基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計論文

1、何Z篦匕舎科信學(xué)院“畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教 師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 盡我所知，除文中特別加 以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研 究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意 。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。作者簽名:指導(dǎo)教師簽名：日 期：日 期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按

2、照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電 子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供 目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制 手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分 或全部內(nèi)容 。 聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。作者簽名： 日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外， 本論文 不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 對本文的研 究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完 全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 殘騖樓靜錈

3、瀨濟(jì)溆塹籟。作者簽名：日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名:日期： 年 月摘要近些年來空氣污染、 霧霾等成為人們?nèi)粘Ｓ懻摰闹饕獑栴}之一， 空氣污染已經(jīng)導(dǎo)致了一 些人類健康的問題，而且這種趨勢越來越嚴(yán)重。目前二氧化硫是空氣中的最主要的污染物， 人們對二氧化

4、硫有害物的監(jiān)測力度越來越重視， 現(xiàn)在對二氧化硫氣體有很多種監(jiān)測方法。 本 設(shè)計是一種用于監(jiān)測空氣中二氧化硫濃度的儀器， 可用作為對遠(yuǎn)程空氣環(huán)境監(jiān)測中的二氧化 硫濃度的監(jiān)測。 彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。本設(shè)計詳細(xì)的介紹了目前經(jīng)常用于測量二氧化硫的方法以及所采用的電化學(xué)傳感器的工作原理和運行特性，所使用的 STC90C51單片機(jī)的特點和性能，以及 RS232串口通信，AD 轉(zhuǎn)換，液晶顯示的原理等相關(guān)的的問題。介紹了從方案設(shè)計，器件選擇，電路設(shè)計，程序設(shè) 計，及儀器進(jìn)行零點標(biāo)定，濃度標(biāo)定和校準(zhǔn)的一個完整的思路。設(shè)計的以90C51為核心的測量系統(tǒng)達(dá)到了測量二氧化硫的目的， 測量結(jié)果有液晶屏顯示出來， 通過

5、串口線可以和上位機(jī) 進(jìn)行通信， 上位機(jī)也可以通過串口線來改變儀器的報警值， 報警器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的報警值進(jìn) 行報警。 謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。關(guān)鍵詞： 空氣污染 ， 二氧化硫；濃度；監(jiān)測； STC90C51AbstractOne of the main problems in recent years, air pollution, haze and so become an everyday discussi on, air polluti on has led to a nu mber of huma n health problems, and this trend is getting w

6、orse. Sulphur dioxide is currently the most important pollutants in the air, people are harmful sulfur dioxide monitoring efforts more and more attention, there are many methods for monitoring sulfur dioxide gas. This design is monitoring the concentration of sulfur dioxide in the air for an instrum

7、ent that can be used as a remote air concentrations of sulfur dioxide in the monitoring of en vir onmen tal mon itori ng.A detailed descripti on of the desig n prin ciples of the curre nt work ing methods are ofte n used to measure sulfur dioxide and electrochemical sen sors used and operat ing char

8、acteristics, features and performa nee are used STC90C51 microc on troller and RS232 serial com mun icatio n, AD conv erter, LCD prin ciples The problems associated. This sect ion describes the zero calibrati on, calibrati on and calibrati on concen trati on from program desig n, comp onent select i

9、on, circuit desig n, process desig n, and equipme nt of a complete thought. 90C51 core desig ned to achieve the purpose of the measureme nt system to measure sulfur dioxide, the measureme nt results are displayed with an LCD scree n, and the host computer can com muni cate with the host computer via

10、 a serial cable can also cha nge the value of the in strume nt via serial li ne alarm, alarm alarm based on pre-set alarm value.Keywords: air pollution, sulfur dioxide; concentration; monitoring; STC90C51廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。目錄第一章 概述 8 煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。1.1 關(guān)于二氧化硫監(jiān)測的背景和應(yīng)用 8 鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。1.2 二氧化硫監(jiān)測儀器的現(xiàn)狀 9 籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。1.

