室內(nèi)甲醛空氣探測(cè)設(shè)計(jì)與制作

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)設(shè)計(jì)題目： 室內(nèi)甲醛空氣探測(cè)設(shè)計(jì)與制作 完成期限：自 2014 年 10 月 8 日 至 2015 年 4 月 16 日所屬系部 班 級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 _ 系主任簽字 批準(zhǔn)日期 一 、 設(shè)計(jì)（論文）的原始依據(jù)： 甲醛對(duì)人體的危害很大，在當(dāng)今的社會(huì)中甲醛通過(guò)各種途徑侵入人們的生活，特別是在房屋裝修過(guò)程中，裝修材料中殘留大量的甲醛，所以應(yīng)如何快速高效的檢測(cè)室內(nèi)甲醛的含量是否超標(biāo)就是得尤為重要。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法操作麻煩而且精度不夠高，于此本研究設(shè)計(jì)了一種在室內(nèi)具有檢測(cè)和超限功能的智能甲醛檢測(cè)儀。 二 、 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求： 該設(shè)計(jì)方案基于STC90C51RD+單片機(jī)，選擇

2、英國(guó)達(dá)特公司生產(chǎn)的甲醛傳感 器。該系統(tǒng)將傳感器輸出的電流信號(hào)放大后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路調(diào)整，再通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后由LCD液晶顯示器顯示甲醛濃度值。當(dāng)甲醛濃度超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。 本設(shè)計(jì)具有顯示濃度值，并且具有功耗低、精度高、便于攜帶等特點(diǎn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯成績(jī)記錄表自動(dòng)化工程系 專業(yè) 班級(jí) 學(xué)員 課題名稱室內(nèi)甲醛空氣探測(cè)設(shè)計(jì)與制作課題來(lái)源起止時(shí)間學(xué)員在本課題中完成任務(wù)的情況： 指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)員完成本課題的評(píng)語(yǔ)及成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日答考評(píng)組的評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 組長(zhǎng)簽字 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）總成績(jī)：答辯委員會(huì)簽字年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)姓名 專業(yè) 年級(jí) 20

3、12級(jí) 2015年 4 月 16 日 目 錄第一章 緒論11.1 引言11.1.1 甲醛的特性及危害11.1.2 甲醛的來(lái)源11.1.3 甲醛檢測(cè)儀的種類2第二章 概述32.1 系統(tǒng)總概述32.2 總體方案設(shè)計(jì)3第三章 硬件設(shè)計(jì)43.1 硬件組成43.2 硬件設(shè)計(jì)主電路圖43.3 硬件結(jié)構(gòu)框圖63.4 單片機(jī)的選擇與簡(jiǎn)介63.5 煙霧傳感器的選擇與簡(jiǎn)介113.6 液晶顯示器件與語(yǔ)言編程模塊12第四章 軟件設(shè)計(jì)154.1 軟件組成154.2 軟件結(jié)構(gòu)框圖154.3 Keil編譯軟件介紹164.4 Main主程序模塊174.5 報(bào)警系統(tǒng)和電機(jī)啟動(dòng)電路簡(jiǎn)介214.6 Proteus軟件仿真22 4.

4、7 設(shè)計(jì)完成流程圖23結(jié)束語(yǔ)25致謝26參考文獻(xiàn)27第一章 緒論1.1 引言1.1.1 甲醛的特性及危害甲醛（HCHO）是一種無(wú)色，有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體。易溶于水、醇和醚。甲醛在常溫下是氣態(tài)，通常以水溶液形式出現(xiàn)。其37%的水溶液稱為福爾馬林，醫(yī)學(xué)和科研部門(mén)常用于標(biāo)本的防腐保存。此溶液沸點(diǎn)為19.5故在室溫時(shí)極易揮發(fā)，隨著溫度的上升甲醛的揮發(fā)速度加快。在我國(guó)有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單中甲醛列居第二位。甲醛已被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)。甲醛是原漿毒物，能與蛋白質(zhì)結(jié)合，吸入高濃度甲醛后會(huì)出現(xiàn)呼吸道的嚴(yán)重刺激和水腫、眼刺痛、頭痛，也可發(fā)生支氣管哮喘皮膚直接接觸甲醛，可引起皮炎、色斑、壞死。經(jīng)

