单片机的室内空气质量检测系统设计Word下载.doc

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ABSTRACT

Thisthesisdesignofapaperforpublicplacesandindoortestingandover-limitalarmfunctionswithindoorairqualitytestingsystem.Itsdesignisbasedon89C51singlechip,withthechoiceofMQ-5gassensorsandCH20/S-10formaldehydesensorfromSwitzerlandmengbabocompany.Sensorsystemwilloutput4~20mAstandardsignalthroughthecoreADC0832forA/Dconversioncircuitafterconditioning,bythesingle-chipmicrocomputerfordataprocessing,atlastdisplaytheformaldehydeconcentrationontheLCD.Thearticledetailedthedataacquisitionsubsystem,dataprocessinganddatadisplayandalarmsystemcircuitdesignmethodandprocess.WhenthesamplingsiteswhentheformaldehydeandNaturalgasconcentrationexceeded，Tothesingle-transistordrivecircuitaudioalarmwillsoundthealarm，Testingstafftoremind.Atthesametime，Theconcentrationofformaldehyde,Canbesetthroughthesingle-chipprogramming.

Inaddition,thesystemsignalsaconcentrationcompensationsignalprocessing,areductionofmeasurementerror,therefore,haveahighmeasurementaccuracy,andsimplestructure,excellentperformance.Therangeofthesystemfor0-10ppm,accuracy0.039ppm.

Keywords:

Formaldehydedetection,Naturalgasdetection,AT89C52single-chip

目录

中文摘要 I

英文摘要 II

1绪论 1

1.1引言 1

２概述 2

2.1系统总概述 2

2.2总体方案设计 2

2.3硬件设计 2

2.4软件设计 3

2.5硬件结构 3

2.6软件结构 3

3硬件设计 4

3.1硬件设计主电路图 4

3.2硬件选择 4

3.2.1MCU的选择与简介 4

3.2.2单片机最小系统的实现 6

3.2.3数据采集系统 8

3.2.4模数转换的选择与简介 11

3.2.5按键选择与简介 13

3.2.6外围扩充存储器 13

3.2.7时钟芯片选择与简介 14

3.2.8上拉电阻 15

3.2.9液晶显示器简介 15

3.2.10报警电路 16

3.2.11硬件仿真环境介绍 16

4软件设计 18

4.1编写语言的选择 18

4.2编译软件介绍 18

4.3主程序模块 18

4.4模数转换 19

4.5按键模块 19

4.6时钟模块 20

4.7液晶显示模块 20

5系统仿真 21

结束语 23

致谢 24

参考文献 25

附录 26

附录一硬件设计主电路图 26

附录二检测主程序程序 27

1绪论

1.1引言

甲醛是一种无色，有强烈刺激性气味的气体。

易溶于水、醇和醚。

甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。

其37%的水溶液称为福尔马林，医学和科研部门常用于标本的防腐保存。

此溶液沸点为19.5℃故在室温时极易挥发，随着温度的上升甲醛的挥发速度加快。

在我国有毒化学品优先控制名单中甲醛列居第二位。

甲醛已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。

甲醛是原浆毒物，能与蛋白质结合，吸入高浓度甲醛后会出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛，也可发生支气管哮喘皮肤直接接触甲醛，可引起皮炎、色斑、坏死。

经常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出现粘膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎、指甲角化和脆弱等。

