完整版基于单片机的CO监测系统的设计毕业设计Word格式文档下载.docx

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MQ-9一氧化碳气体传感器；

一氧化碳监测

Abstract

Inthispaper,IdesignakindofcarbonmonoxidemonitoringalarmsystembasedonMSP430seriesSCM.Inviewofthehighcost,rhetoricalfunction,lackofcorrespondingcarbonmonoxidedetectoronthemarket,thispaperputsforwardasetofschemethatcansolvetheaboveproblemofcarbonmonoxidemonitoringalarmsystembasedonMSP430seriesSCM.Consideringthecost,Imadeadetailedcomparisonofvarioushardwaremodule,andthesystemadoptsMSP439f169single-chipmicrocomputerastheprocessor,choosealongerservicelifeofMQ-9sensorsascarbonmonoxidesensor;

Atthesametime,inadditiontotheprocessingofdatasamplingquantization,hasalsomadecompensationfortemperatureandhumidity,ensurestheaccuracyofthedata,basicallycompletedthetraditionalmonitoringfunctionofthedetector.Inaddition,Ibasedontheusingstatusofmachinesonthemarket,joinedthewirelesstransmissionfunctiontothesystem,andcarbonmonoxidecorrespondingdatacanbesentouttocarryonthedifferentdisplay,itcanachieveremotereal-timemonitor,thathasgreatlyincreasedtheavailabilityofthesystem,inaccordancewiththeneedsinrealuse.

Keywords

MSP439f169ingle-chipmicrocomputer;

MQ-9carbonmonoxidegassensor;

Carbonmonoxidemonitor

第1章绪论1

1.1一氧化碳的危害1

1.2一氧化碳检测仪的种类2

1.3课题的背景和意义3

第2章监测系统总体设计5

第3章一氧化碳检测系统硬件选择设计6

3.1传感器的选择及其结构设计6

3.2处理芯片的选择11

3.3无线传输模块的选择12

3.4液晶显示的选择14

3.5报警电路的选择15

3.6电源电路的设计16

第4章软件设计17

4.1软件设计结构的设计17

4.2时钟模块的设计18

4.3模数转换模块的设计18

4.4无线传输模块的设计19

4.5按键模块的设计21

第5章结论与展望23

5.1结论23

5.2前景展望24

参考文献25

致谢26

附录27

第1章绪论

1.1一氧化碳的特性及危害

一氧化碳是一种无味、无色、无臭的有毒气体。

在标准状况下，其沸点为负191.5℃，熔点为负199℃，密度为l.25g/L，这与标准状况下空气密度1.293g/L相差很小；

因为和空气的密度相差很小，有无色无味，不容易引起人们的警觉，所以比较容易被忽略而发生煤气中毒的事故。

一氧化碳具有可燃性、还原性和氧化性，这是由一氧化碳的化学性质所决定的。

因为一氧化碳分子中碳元素的化合价是正2价，能进一步被氧比成正4价。

所以一氧化碳能够和空气中的氧气发生氧化还原反应，燃烧生成二氧化碳。

这进一步从化学性质的角度解释了一氧化碳可燃性和爆炸性的原因。

在空气中，一氧化碳的爆炸极限为12.5%～74%的含量,在空气中遇到明火或者温度过高时可能产生爆炸，给人们带来巨大的损失。

一氧化碳中毒（carbonmonoxidepoisoning），亦称煤气中毒。

在家庭居室通风差的情况下，煤炉中煤炭燃烧不充分产生的煤气或液化气泄露都可能导致一氧化碳中毒；

而在工业生产中，矿井中的存在的一氧化碳更是无形的杀手，直接可能导致爆炸。

以下是一氧化碳气体在不同的浓度水平对人体产生的危害等级和一氧化碳不同浓度对人体的伤害如表1-1和1-2所示：

表1-1一氧化碳气体在不同的浓度水平对人体产生的危害等级

高于10000ppm

2000—1000ppm

1000—300ppm

50—30ppm

5ppm下

极度危险

重度危险

轻度危险

职业接触

健康接触

表1-2一氧化碳不同浓度对人体的伤害

气体种类

危害程度

接触时间

气体浓度

一氧化碳

（CO）

TWA值（职业接触）

8小时

16ppm

无明显生理反应

30ppm

无明显结果

2小时

50ppm

大部分人员会发生头疼，恶心等不良生理反应

1小时

100ppm

会头疼，眩晕

30分钟

500ppm

会意识不清，呕吐

5—10分钟

1000ppm

会导致死亡

2—10分钟

10000ppm

死亡

1—2分钟

20000ppm

一氧化碳是无色，无臭，无味气体，所以靠人体自身的感觉很难识别；

因为吸入一定量的一氧化碳对人体有十分大的伤害甚至可能导致死亡，所以在煤气中为了让人们识别煤气是否泄露加入了具有刺激性气味的甲硫醇来当做一氧化碳的“报警器”。

由于血液中的血红蛋白的亲一氧化碳性比亲氧性更高，所以当人吸入一氧化碳之后，一氧化碳比氧气更容易和血红蛋白结合，之后产生樱桃红色的碳氧血红蛋白；

而碳氧血红蛋白不仅难以和一氧化碳分离，而且不能提供氧气给身体组织；

人体血液中的氧气“搬运工”血红蛋白的数量是有限的，所以当大量的血红蛋白和一氧化碳结合而又难以分离时，搬运氧气的血红蛋白就会不足，这样身体组织就会出现供氧不足，这种情况被称为血缺氧，其结果可能导致昏迷甚至是死亡。