5、常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出現(xiàn)粘膜充血、皮膚刺激癥、過(guò)敏性皮炎、指甲角化和脆弱等。全身癥狀有頭痛、乏力、心悸、失眠、體重減輕以及植物神經(jīng)紊亂等。1.1.2 甲醛的來(lái)源1.室內(nèi)裝修所用的合成板材，如膠合板、細(xì)木工板、高密度板、刨花板。這些板材中甲醛起膠合劑、防腐劑的作用，主要用于加強(qiáng)板材的硬度、防蟲(chóng)、防腐。板材中殘留的和未參與反應(yīng)的甲醛逐漸向周圍環(huán)境釋放，是室內(nèi)空氣中甲醛的主要來(lái)源。2.用合成板材制造的家具，廠家為了追求利潤(rùn)使用不合格的板材，再粘貼面材料時(shí)使用不合格的膠水，造成家具中甲醛含量超標(biāo)。3.含有甲醛成分并有可能向外界散發(fā)的各類裝飾材料，如壁紙、地毯、油漆。1.1.3 甲醛檢測(cè)儀的

6、種類目前，市場(chǎng)上甲醛檢測(cè)儀的種類是多種多樣，其中較常見(jiàn)的是采用試驗(yàn)紙光電光度法，即：當(dāng)甲醛氣體吹到浸有發(fā)色劑的試紙上時(shí),與浸有發(fā)色劑的TAB組合就會(huì)因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而變色。甲醛同試紙接觸后含在紙里的試藥就會(huì)同甲醛反應(yīng)生成化合物，顏色就會(huì)從白色變成黃色。變色的程度可反映出所受光的反射光量，反射光量的強(qiáng)度變化率可以作為被測(cè)氣體的甲醛含量的應(yīng)答值。預(yù)先設(shè)定檢測(cè)線，便可通過(guò)測(cè)量其反應(yīng)率來(lái)測(cè)出甲醛氣體的濃度值。在氣體的采集方面有的是采用自動(dòng)吸引式（內(nèi)藏微型氣泵），有的采用擴(kuò)散式。對(duì)于試驗(yàn)紙光電光度法來(lái)分析甲醛的濃度，它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，操作簡(jiǎn)便，測(cè)定速度快。而該方法在分析甲醛濃度時(shí)往往采用的是目視比色法，

7、它的缺點(diǎn)是：1.由于許多有色溶液不夠穩(wěn)定，不能久存，經(jīng)常需要在測(cè)定的同時(shí)配制溶液，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)事。2.目視比色的準(zhǔn)確度低，一般相對(duì)誤差為±520%。本論文設(shè)計(jì)的便攜式甲醛檢測(cè)儀所涉及的甲醛傳感器是電化學(xué)傳感器。它可以將甲醛氣體的濃度轉(zhuǎn)換為微弱的電流信號(hào)。這樣就可以通過(guò)電流電壓變換電路將微弱的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以測(cè)量的穩(wěn)定的電壓信號(hào)，增強(qiáng)了電信號(hào)的穩(wěn)定性。 第二章 概述2.1 系統(tǒng)總概述本論文主要完成甲醛檢測(cè)儀軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：A/D轉(zhuǎn)換器程序、控制程序、超標(biāo)報(bào)警、鍵盤(pán)檢測(cè)、數(shù)據(jù)顯示等。本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心，以實(shí)現(xiàn)便攜式甲醛檢測(cè)儀的基本控制功能。系統(tǒng)主要功能內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)處理、

8、時(shí)間設(shè)置、開(kāi)始測(cè)量、超標(biāo)報(bào)警、鍵盤(pán)檢測(cè)、自動(dòng)休眠：儀器若不進(jìn)行稱量操作，5分鐘后自動(dòng)進(jìn)入休眠模式，以降低電源消耗。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用功能模塊化的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)主要分為總體方案設(shè)計(jì)、硬件和軟件的設(shè)計(jì)三大部分。2.2總體方案設(shè)計(jì)室內(nèi)甲醛污染對(duì)人身體健康影響較大，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法絕大多數(shù)是化學(xué)分析法,使用的手段是實(shí)驗(yàn)室分析儀器 主要有比色計(jì)、 分光光度計(jì)、化學(xué)滴定、 氣相和液相色譜。但這些方法費(fèi)力費(fèi)時(shí)、成本高、自動(dòng)化程度低過(guò)程復(fù)雜、大多數(shù)過(guò)程是人工操作很難做到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制隨著傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)已有了基于單片機(jī)的便攜式甲醛測(cè)試儀，并且測(cè)試測(cè)試范圍、分辨率、精度、穩(wěn)定性已接近標(biāo)準(zhǔn)要求。因此本設(shè)計(jì)