11、3 二氧化硫監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 10 預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。第二章 硬件部分設(shè)計方案 11 滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。2.1 空氣質(zhì)量檢測儀系統(tǒng)簡介 11 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。2.2 STC90C51 單片機(jī)簡介 11 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。2.2.1. 輸入輸出引腳 12 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。2.2.2 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 12 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。2.2.3STC90C51 主要性能參數(shù)： 13 蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。2.2.4 時鐘電路模塊 14 買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。2.2.5 復(fù)位電路模塊 14 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。2.3 傳感器的選用 15 驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。2.3.1

12、氣體傳感器 15 貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。2.4 二氧化硫傳感器 16 鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。2.4.1 電化學(xué)氣體傳感器檢測原理 16 構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。2.4.2 3SF CT 傳感器 16 輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。2.4.3 SF CT 傳感器的技術(shù)說明 17 堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。2.4.4 3SF CT 傳感器的檢測原理 18 識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。2.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 21 凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。2.6 聲光報警電路設(shè)計 22 恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。2.7 液晶顯示模塊設(shè)計 23 鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。2.7.1 LCD1602 的基本參數(shù)及引腳功能 23 碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞

13、。2.7.2 LCD1602 的指令說明及時序 24 閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。2.7.3 1602LCD 的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表 25氬嚕躑竄貿(mào)懇彈濾頷澩。2.7.4LCD1602 的一般初始化過程 26釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。2.8 按鍵電路設(shè)計 27慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫長涼。2.9 電路電源設(shè)計 27諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動禪瀉類。第三章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計 28嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計思路 28熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫。3.1.1 編程語言的選擇 28鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。3.1.2 軟件功能需求 28紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。3.2 軟件模塊設(shè)計 30穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。3.2.1 主程

14、序模塊 30濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。3.3 主程序的設(shè)計 31銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。3.4 延時函數(shù)的設(shè)計 32擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。3.5 串口程序設(shè)計 32賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。3.6 AD 轉(zhuǎn)換模塊 343.7 液晶顯示模塊 353.8 聲光報警模塊 36結(jié)束語 37參考文獻(xiàn) 38塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊庫。 裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。 倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。 綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。 驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。 瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。附錄 39第一章概述1.1關(guān)于二氧化硫監(jiān)測的背景和應(yīng)用隨著現(xiàn)代社會工業(yè)的發(fā)展，空氣污染致使空氣質(zhì)量的越來越差?？諝馐侨祟惿a(chǎn)和生活活動中永遠(yuǎn)都離不開的重要部分，空氣質(zhì)量狀況

15、對人們的日常生活和社會發(fā)展有著重要的作 用，必然受到人們的高度重視。為了更進(jìn)一步的解空氣環(huán)境質(zhì)量，達(dá)到保護(hù)、管理和改良環(huán)境的目的，就必須有計劃地進(jìn)行空氣環(huán)境的調(diào)查研究和監(jiān)測，以便得到明確的認(rèn)識， 同時有效地采取措施，控制和減少空氣污染?？諝馕廴疚镏械亩趸?qū)θ梭w健康的影響很大。二氧化硫通過呼吸進(jìn)入氣管， 對局部組織產(chǎn)生刺激和腐蝕作用，影響呼吸道，誘發(fā)支氣管等疾病。特別是當(dāng)它與煙塵等氣溶膠共存時，更加重對呼吸道粘膜的損害。二氧化硫?qū)θ藗兊娜粘Ｉ?、工作、娛樂等方面也有不同程度的影響。高濃度二氧化硫中毒主要引起不同程度的呼吸道及眼的刺激癥狀。輕微時會發(fā)生流淚、畏光、咳嗽嚴(yán)重者則可在數(shù)小時內(nèi)發(fā)生肺

16、水腫 而出現(xiàn)呼吸困難。工業(yè)生產(chǎn)中的二氧化硫急性中毒，一般僅見于事故發(fā)生時。吸入極高濃度時可立即引起發(fā)射性聲門痙攣而致窒息死亡。二氧化硫排放導(dǎo)致了嚴(yán)重的酸雨、光化學(xué)煙霧等全球環(huán)境問題。鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。當(dāng)空氣中的二氧化硫（還有氮氧化物）轉(zhuǎn)換為酸性降水，形成酸雨。它對地理和生態(tài)環(huán)境 有重大影響，這種影響是直接的和潛在性的。會造成土壤的酸化、 腐蝕各種建筑物材料。目前中國已有62.3%的城市，二氧化硫的過量排放己成為中國酸雨污染的最主要的原因。天然 降水的本底pH直為5.65，一般將pH直小于5.6的降水稱為酸雨，形成酸雨的主要物質(zhì)是二氧 化硫和氮氧化物，而我國酸雨以硫酸為主，當(dāng)二氧化硫經(jīng)液相氧

