCforcomplexdataprocessingandtheSCMcontrol.Thispaperintroducesthedataacquisitionsubsystem,dataprocessinganddatadisplaysystemandalarmcircuit,SCMandPCcommunicationhardwareandsoftwaretoachievethedesignmethodandprocess.Systemforsamplinglocationsbeyondtheprescribedspecifiedgasconcentrations,throughsoundandlightalarmcircuittoremindstaffmonitoring.Atthesametime,theoperatorforaspecificalarmlimitvaluescanbesetthroughthesingle-chipprogramming.

Keywords:

alcoholoncentrationsensor（MQ3）,methaneconcentrationsensor（MC113）,STC89C52,A/Dconverter,Dataelector（74HC4051）,serialcommunication,RS232,VB;

目录

引言 1

第1章前言 2

1.1气敏传感器的发展现状 2

1.2国内外气体浓度检测技术的发展现状 3

1.2.1非光学分析法 3

1.2.2光学分析法 4

1.3单片机与PC机串行通信研究背景和意义 5

1.4本气体浓度测试仪的设计内容 5

第2章方案器件简介 6

2.1MCU简介 6

2.2模数转换器简介 9

2.3液晶显示器的简介 12

2.4电源电平转换芯片（TTL电平转RS-232电平） 13

2.5数据选择器 13

第3章串口通信基础理论 14

3.1两种常用接口方式 14

.并行接口 14

.串行接口 14

3.2RS-232串行接口标准 15

3.3VB编程过程中使用到的MSComm控件 16

3.3.1.MSComm控件处理通信的方式 16

3.2.2．MSComm控件的主要属性 16

第4章总体方案设计 18

4.1STC89C52MCU 19

4.2ADC0832数模转换 19

4.3LCD1602液晶显示 19

4.4单电源转换芯片MAX232 21

4.5数据选择器74HC4051 21

4.6用于串口转USB的芯片CP2102（实际使用） 22

4.7设计中使用到的软件介绍 23

第5章硬件设计 25

5.1最小系统的实现 25

5.2信号采集电路 27

5.2.1MC113及其测量电路的特点 27

5.2.2MQ3特点及其测量电路原理 29

5.2.3关于气体浓度单位的说明 32

5.3A/D转换设计 33

5.4按键设