9、可選用基于電化學(xué)原理的甲醛傳感器，其原理是空氣中的甲醛在電極下發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的擴(kuò)散電極電流與空氣中的甲醛濃度成正比，通過(guò)檢測(cè)放大電路和放大倍數(shù)的調(diào)整經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī) 、由單片機(jī)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制檢測(cè)并顯示甲醛濃度。由于甲醛含量超量的話，將對(duì)人體健康造成很大的影響。具有民用價(jià)值的便攜式甲醛檢測(cè)儀的研制受到了人們的高度重視。設(shè)計(jì)能夠滿足生活需要，攜帶方便的便攜式甲醛檢測(cè)儀迫在眉睫。由于甲醛氣體難以收集，為了設(shè)計(jì)方便檢測(cè)，并且更容易看到設(shè)計(jì)效果。本設(shè)計(jì)采用了煙霧檢測(cè)代替了甲醛檢測(cè)，采用了煙霧傳感器代替了甲醛傳感器。設(shè)計(jì)原理在于將收集到的煙霧氣體的濃度通過(guò)信號(hào)調(diào)制模塊處理，再經(jīng)過(guò)A/D模塊的轉(zhuǎn)換，

10、將結(jié)果傳送給STC90C516RD+ MCU單片機(jī)的處理，最后再將命令傳送給各個(gè)顯示模塊，當(dāng)溫度超過(guò)相應(yīng)的濃度時(shí)達(dá)到報(bào)警的功能。針對(duì)目前的現(xiàn)狀，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵守體積小，質(zhì)量輕，性價(jià)比高的原則。第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件組成硬件部分主要包括：STC90C516RD+單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換、時(shí)鐘芯片、LCD液晶、外圍擴(kuò)展數(shù)據(jù)RAM、按鍵、繼電器、點(diǎn)陣、蜂鳴器； 硬件功能模塊電路主要包括硬件主電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、液晶顯示電路設(shè)計(jì)、外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器接口電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、鍵盤(pán)接口電路等。3.2 硬件設(shè)計(jì)主電路圖圖3.1硬件實(shí)物圖圖3.23.3 硬件結(jié)構(gòu)框圖驅(qū)動(dòng)電機(jī)STC90C516R

11、D+超濃度蜂鳴器報(bào)警煙霧傳感器 信號(hào)調(diào)制 A/D轉(zhuǎn)換 外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器LCD液晶顯示按鍵時(shí)鐘繼電器 圖3.33.4 單片機(jī)的選擇與簡(jiǎn)介1. 單片機(jī)的概念和特點(diǎn) 現(xiàn)代社會(huì)中，盡管PC機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，但是，在工控領(lǐng)域，在日益追求小而精、輕而薄的自動(dòng)化控制器、自動(dòng)化儀器儀表、家電產(chǎn)品等方面,PC機(jī)仍有所不相適宜的地方。而工業(yè)控制、儀器儀表、家電產(chǎn)品等市場(chǎng)廣闊，要求PC機(jī)技術(shù)與之相適應(yīng)。在這種情況下，單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生了（也稱作微型計(jì)算機(jī)）。微型計(jì)算機(jī)的基本機(jī)構(gòu)是由中央處理器、儲(chǔ)存器、和I/O設(shè)備構(gòu)成的。所謂的單片機(jī)是指將微型計(jì)算機(jī)3個(gè)單元的多個(gè)分體中的主要功能用1個(gè)集成電路芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，該芯片具有一個(gè)

12、微型計(jì)算機(jī)的基本功能。這種超大規(guī)模集成電路芯片即稱為單片微型計(jì)算機(jī)，通常簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：(1) 受集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)容量較小，一般8位單片機(jī)的ROM小于8/16K字節(jié)，RAM小于256字節(jié)，但可在外部擴(kuò)展，通常ROM、RAM可分別擴(kuò)展至64K字節(jié)。(2) 可靠性好。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般通用CPU；程序指令及常數(shù)、表格固化在ROM中不易破壞；許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。(3) 易擴(kuò)展。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。(4) 控制功