17、化或者氣相氧化反應(yīng)生成， 被降水洗脫降到地面后形成酸雨。酸雨對水生生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、建筑物和材料以及人體健康等方面均有危害，并己造成了較大的損失。80年代，中國的酸雨主要發(fā)生在西南地區(qū)，面積約為170萬平方公里，到了 90年代，酸雨污染擴(kuò)展到華中、華南、華東、華北和東北等地區(qū)，面積已占全國面積的40%二氧化硫及其所形成的酸雨已成為制約我國社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。因此，對周圍環(huán)境中二氧化硫進(jìn)行監(jiān)測是斷定二氧化硫污染程度、進(jìn)行二氧化硫污染治理的必要工作。櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟?？諝庵卸趸虻臐舛冉?jīng)常以每立方米空氣中的二氧化硫含量來表示，可以用質(zhì)量體積3369比（mg/

18、m、ug/m）或者氣態(tài)時的體積比（1 ppm= 1/10 ； 1 ppb= 1/10）表示。它們之間的換算公式為：轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)。,mg氣體摩爾體摩1p眄1 m3氣體分子量(1.1)3所以對于二氧化硫，1 PPm = 0-35 mg/m。由于環(huán)境條件復(fù)雜， 隨機(jī)變化明顯， 濃度范圍較寬， 二氧化硫的濃度值具有極強的時間 性和空間性， 受人為和空間環(huán)境影響特別大， 為了實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、 精密性和可比性， 以及使監(jiān)測數(shù)據(jù)更具權(quán)威性和法律性。 加強空氣環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量保證尤為重要。 在國家環(huán)保 部的指導(dǎo)下， 環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量保證工作逐步地走向規(guī)范， 并陸續(xù)出臺了一系列各種環(huán)境監(jiān)測標(biāo) 準(zhǔn)方法與文

19、件，以及管理規(guī)定和制度。如水和廢水監(jiān)測分析方法、 環(huán)境空氣監(jiān)測質(zhì)量 保證手冊 。這在制度和方法上對空氣環(huán)境的監(jiān)測進(jìn)行了統(tǒng)一， 體現(xiàn)了環(huán)境監(jiān)測的科學(xué)性和 嚴(yán)肅性， 同時對空氣環(huán)境的質(zhì)量保證也有了明確的規(guī)定。 特別是近期 環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量保證管 理規(guī)定、 環(huán)境監(jiān)測人員上崗證管理規(guī)定等制度的出臺，在很大程度上，一方面規(guī)范了 環(huán)境監(jiān)測的科學(xué)方法， 另一方面又對環(huán)境監(jiān)測人員提出了更高的要求。 逐步實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測質(zhì) 量保證工作的系統(tǒng)。 峴揚斕滾澗輻灄興渙藺。1.2 二氧化硫監(jiān)測儀器的現(xiàn)狀目前對二氧化硫的監(jiān)測手段有很多種， 常用的方法有分光光度法， 碘量法， 熒光光度法， 紫外熒光法，離子檢譜法，電化學(xué) SO2

20、傳感器法。生物（苔蘚，薔薇）法等用于SO2 測量的新技術(shù)也在研發(fā)過程中。 這幾種方法的優(yōu)缺點如下： 詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。分光度法主要基本原理是利用空氣中的SO2 被四氯汞鉀溶液吸收后， 與甲醛和鹽酸副玫瑰苯胺（PRA）反應(yīng)生成紫紅色化合物，其顏色深淺與SQ含量成正比，用分光光度法測定其顏色成分。其優(yōu)點是靈敏度高，選擇性好，易于操作，設(shè)備簡單等。缺點是使用毒性極大的 四氯汞鉀作吸收液 ，不僅對操作人員健康產(chǎn)生影響，而且分析后大量含汞廢液往入會造成 環(huán)境污染。 則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。碘量法的基本原理是利用氨基磺酸銨 - 硫酸銨混合溶液吸收 SQ2 是固定污染源排氣的 SQ2 濃度和 SQ2 排放

