室内甲醛空气探测设计与制作毕业设计.docx
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室内甲醛空气探测设计与制作毕业设计
毕业设计任务书
设计题目：
室内甲醛空气探测设计与制作
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
一、设计（论文）的原始依据：
甲醛对人体的危害很大，在当今的社会中甲醛通过各种途径侵入人们的生活，特别是在房屋装修过程中，装修材料中残留大量的甲醛，所以应如何快速高效的检测室内甲醛的含量是否超标就是得尤为重要。
传统的检测方法操作麻烦而且精度不够高，于此本研究设计了一种在室内具有检测和超限功能的智能甲醛检测仪。
二、设计内容和要求：
该设计方案基于STC90C51RD+单片机，选择英国达特公司生产的甲醛传感
器。
该系统将传感器输出的电流信号放大后，通过A/D转换电路调整，再通过单片机进行数据处理，最后由LCD液晶显示器显示甲醛浓度值。
当甲醛浓度超过预设值时，蜂鸣器报警。
本设计具有显示浓度值，并且具有功耗低、精度高、便于携带等特点。
毕业设计（论文）答辩成绩记录表
自动化工程系专业班级学员
课题名称
室内甲醛空气探测设计与制作
课题来源
起止时间
学员在本课题中完成任务的情况：
指导教师对学员完成本课题的评语及成绩：
指导教师签字
年月日
答考评组的评语及成绩
组长签字
年月日
毕业设计（论文）总成绩：
答辩委员会签字
年月日
毕业设计（论文）说明书
姓名
专业
年级2012级
2015年4月16日
第一章绪论1
1.1引言1
1.1.1甲醛的特性及危害1
1.1.2甲醛的来源1
1.1.3甲醛检测仪的种类2
第二章概述3
2.1系统总概述3
2.2总体方案设计3
第三章硬件设计4
3.1硬件组成4
3.2硬件设计主电路图4
3.3硬件结构框图6
3.4单片机的选择与简介6
3.5烟雾传感器的选择与简介11
3.6液晶显示器件与语言编程模块12
第四章软件设计15
4.1软件组成15
4.2软件结构框图15
4.3Keil编译软件介绍16
4.4Main主程序模块17
4.5报警系统和电机启动电路简介21
4.6Proteus软件仿真22
4.7设计完成流程图23
结束语25
致谢26
参考文献27
第一章绪论
1.1引言
1.1.1甲醛的特性及危害
甲醛（HCHO）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。
1.1.2甲醛的来源
1.室内装修所用的合成板材，如胶合板、细木工板、高密度板、刨花板。
这些板材中甲醛起胶合剂、防腐剂的作用，主要用于加强板材的硬度、防虫、防腐。
板材中残留的和未参与反应的甲醛逐渐向周围环境释放，是室内空气中甲醛的主要来源。
2.用合成板材制造的家具，厂家为了追求利润使用不合格的板材，再粘贴面材料时使用不合格的胶水，造成家具中甲醛含量超标。
3.含有甲醛成分并有可能向外界散发的各类装饰材料，如壁纸、地毯、油漆。
1.1.3甲醛检测仪的种类
目前，市场上甲醛检测仪的种类是多种多样，其中较常见的是采用试验纸光电光度法，即：
当甲醛气体吹到浸有发色剂的试纸上时,与浸有发色剂的TAB组合就会因发生化学反应而变色。
甲醛同试纸接触后含在纸里的试药就会同甲醛反应生成化合物，颜色就会从白色变成黄色。
变色的程度可反映出所受光的反射光量，反射光量的强度变化率可以作为被测气体的甲醛含量的应答值。
预先设定检测线，便可通过测量其反应率来测出甲醛气体的浓度值。
在气体的采集方面有的是采用自动吸引式（内藏微型气泵），有的采用扩散式。
对于试验纸光电光度法
来分析甲醛的浓度，它的优点是灵敏度高，操作简便，测定速度快。
而该方法在分析甲醛浓度时往往采用的是目视比色法，它的缺点是：
1.由于许多有色溶液不够稳定，不能久存，经常需要在测定的同时配制溶液，比较费时费事。
2.目视比色的准确度低，一般相对误差为±5～20%。
本论文设计的便携式甲醛检测仪所涉及的甲醛传感器是电化学传感器。
它可以将甲醛气体的浓度转换为微弱的电流信号。
这样就可以通过电流电压变换电路将微弱的电流信号转换为可以测量的稳定的电压信号，增强了电信号的稳定性。
第二章概述
2.1系统总概述
本论文主要完成甲醛检测仪软件设计，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，以实现便携式甲醛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便携式甲醛测试仪，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，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、由单片机现场自动控制检测并显示甲醛浓度。
由于甲醛含量超量的话，将对人体健康造成很大的影响。
具有民用价值的便携式甲醛检测仪的研制受到了人们的高度重视。
设计能够满足生活需要，携带方便的便携式甲醛检测仪迫在眉睫。
由于甲醛气体难以收集，为了设计方便检测，并且更容易看到设计效果。
本设计采用了烟雾检测代替了甲醛检测，采用了烟雾传感器代替了甲醛传感器。
设计原理在于将收集到的烟雾气体的浓度通过信号调制模块处理，再经过A/D模块的转换，将结果传送给STC90C516RD+MCU单片机的处理，最后再将命令传送给各个显示模块，当温度超过相应的浓度时达到报警的功能。
针对目前的现状，本系统设计遵守体积小，质量轻，性价比高的原则。
第三章硬件设计
3.1硬件组成
硬件部分主要包括：
STC90C516RD+单片机、A/D转换、时钟芯片、LCD液晶、外围扩展数据RAM、按键、继电器、点阵、蜂鸣器；
硬件功能模块电路主要包括硬件主电路设计、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。
3.2硬件设计主电路图
图3.1
硬件实物图
图3.2
3.3硬件结构框图
图3.3
3.4单片机的选择与简介
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。
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：
1.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：
2.在保留共同的CPU体系结构，最基本的外设装置（如异步串行口，定时器等）和一套管用的指令系统的基础上，根据不同的应用领域，把不同的外设装置集成到芯片内，在同一个家族内繁衍滋生出各种型号的单片机。
另外在单片机的应用中，可靠性是首要因素，为了扩大单片机的应用范围和领域，提高单片机自身的可靠性是一种有效方法。