13、能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中具有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。一般說(shuō)來(lái)，單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微處理器。(5) 一般單片機(jī)內(nèi)無(wú)監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，只放置有用戶調(diào)試好的應(yīng)用程序。但近年來(lái)也開(kāi)始出現(xiàn)了在片內(nèi)固化有BASIC解釋程序的單片機(jī)。2. 單片機(jī)的發(fā)展與趨勢(shì)由于單片機(jī)具有以上特點(diǎn)，因此在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、智能化設(shè)備和各種家用電器等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著微電子工藝水平的提高，近十年來(lái)單片微型計(jì)算機(jī)有了飛速的發(fā)展。歸納起來(lái)，它是沿著兩條路發(fā)展的：1.改進(jìn)集成電路制造工藝，提高芯片的工作速度，降低

14、工作電壓和降低功耗：2.在保留共同的CPU體系結(jié)構(gòu)，最基本的外設(shè)裝置（如異步串行口，定時(shí)器等）和一套管用的指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，把不同的外設(shè)裝置集成到芯片內(nèi)，在同一個(gè)家族內(nèi)繁衍滋生出各種型號(hào)的單片機(jī)。另外在單片機(jī)的應(yīng)用中，可靠性是首要因素，為了擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，提高單片機(jī)自身的可靠性是一種有效方法。近年來(lái)，單片機(jī)的生產(chǎn)廠家在單片機(jī)設(shè)計(jì)上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，主要表現(xiàn)在一下幾點(diǎn)：(1) EFT(Electrical Fast Transient)技術(shù)(2) 低噪音布線技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)(3) 采用低頻時(shí)鐘總之，單片機(jī)在目前的發(fā)展形勢(shì)下，表現(xiàn)出幾大趨勢(shì)：可靠性及應(yīng)用水

15、平越來(lái)越高，和internet連接已是一種明顯的走向；所集成的部件越來(lái)越多；功耗越來(lái)越低；和模擬電路結(jié)合越來(lái)越多。3.單片機(jī)選擇本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心。經(jīng)過(guò)多方面因素的比較考慮，本系統(tǒng)采用的單片機(jī)型號(hào)是STC90C516RD+。單片機(jī)/MCU主要有51基本型和52增強(qiáng)型，而相比之下51型比52型功能更為溫度，ROM和RAM存儲(chǔ)空間更大?；诒鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的需要，綜合考慮后，我們選擇單片機(jī)ATME公司的STC90C51為控制核心；主要基于考慮是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）

16、、6個(gè)中斷源；時(shí)鐘頻率0-24MHz；器件采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，并兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，功能強(qiáng)大。(2) STC90C51介紹STC90C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和256K bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，STC90C51單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。 主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容8

17、K字節(jié)可重擦寫(xiě)FLASH閃存存儲(chǔ)器1000次寫(xiě)/擦循環(huán)時(shí)鐘頻率：0Hz24MHz三級(jí)加密存儲(chǔ)器256字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O口線 3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 圖3.4 引腳圖6個(gè)中斷源可編程串行UART通道低功耗的空閑和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路STC90C51有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫(xiě)口線，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，STC90C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。同時(shí)，STC90C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但

18、允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)本. STC90C51有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 STC90C51引腳功能：·VCC：電源電壓·GND：地·P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口P0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗

19、輸入端用。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)器件激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。·P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。 與STC90C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/

20、T2）和輸入(P1.1/T2EX)，參見(jiàn)表3.4.1。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。表3.4.1為 P1.0和P1.1的第二功能·P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口P2寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，同時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。 在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVDPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVRI指令）

21、時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。·P3口：P3口時(shí)一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-2所示：此外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。·RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。·ALE

22、/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。表3.4.2 P3口第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外中斷0）P3.3INT1（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)3.5 煙霧傳感器的選擇與簡(jiǎn)介：MQ-XL-V2.

23、0煙霧傳感器模塊簡(jiǎn)要說(shuō)明：一、 尺寸：32mm X22mm X27mm 長(zhǎng)X寬X高二、 主要芯片：LM393、ZYMQ-2氣體傳感器三、 工作電壓：直流5伏四、 特點(diǎn)：1、具有信號(hào)輸出指示。2、雙路信號(hào)輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）3、TTL輸出有效信號(hào)為低電平。（當(dāng)輸出低電平時(shí)信號(hào)燈亮，可直接接單片機(jī)） 4、模擬量輸出0-5V電壓，濃度越高電壓越高。5、對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度。6、具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。五、應(yīng)用：適用于家庭或工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等監(jiān)測(cè)裝置。六、煙霧傳感器的原理圖如下圖:3.6 液晶顯示器件與