目前，一氧化碳的中毒程度主要分为三种等级：

一是轻度中毒。

当血液中血红蛋白和一氧化碳的结合率达到10%-20%时便属于轻度中毒；

当轻度中毒时，患者会出现头痛、头晕、失眠；

视物开始模糊、耳鸣、恶心想吐、全身乏力、心跳加速甚至短暂昏厥等生理现象。

二是中度中毒。

当血液中血红蛋白和一氧化碳的结合率达到30%-40%便属于中度中毒；

因为血红蛋白和一氧化碳结合后产生樱桃红色的碳氧血红蛋白，所以中度中毒的患者出现轻度中毒的特征甚至是更严重之外，皮肤粘膜会变成樱桃红色，血压会先升高然后降低，接着因为血压的原因伴随着多汗、心率失常、一时性感觉和运动分离（即尚有思维，但不能行动）生理特征。

如果症状继续加重，则可出现嗜睡、昏迷。

中度中毒的患者经及时抢救后，可较快清醒，一般无并发症和后遗症。

三是重度中毒。

患者迅速进入昏迷状态。

初期四肢肌张力增加，或有阵发性强直性痉挛；

晚期肌张力显著降低，患者面色苍白或青紫，血压下降，瞳孔散大，最后因呼吸麻痹而死亡。

经抢救存活者可有严重合并症及后遗症。

一氧化碳中毒康复后伴随着严重的后遗症；

这类后遗症主要集中在中度、重度中毒者，此类病人有神经衰弱、震颤麻痹、偏瘫、偏盲、失语、吞咽困难、智力障碍、中毒性精神病，部分患者可发生继发性脑病。

1.2一氧化碳检测仪的种类

目前，市场上一氧化碳检测仪的种类是多种多样，根据传感器的分类，主要有：

半导体型、电化学型、固体电解质型、接触燃烧型、光化学型、光离子化（PID）等，目前应用得较为广泛的是半导体型监测方式。

根据一氧化碳浓度危害范围及本系统使用的范围，轻度危害及以下的一氧化碳浓度是本系统检测的重点。

目前市场上常见的量程主要集中在0-1000ppm，少数工业级一氧化碳检测仪的量程达到了2000ppm,而本系统的设计主要应用于家庭等环境的一氧化碳的浓度监测，目的在于监测一氧化碳的浓度然后报警，并不在于监测高浓度的一氧化碳，所以量程选择在0-1000ppm足够了。

本系统仍然使用市场上应用得较为广泛的是热催化监测方式，不过改善了测量的精度，同时考虑到了温度和湿度的影响，对其浓度的测量进行了温度和湿度的补偿；

除此之外运用了无线传输，使得对一氧化碳的浓度的监测能够实现远程和实时的功能，当发生一氧化碳泄漏时机器代替人进行监测。

1.3课题的背景和意义

随着世界经济的发展，人们生活的质量也越来越高，环保的理念也渐渐出现在人们的视野中。

相对于直接燃烧煤炭或者是柴火，人们更倾向于使用天然气或者是煤气。

然而，燃气虽然方便，但一旦发生泄漏而没有及时采取必要的措施就有可能威胁到人们的生命安全。

近年来，因为燃气泄漏造成的中毒事件甚至爆炸事件不绝于耳；

报纸网络上经常报道此类事件，而此类事件的发生并不能单纯的认为是燃气的使用不当，究其一点只是缺少了监测装置提醒人们采取措施。

危机总是蕴藏在机会之中；

合理使用燃气能够创造经济的发展，能够方便人们的生活，所以要减少并杜绝各种因燃气泄漏而引发的事故，需要一个成本廉价、使用方便的一氧化碳检测系统对空气中一氧化碳的浓度进行监测。

目前，市场上的一氧化碳检测仪十分昂贵，少则四五百，多则一两千；

对于普通家庭用于生活区监测花费是在太大，而且基本上这些监测仪只能随身携带，无法实现远程监控和通讯，在一定程度上使用起来不太方便。

本设计旨在设计出性能更加可靠，经济实惠的一氧化碳报警器。

目前，现有一氧化碳检测仪器主要提供给工业上使用，价格昂贵，使用步骤复杂，不适用于家庭或者个人的使用。

因此，本次设计主要是针对广大居民的需求，使用环境主要集中在厨卫等生活区域，其优点在于：

（1）成本低廉，使用方便。

（2）该系统没有繁杂的操作，只要放在合适位置，通电即可。

（3）作用明显，能起到预防一氧化碳中毒的效果，使人们在检测到一氧化碳时报警，提醒人们采取相应措施，保证生命安全