近年来，单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术，主要表现在一下几点：
（1）EFT（ElectricalFastTransient）技术
（2）低噪音布线技术及驱动技术
（3）采用低频时钟
总之，单片机在目前的发展形势下，表现出几大趋势：
可靠性及应用水平越来越高，和internet连接已是一种明显的走向；
所集成的部件越来越多；
功耗越来越低；
和模拟电路结合越来越多。
3.单片机选择
本系统采用单片机为控制核心。
经过多方面因素的比较考虑，本系统采用的单片机型号是STC90C516RD+。
单片机/MCU主要有51基本型和52增强型，而相比之下51型比52型功能更为温度，ROM和RAM存储空间更大。
基于本系统设计内容的需要，综合考虑后，我们选择单片机ATME公司的STC90C51为控制核心；主要基于考虑是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM）、6个中断源；时钟频率0-24MHz；器件采用高密度、非易失性存储技术生产，并兼容标准MCS-51指令系统，功能强大。
（2）STC90C51介绍
STC90C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256Kbytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大，STC90C51单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。
主要性能参数：
与MCS-51产品指令和引脚完全兼容
8K字节可重擦写FLASH闪存存储器
1000次写/擦循环
时钟频率：
0Hz—24MHz
三级加密存储器
256字节内部RAM
32个可编程I/O口线
3个16位定时/计数器图3.4引脚图
6个中断源
可编程串行UART通道
低功耗的空闲和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
STC90C51有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，片内振荡器及时钟电路，STC90C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
同时，STC90C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发本.STC90C51有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
STC90C51引脚功能：
·VCC：
电源电压
·GND：
地
·P0口：
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用
口。
作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问器件激活内部上拉电阻。
在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。
·P1口：
P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。
作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
与STC90C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），参见表3.4.1。
Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
表3.4.1为P1.0和P1.1的第二功能
·P2口：
P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口P2写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，同时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOV@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOV@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。
·P3口：
P3口时一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。
此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。
P3口作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示：
此外，P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
·RST：
复位输入。
当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
·ALE/
：
当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是：
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
表3.4.2P3口第二功能
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
（外中断0）
P3.3
（外中断1）
P3.4
T0（定时/计数器0）
P3.5
T1（定时/计数器1）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器读选通）
3.5烟雾传感器的选择与简介：
MQ-XL-V2.0烟雾传感器模块
简要说明：
一、尺寸：
32mmX22mmX27mm长X宽X高
二、主要芯片：
LM393、ZYMQ-2气体传感器
三、工作电压：
直流5伏
四、特点：
1、具有信号输出指示。
2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）
3、TTL输出有效信号为低电平。
（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）
4、模拟量输出0-5V电压，浓度越高电压越高。
5、对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度。
6、具有长期的使用寿命和可靠的
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