24、語(yǔ)言編程模塊對(duì)于本系統(tǒng)要有顯示裝置完成顯示功能。顯示器最好能夠顯示數(shù)據(jù)、圖形?？紤]到同種LCD顯示器的屏幕越大體積越大，功耗越大的特點(diǎn)，在同類產(chǎn)品中選用了AMPIRE128X64液晶顯示模塊。該型號(hào)顯示器消耗電量比較低，可以滿足系統(tǒng)要求。該類液晶顯示模塊采用動(dòng)態(tài)的液晶驅(qū)動(dòng)，可用5V供電。1AMPIRE128X64液晶模塊引腳說(shuō)明AMPIRE128X64液晶共有22個(gè)引腳，其引腳說(shuō)明如表3-6-1所示：表3.6.1 液晶引腳說(shuō)明管腳名稱管 腳 定 義/CSA片選1/CSB片選2VSS數(shù)字地VDD邏輯電源+5VV0對(duì)比度調(diào)節(jié)R/S指令數(shù)據(jù)通道R/W讀寫(xiě)選擇E使能選擇DB0-DB7數(shù)據(jù)線CS1片選1

25、CS2片選2/RES復(fù)位信號(hào)VEE液晶驅(qū)動(dòng)電源LED+LED背光正電源LED-LED接地端AMPIRE128X64液晶顯示模塊與計(jì)算機(jī)的接口電路有兩種方式。它與單片機(jī)的接口方法分為直接訪問(wèn)方式和間接控制方式。直接訪問(wèn)方式是把液晶模塊作為存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備直接接在單片機(jī)的總線上，單片機(jī)以訪問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。間接控制方式則不使用單片機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的I0口來(lái)實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的Pl口連接作為數(shù)據(jù)總線，另外三根時(shí)序控制信號(hào)線通常利用單片機(jī)的P3口中未被使用的IO口來(lái)控制。這種訪問(wèn)方式不占用存儲(chǔ)器空間，它的接口電路與時(shí)序無(wú)關(guān)，

26、其時(shí)序完全靠軟件編程實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用間接控制方式。液晶顯示工作原理介紹以下為液晶顯示電路接線原理圖見(jiàn) 圖3.6.22.在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)有點(diǎn)：顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕：液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕的多。功耗低：相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部

27、的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其他顯示器要少的多。3. LCD按其顯示方式通?？梢苑譃閿嗍健Ⅻc(diǎn)字符式、點(diǎn)陣式等。還有黑白、多灰度、彩色顯示等。液晶顯示原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就顯示黑色，這樣就可以顯示出圖形。針對(duì)于本系統(tǒng)要顯示漢字，字母，數(shù)字等，以及其在一個(gè)界面同時(shí)要顯示的字?jǐn)?shù)，本系統(tǒng)要以圖形的形式顯示各運(yùn)行結(jié)果，我們最終選擇AMPIRE128x64型號(hào)的LCD。 字符顯示：字符顯示比較復(fù)雜，一個(gè)字符由16x8點(diǎn)陣組成，即要找到和顯示屏是某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的RAM區(qū)的字節(jié)，再使不同的位置為1其他的為0；為1的點(diǎn)亮，為0的不亮，這樣就顯示出一個(gè)字符。4.漢字顯示

28、：漢字顯示和字符顯示的原理差不多，就是一個(gè)漢字一般采用圖形方式，事先從微機(jī)中用字模軟件提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼，每個(gè)漢字占32B，為為兩部分，各16B。根據(jù)在LCD上開(kāi)始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)就可以找出顯示RAM的對(duì)應(yīng)地址，送上漢字要顯示的第一字節(jié)，以此類推，最后送完32B，這樣漢字就顯示出來(lái)了。系統(tǒng)的液晶顯示字體和字母的顯示就是按照上述的原理顯示的，點(diǎn)陣碼是用字模軟件在相同的設(shè)置區(qū)域找出的。然后把提取的點(diǎn)陣碼放入編寫(xiě)的LCD軟件程序里。第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件組成軟件設(shè)計(jì)部分主要包括：編寫(xiě)語(yǔ)言軟件Keil軟件、STC程序?qū)胲浖⒋谡{(diào)試軟件V2.0、主程序/子程序流程的設(shè)計(jì)、功能模塊