全身症状有头痛、乏力、心悸、失眠、体重减轻以及植物神经紊乱等。

天然气、液化天然气（俗称煤气罐）是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。

在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。

天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40%左右，产生的二氧化硫也很少。

天然气易燃易爆和空气混合后，温度达到550℃左右就会燃烧；

其混合物浓度达到5%－15%，遇到火种就会爆炸。

天然气热值高，约8500－10000千卡/米3，天然气燃烧后发出的热量是相同体积的城市煤气的2.5倍左右。

２概述

2.1系统总概述

本论文主要完成室内空气质量检测仪的软件设计，设计内容包括：

A/D转换器程序、控制程序、超标报警、键盘检测、数据显示等。

本系统采用单片机为控制核心，以实现室内空气质量检测仪的基本控制功能。

系统主要功能内容包括：

数据处理、时间设置、开始测量、超标报警、键盘检测、自动休眠：

仪器若不进行称量操作，5分钟后自动进入休眠模式，以降低电源消耗。

本系统设计采用功能模块化的设计思想，系统主要分为总体方案设计、硬件和软件的设计三大部分。

2.2总体方案设计

室内甲醛污染和天然气泄露对人身体健康影响较大，标准规定的方法绝大多数是化学分析法,使用的手段是实验室分析仪器主要有比色计、分光光度计、化学滴定、气相和液相色谱。

但这些方法费力费时、成本高、自动化程度低过程复杂、大多数过程是人工操作很难做到现场实时控制随着传感器和计算机技术的不断发展，现已有了基于单片机的空气质量检测仪，并且测试测试范围、分辨率、精度、稳定性已接近标准要求。

因此本设计可选用基于电化学原理的甲醛传感器与MQ-5气体传感器。

甲醛传感器其原理是空气中的甲醛在电极下发生氧化反应，产生的扩散电极电流与空气中的甲醛浓度成正比，通过检测放大电路和放大倍数的调整经A/D转换后送单片机；

MQ-5气体传感器由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件组成，通过检测放大电路和放大倍数的调整经A/D转换后送单片机，由单片机现场自动控制检测并显示甲醛浓度和煤气、天然气主要参数。

2.3硬件设计

硬件设计部分主要包括：

（MCU、A/D、时钟芯片、LCD、外围扩展数据RAM）等芯片的选择；

硬件主电路设计、数据采集、模数转换电路设计、液晶显示电路设计、外围扩充存储器接口电路、时钟电路、复位电路、键盘接口电路等功能模块电路设计[1]。

2.4软件设计

软件设计部分主要包括：

编写语言的选择、主程序/子程序流程的设计、功能模块程序的编写、软/硬件结合调试与演示。

主要包括一下功能模块：

51驱动、检测、液晶显示、时钟、键盘、模数软换。

2.5硬件结构

硬件结构如图2-1

图2-1硬件电路结构图

2.6软件结构

软件结构如图2-2

图2-2软件结构框图

3硬件设计

3.1硬件设计主电路图

硬件设计住电路图见附录一。

3.2硬件选择

3.2.1MCU的选择与简介

1）.单片机的概念和特点

现代社会中，尽管PC机的应用已经相当普遍，但是，在工控领域，在日益追求小而精、轻而薄的自动化控制器、自动化仪器仪表、家电产品等方面,PC机仍有所不相适宜的地方。

而工业控制、仪器仪表、家电产品等市场广阔，要求PC机技术与之相适应。

在这种情况下，单片机应运而生了（也称作微型计算机）。

微型计算机的基本机构是由中央处理器、储存器、和I/O设备构成的。

所谓的单片机是指将微型计算机3个单元的多个分体中的主要功能用1个集成电路芯片来实现，该芯片具有一个微型计算机的基本功能。

这种超大规模集成电路芯片即称为单片微型计算机，通常简称单片机。

单片机具有以下特点：

（1）受集成度限制，片内存储容量较小，一般8位单片机的ROM小于8/16K字节，RAM小于256字节，但可在外部扩展，通常ROM、RAM可分别扩展至64K字节。

（2）可靠性好。

芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般通用CPU；

程序指令及常数、表格固化在ROM中不易破坏；

许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

（3）易扩展。

片内具有计算机正常运行所必需的部件。

芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

（4）控制功能强。

为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中具有极丰富的条件分支转移指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能。

一般说来，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器。

（5）一般单片机内无监控程序或系统通用管理软件，只放置有用户调试好的应用程序。

但近年来也开始出现了在片内固化有BASIC解释程序的单片机[4]。

2）.单片机的发展与趋势

由于单片机具有以上特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用。

随着微电子工艺水平的提高，近十年来单片微型计算机有了飞速的发展。

归纳起来，它是沿着两条路发展的：

Ø

改进集成电路制造工艺，提高芯片的工作速度，降低工作电压和降低功耗