21、速率測定的經(jīng)典方法。其優(yōu)點是具有測定濃度范圍寬，所需設(shè)備簡單， 易操作等特點。 脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。熒光光度法是根據(jù)奎寧與 SQ反應(yīng)能夠生成熒光物質(zhì)，利用熒光光度計在 365nm處激發(fā) 和 450nm 處測定熒光強度即可計算出SQ2 的濃度。優(yōu)點是靈敏度高。缺點是易受氧氣的干擾。 鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。紫外熒光法的基本原理為由光源發(fā)射出的紫外光， 通過光源濾光片進(jìn)入反應(yīng)室， 樣氣中 的 SQ2 分子吸收紫外光生成激發(fā)態(tài) SQ2, 當(dāng)它回到基態(tài)時放射出熒光紫外線 , 其放射熒光強度 與 SQ2 濃度成正比 ,通過第二個濾光片 , 用光電倍增管接受熒光紫外線并轉(zhuǎn)化為電信號 ,經(jīng)過 放大器輸出 ,

22、 即可知道 SQ2 濃度。 稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。離子監(jiān)測法工作原理為待測空氣被連續(xù)地抽入儀器，經(jīng)過選擇性過濾器，除去干擾物后進(jìn)入庫侖池，庫侖池中有三個電極鉑絲陽極，鉑網(wǎng)陰極和活性炭參比電極，電解液為 0.3mol/L 堿性碘化鉀溶液， 若將一恒流電源加于庫侖池陰陽極之間， 則電流將從陽極流入， 經(jīng)陰極和參比電極流出。 因參比電極通過負(fù)載電阻和陰極連接故陰極電位是參比電極電位和 負(fù)載上電壓降之和。缺點是不易便攜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。電化學(xué)氣體傳感器是利用電解池原理， 將空氣中某種化學(xué)氣體通過氧化或還原反應(yīng)將濃 度轉(zhuǎn)化為電信號，通過監(jiān)測電信號的大小得到相應(yīng)氣體的濃度。二氧化硫傳感器

23、其優(yōu)點是:對二氧化硫氣體有很高的靈敏度， 具有良好的重復(fù)性，對二氧化硫氣體有很好的選擇性， 體 積小集成化高，易便攜。缺點是易受干擾?？捎糜诠I(yè)、民用對SQ氣體的監(jiān)測。例如：SQ監(jiān)測儀，SQ報警儀及實驗室用監(jiān)測報警器等監(jiān)測含有 SQ類氣體的場所或需要 SQ2氣體濃度 數(shù)值的產(chǎn)品。 溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。生物法主要是利用苔蘚等一些對空氣二氧化硫敏感的植物，利用其對不同的二氧化硫濃度的變色和變形等特點，對大氣的二氧化硫濃度進(jìn)行大概的監(jiān)測，其優(yōu)點是綠色環(huán)保，缺點是精度較低，具體標(biāo)準(zhǔn)及實施方法尚在試驗階段。鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團(tuán)藺。1.3二氧化硫監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案本設(shè)計的二氧化硫監(jiān)測儀是采用3SF C

24、.T傳感器，傳感器與二氧化硫氣體反應(yīng)輸出電流信號，經(jīng)串聯(lián)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號，在經(jīng)過儀用放大器放大后，傳給TLC2543AD轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過AD將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由單片機(jī)將數(shù)字信號進(jìn)行計算，輸出濃度值有1602液晶顯示屏輸出。并由RS232串口經(jīng)過串口線交給上位機(jī)（電腦），電路還有濃度報警裝置，上位機(jī)也可以通過串口來設(shè)定報警值。二氧化硫監(jiān)測系統(tǒng)的框圖如圖1.1所示。懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。圖1.1二氧化硫監(jiān)測系統(tǒng)框圖在進(jìn)行設(shè)計和制作的過程中，以各模塊為單位，來進(jìn)行電路設(shè)計和程序的編寫，將各個模塊有機(jī)的連接在一起，在與上位機(jī)連接，形成一個監(jiān)測系統(tǒng)。謾飽兗爭詣繚鮐癩別濾。第二章 硬件部分設(shè)計方案