29、程序的編寫(xiě)、軟/硬件結(jié)合調(diào)試與演示。主要包括以下功能模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)C51驅(qū)動(dòng)、煙霧濃度檢測(cè)、LCD液晶顯示、時(shí)鐘、按鍵、模數(shù)轉(zhuǎn)換、蜂鳴器報(bào)警、電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中,我主要負(fù)責(zé)的任務(wù)的是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖的總體設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)框圖的總體分析，各硬件與軟件之間的聯(lián)動(dòng)。4.2 軟件結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)初始化、按鍵掃描顯示選擇菜單測(cè)量相關(guān)設(shè)置數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)初始化、按鍵掃描系統(tǒng)初始化、按鍵掃描系統(tǒng)初始化、按鍵掃描圖4.24.3 Keil編譯軟件介紹 1. Keil軟件簡(jiǎn)介單片機(jī)開(kāi)發(fā)中除必要的硬件外，我們寫(xiě)的匯編語(yǔ)言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了

30、。機(jī)器匯編是通過(guò)匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于MCS-51單片機(jī)的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開(kāi)發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編程器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤(pán)空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。2.系統(tǒng)概述 Keil C51是美國(guó)的Keil So

31、ftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用C語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下翻譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)。Keil編程軟件幾乎可以說(shuō)是C語(yǔ)言編程的不二之選。4.4 Main主程序模塊 1.主程序?qū)崿F(xiàn)的功能報(bào)警結(jié)束判斷是否超標(biāo)處理顯示數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)

32、換初始化CPU開(kāi)始 主程序流程圖4.4.12. 模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能就是把經(jīng)放大器放大的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并傳送給單片機(jī)。STC51轉(zhuǎn)換的流程圖如下圖：字節(jié)數(shù)據(jù)校驗(yàn)進(jìn)入指定寄存器結(jié)束選擇2字節(jié)數(shù)據(jù)輸入通道控制字產(chǎn)生時(shí)鐘周期使能芯片開(kāi)始數(shù)模轉(zhuǎn)換流程圖4.4.23.Main程序模塊：/*- 名稱：IIC協(xié)議 PCF8591 AD/DA轉(zhuǎn)換 Main程序內(nèi)容：煙霧傳感器模擬量 使用液晶顯示-*/ #include <reg52.h> #include "i2c.h"#include "delay.h"#include

33、 "1602.h"#include <stdio.h>#define AddWr 0x90 /寫(xiě)數(shù)據(jù)地址 #define AddRd 0x91 /讀數(shù)據(jù)地址#define OVERC 2 /定義超濃度報(bào)警數(shù)值sbit SPK=P12; /定義喇叭端void DelayUs2x(unsigned char t);/函數(shù)聲明 void DelayMs(unsigned char t);extern bit ack;unsigned char ReadADC(unsigned char Chl);bit WriteDAC(unsigned char dat);/*-

34、主程序-*/main()unsigned int num; unsigned char i;unsigned char temp16;float Voltage; /定義浮點(diǎn)變量LCD_Init(); /初始化液晶DelayMs(20); /延時(shí)有助于穩(wěn)定LCD_Clear(); /清屏LCD_Write_String(0,0," jiaquan sensor ");while (1) /主循環(huán)num=0;for(i=0;i<16;i+)tempi=0;for(i=0;i<5;i+)DelayMs(2);num+=ReadADC(0); num=(float)n

35、um/5; Voltage=(float)num*5/256; /根據(jù)參考電源VREF算出時(shí)間電壓，float是強(qiáng)制轉(zhuǎn)換符號(hào)，用于將結(jié)果轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)型Voltage=Voltage*20;sprintf(temp," %3.2f% ",Voltage);/格式輸出電壓值，%3.2f 表示浮點(diǎn)輸出，共3位數(shù)，小數(shù)點(diǎn)后2位LCD_Write_String(2,1,temp);if(Voltage>6)/DelayMs(1); /發(fā)出大約500Hz的方波 頻率越大聲音越尖SPK=!SPK;/主循環(huán)中添加其他需要一直工作的程序/DelayMs(200);/DelayMs(200

36、);/DelayMs(200);DelayMs(2);/*- 讀AD轉(zhuǎn)值程序輸入?yún)?shù) Chl 表示需要轉(zhuǎn)換的通道，范圍從0-3返回值范圍0-255-*/unsigned char ReadADC(unsigned char Chl) unsigned char Val; Start_I2c(); /啟動(dòng)總線 SendByte(AddWr); /發(fā)送器件地址 if(ack=0)return(0); SendByte(0x40|Chl); /發(fā)送器件子地址 if(ack=0)return(0); Start_I2c(); SendByte(AddWr+1); if(ack=0)return(0);