25、硬件設(shè)計概述硬件電路的設(shè)計是本課題的一個重點， 硬件電路的設(shè)計要考慮到傳感器的特性， 放大電 路的放大倍數(shù)，共模干擾， AD 轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)的穩(wěn)定性，電源電路的穩(wěn)定性，單片機(jī)端口的特 性等問題。本次電路設(shè)計主要包括信號采集電路的設(shè)計，點偏激系統(tǒng)的設(shè)計， AD 轉(zhuǎn)換器的 電路的設(shè)計，串口電路的設(shè)計， LCD 顯示器的電路設(shè)計，報警驅(qū)動電路的設(shè)計以及電源電 路的設(shè)計。并考慮到其中的一些有關(guān)穩(wěn)定性的問題。 咼鉉們歟謙鴣餃競蕩賺。2.1 空氣質(zhì)量檢測儀系統(tǒng)簡介基于 STC90C51 的智能空氣質(zhì)量監(jiān)測儀是以空氣中有毒有害氣體二氧化硫的監(jiān)測監(jiān)控 為背景，能夠?qū)崿F(xiàn)對空氣中二氧化硫氣體的實時采集處理、顯示、 報

26、警等功能。儀器采用鋰 電池供電，具有良好的便攜性和通用性，并且使用 LCD 點陣式液晶屏顯示菜單，有良好的 人機(jī)對話界面。同時設(shè)計了聲光報警系統(tǒng)，實現(xiàn)在參數(shù)超標(biāo)時及時的報警。 瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴(yán) 減。本文研究的智能空氣品質(zhì)監(jiān)測儀是以STC工公司的一款8位超低功耗單片機(jī) STC90C51為控制核心?？諝庵杏泻怏w通過傳感器輸出一個與氣體濃度相對應(yīng)的電壓信號,該信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換電路按一定得采樣頻率將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以 便進(jìn)行顯示處理， 溫濕傳感器直接與單片機(jī)相連。 單片機(jī)對采樣值進(jìn)行數(shù)字處理后驅(qū)動液晶 顯示器分別顯示出被測空氣中二氧化硫氣體濃度值。 若被測空氣有害

27、氣體氣體的濃度有超過 國家標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)定的危險值超出設(shè)定范圍時報警電路對應(yīng)的發(fā)出聲光報警信號。麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。2.2 STC90C51 單片機(jī)簡介隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 單片機(jī)因具有集成度高、 體積小、速度快、價格低等特點而在 許多領(lǐng)域如過程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化、智能化儀表、 家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面 得到廣泛應(yīng)用， 從而使這些領(lǐng)域的技術(shù)水平、 自動化程度大大提高。 根據(jù)上述幾方面及本課 題的實際情況，單片機(jī)型號的選擇主要從以下兩點考慮 :納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。一是要有較強的抗干擾能力。 由于一般室內(nèi)電子電器產(chǎn)品比較多， 這對單片機(jī)的干擾較 大，所以應(yīng)采用抗干擾性能較好的單片機(jī)機(jī)型。

28、 風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。二是要有較高的性價比。 單片作為整個系統(tǒng)的中央處理器， 承擔(dān)著整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理 和過程控制， 以及通信等功能。 由于高度的通用性和出色的穩(wěn)定性， 本系統(tǒng)采用宏晶公司產(chǎn) 的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)的STC90C51作為控制器。片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編 程的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼 容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 滅曖駭諗鋅獵輛覯餿藹

29、。221.輸入輸出引腳P0端口 P0.0-P0.7 P0 是一個8位漏極開路型雙向I/O端口，端口置 1 (對端口 寫1)時作高阻抗輸入端。 作為輸出口時能驅(qū)動8個TTL。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收指令字節(jié)；校驗程序時輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù) 存儲器時，P0 口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。(2) P1端口 P1.0 P1.7 P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。對內(nèi)部Flash程

30、序存儲器編程時，接收低8位地址信息。(3) P2端口 P2.0 P2.7 P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部 Flash程 序存儲器編程時，接收到高8位地址和控制信息。趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口送出高8位地址。而在訪問8位地址 的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。(4) P3端口 P3.0 P3.7是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。視絀

31、鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接到控制信息。除此之外P3端口還用于一些專門功能，p3端口的引腳功能如表 2.2所示。偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。表2.2 P3端口引腳兼用功能表P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入(RXDP3.1串行通訊輸出(TXD)P3.2外部中斷0 ( INT0 )P3.3夕卜部中斷1 (INT1)P3.4定時器0輸入(T0)P3.5定時器1輸入(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通WRP3.7外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD2.2.2單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、晶振、/EA=1組成，下面介紹一下每一個組成部分。Vcc電源端，GND接地端。工作電

32、壓為 5V，另有AT89C51工作電壓則是2.7-6V,引腳功能一 樣。XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，夕卜部振蕩信號應(yīng)直接加到 XTAL1,而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻。 緦徑銚膾齲轎級鏜撟廟。在振蕩器運行時，有兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。經(jīng)過上述介紹，結(jié)合一般用的比較多的情況，單片機(jī)的外圍電路如圖2.5所示。2.2.3STC90C51主要性能參數(shù)1、與MCS.51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容2、4k字節(jié)在系統(tǒng)編程

33、（ISP）Flash閃速存儲器3、1000次擦寫周期4、4.0-5.5V的工作電壓范圍5、 全境態(tài)工作模式：0Hz-33MHz6、三級程序加密鎖7、128 8字節(jié)內(nèi)部RAM8、32個可編程I/0口線9、2個16位定時器/計數(shù)器10、6個中斷源11、全雙工串行UART通道12、低功耗空閑和掉電模式13、中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)14、看門狗（wDT）及雙數(shù)據(jù)指針15、掉電標(biāo)識和快速編程特性16、靈活的在線系統(tǒng)編程STC90C51芯片管腳如圖2-1。D12D2JD34D4D56D6DQaRST9w吐11E0CDCLX13Beep14P3515I ETT16DHTlt 17IBCTAL1 IS20DOt

34、丁 6 $ 4 3 -7- 1菊POOJP?P1Q Pl. IPL2 Pl J PUPl.5 P16P17 RSTITO P3&RxD PJlRTsD P3MNTO P3.MNH P*.TO P35TIP3 &飾 P3 TRD XTAI2 XTAL1STCW51圖2-1 STC90C51引腳布置Llrl it 蠱 L 上 - 疋氏說址式址式貢I 応,亠L(fēng)亠raT-亠r -I r亠r pppppppp11I：=15131415P如F3-1點4iiiiiiiiitArCl:A&til二二111;圖2.5單片機(jī)外圍電路224時鐘電路模塊時鐘電路由一個晶體振蕩器12MHZ和兩個30pF的瓷片電容組成。

35、時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格地工作。其電路如圖2-2所示：癘騏鏨農(nóng)剎貯獄顥幗騮。2.2.5復(fù)位電路模塊復(fù)位電路是使單片機(jī)的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這狀態(tài)開始工作，除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位電路以重新啟動。本設(shè)計采用的是按鍵復(fù)位電路。其電路如圖2-3所示：鏃鋝過潤啟婭澗駱讕濾。+5圖2-3復(fù)位電路模塊 2. 3傳感器的選用現(xiàn)在傳感器的

36、種類有很多種的，大致的分為電阻傳感器、電容傳感器、電感傳感器以及半導(dǎo)體傳感器等。 2.3.1氣體傳感器 1.氣體傳感器基礎(chǔ)知識按照氣敏特性來分，氣體傳感器主要分為：半導(dǎo)體型、電化學(xué)型、固體電解質(zhì)型、接觸 燃燒型、光化學(xué)型等氣體傳感器，又以前兩種最為普遍。榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。(1)半導(dǎo)體型氣體傳感器的優(yōu)缺點半導(dǎo)體氣體傳感器具有成本低廉、制造簡單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長、對濕度 敏感低和電路簡單等優(yōu)點。不足之處是必須在高溫下工作、對氣體或氣味的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不理想、功率高等方面。邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。半導(dǎo)體傳感器需要加熱的原因半導(dǎo)體傳感器是利用一種金屬氧化物薄膜制成的阻抗器