37、 Val=RcvByte(); NoAck_I2c(); /發(fā)送非應(yīng)位 Stop_I2c(); /結(jié)束總線 return(Val); /*- 寫(xiě)入DA轉(zhuǎn)換數(shù)值輸入?yún)?shù)：dat 表示需要轉(zhuǎn)換的DA數(shù)值，范圍是0-255-*/*bit WriteDAC(unsigned char dat) Start_I2c(); /啟動(dòng)總線 SendByte(AddWr); /發(fā)送器件地址 if(ack=0)return(0); SendByte(0x40); /發(fā)送器件子地址 if(ack=0)return(0); SendByte(dat); /發(fā)送數(shù)據(jù) if(ack=0)return(0); Stop_I

38、2c(); */4.5 報(bào)警電路和電機(jī)啟動(dòng)電路簡(jiǎn)介在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過(guò)指示燈或數(shù)碼顯示來(lái)指示，供操作人員參考，了解系統(tǒng)的工作狀況。但對(duì)于某些緊急狀態(tài)，比如系統(tǒng)檢測(cè)到的錯(cuò)誤狀態(tài)等，為了使操作人員不至于忽視，及時(shí)采取措施，往往還需要有某種更能引人注意，提起警覺(jué)的報(bào)警信號(hào)。這種報(bào)警信號(hào)通常有三種類型：一是閃光報(bào)警，因?yàn)殚W動(dòng)的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報(bào)警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽(tīng)覺(jué)器官，易于引起和加強(qiáng)警覺(jué)；三是語(yǔ)音報(bào)警，不僅能起到報(bào)警作用，還能直接給出警報(bào)種類的信息。其中，前兩種報(bào)警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件編程方便，常常在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用；而語(yǔ)音報(bào)警雖然警報(bào)信息較

39、直接，但硬件成本高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軟件量也增加。單頻音報(bào)警,實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警的接口電路比較簡(jiǎn)單，其發(fā)音元件通?？刹捎脡弘姺澍Q器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加315V直流工作電壓，就能產(chǎn)生3kHZ左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗電少，更適于在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。壓電式蜂鳴器，約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可在某端口接上一只三極管和電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，如圖4.5.1所示。在圖2中，P1.0接三極管基極輸入端，當(dāng)P1.0輸出高電平“1”時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的通電而發(fā)音，當(dāng)P1.0輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)音。 圖4.5.1圖4.5.2 單頻音報(bào)警電路圖基于本系統(tǒng)的需求和功耗要求，只

40、需要基本的報(bào)警功能即可，我選擇采用的是三極管驅(qū)動(dòng)的單音頻報(bào)警電路。 下圖為報(bào)警電路接線圖 圖4.5.24.6 Proteus軟件仿真系統(tǒng)主電路圖4.7 設(shè)計(jì)完成流程圖1.Main主程序圖2.程序?qū)雸D3.煙霧測(cè)量報(bào)警效果圖結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)綜合介紹了甲醛的性質(zhì)、危害、用途、污染來(lái)源和甲醛的檢測(cè)方法，分析探討了甲醛氣體傳感器的研究現(xiàn)狀和現(xiàn)有甲醛氣體傳感器的種類及其存在的問(wèn)題，并且制作了甲醛氣體傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵守體積小，質(zhì)量輕，性價(jià)比高的特點(diǎn)。在大三即將畢業(yè)之際，在我們小組和老師的溝通努力下，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的不懈努力，順利完成了甲醛氣體檢測(cè)儀這個(gè)系統(tǒng)的制作，并順利完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的論文。在這個(gè)過(guò)程中，我們都學(xué)到了很多知識(shí)，也有很多的感慨。本設(shè)計(jì)我負(fù)責(zé)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，結(jié)構(gòu)框圖的總體分析。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了很多的困難，也學(xué)到了不少的知識(shí)。對(duì)于用Keil軟件編程方面，必須有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，哪怕是一點(diǎn)點(diǎn)的疏忽，都會(huì)造成很嚴(yán)重的后果。并且，進(jìn)一步深刻的理解了煙霧傳感器、STC90C51單片機(jī)、