37、件，其電阻隨著氣體含量不同而變化。氣體分子在薄膜表面進(jìn)行還原反應(yīng)以引起傳感器電導(dǎo)率的變化。為了消除氣體分子達(dá)到初始狀態(tài)就必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)。傳感器內(nèi)的加熱器可以加速氧化過程，這也是為什么有些低端傳感器總是不穩(wěn)定，其原因就是沒有加熱或加熱電壓過低導(dǎo)致溫度太低反應(yīng)不充 分。嶁硤貪塒廩袞憫倉華糲。(3) 電化學(xué)氣體傳感器的工作原理電化學(xué)氣體傳感器是通過監(jiān)測電流來監(jiān)測氣體的濃度，分為不需供電的原電池式以及需要供電的可控電位電解式， 目前可以監(jiān)測許多有毒氣體和氧氣， 后者還能監(jiān)測血液中的氧濃 度。電化學(xué)傳感器的主要優(yōu)點是氣體的高靈敏度以及良好的選擇性。不足之處是有壽命的限制一般為兩年。 該櫟諼碼戇沖巋

38、鳧薩錠。(4) 半導(dǎo)體傳感器和電化學(xué)傳感器的區(qū)別半導(dǎo)體傳感器因其簡單低價已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是又因為它的選擇性差和穩(wěn)定性不理想目前還只是在民用級別使用。而電化學(xué)傳感器因其良好的選擇性和高靈敏度被廣泛應(yīng)用在幾乎所有工業(yè)場合。劇妝諢貰攖蘋塒呂侖廟。(5) 固態(tài)電解質(zhì)氣體傳感器顧名思義，固態(tài)電解質(zhì)就是以固體離子導(dǎo)電為電解質(zhì)的化學(xué)電池。它介于半導(dǎo)體和電化不足學(xué)之間。選擇性，靈敏度高于半導(dǎo)體而壽命又長于電化學(xué)，所以也得到了很多的應(yīng)用， 之處就是響應(yīng)時間過長。臠龍訛驄椏業(yè)變墊羅蘄。(6) 接觸燃燒式氣體傳感器接觸燃燒式氣體傳感器只能測量可燃?xì)怏w。又分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式， 原理是氣敏材料在通電

39、狀態(tài)下，可燃?xì)怏w在表面或者在催化劑作用下燃燒，由于燃燒使氣敏材料溫度升高從而電阻發(fā)生變化。后者因為催化劑的關(guān)系具有廣普特性應(yīng)用更廣。鰻順褸悅漚縫輾屜鴨騫。(7) 光學(xué)式氣體傳感器光學(xué)式氣體傳感器主要包括紅外吸收型、 光譜吸收型、熒光型等等，主要以紅外吸收型 為主。由于不同氣體對紅外波吸收程度不同， 通過測量紅外吸收波長來監(jiān)測氣體。 目前因為 它的結(jié)構(gòu)關(guān)系一般造價頗高。 基于本文的實時要求和性價比等方面的原因，本系統(tǒng)選用電化學(xué)傳感器中的定電位電解式氣體傳感器。穡釓虛綹滟鰻絲懷紆濼。本設(shè)計選用3SF CT傳感器，具有極高的靈敏度和穩(wěn)定性，體積小巧。實物如圖2-4 ,使用時的連接電路如圖 2-5。隸

40、誆熒鑒獫綱鴣攣駘賽。圖2-4二氧化硫傳感器實物圖圖2-5傳感器接線圖2.4二氧化硫傳感器對幾種二氧化硫監(jiān)測方法的優(yōu)缺點的比較, 所采用的方法是二氧化硫電化學(xué)傳感器的方法。 2.4.1電化學(xué)氣體傳感器檢測原理考慮到工作量和可操作性的問題。本次設(shè)計浹繢膩叢著駕驃構(gòu)碭湊。電化學(xué)氣體傳感器是一種新型的傳感器技術(shù)，它是利用電解池原理，將空氣中某種化學(xué)氣體通過氧化或還原反應(yīng)將濃度轉(zhuǎn)化為電信號，通過監(jiān)測電信號的大小得到相應(yīng)氣體的濃 度，常用于測量二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等氣體濃度。鈀燭罰櫝箋礱颼畢韞糲。2.4.2 3SF CT 傳感器在本課題中，目前用來測量二氧化硫的電化學(xué)傳感器有很多種，其中最為著名的是美國的AGE和英國的CITY兩家公司，他們的原理基本相同，只是輸出信號的大小有所不同，測 量范圍有所差異，所以我們選用英國City Tech no logy公司生產(chǎn)的3SF CT電化學(xué)傳感器來監(jiān)測 二氧化硫的濃度，該傳感器是三電極的電化學(xué)傳感器