汽车内空气质量检测及净化装置的设计及文献综述

东华理工大学长江学院毕业设计（论文）摘要I摘要本设计是对汽车内空气质量检测及净化装置的设计，系统以单片机AT89C52为核心，辅以必要的外部电路，实现了空气质量的监测和净化。其主要模块除单片机控制部分外，还有空气质量测量、A/D转换（ADC0809N）、异常报警和负离子发生器等。系统采用QS01空气质量传感器对汽车内空气质量进行测量；同时通过ADC0809N进行A/D转换将模拟量转换结果给AT89C52对空气质量进行比较，并实现污染超标声光报警同时启动负离子发生器进行净化空气。关键词空气净化系统；单片机AT89C52；空气质量传感器QS01；ADC0809N；负离子发生器东华理工大学长江学院毕业设计（论文）ABSTRACTIIABSTRACTTHISDESIGNISTOTHEAUTOMOBILEINTHEAIRQUALITYEXAMINATIONANDTHEPURIFICATIONDESIGN,THESYSTEMTAKEMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITAT89C52ASACORE,AUXILIARYBYNECESSITYEXTERIORELECTRICCIRCUIT,HASREALIZEDTHEAIRQUALITYMONITORANDTHEPURIFICATIONITSMAINMODULEBESIDESMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITCONTROLSECTION,BUTALSOHASFREETIMETHEMAKINGSQUANTITYSURVEY,A/DTOTRANSFORMADC0809N,EXCEPTIONALLYTOREPORTTOTHEPOLICEANDTHEANOINGENERATORANDSOONTHESYSTEMUSESTHEQS01AIRQUALITYSENSORTHEAIRQUALITYTOCARRYONTHESURVEYTOTHEAUTOMOBILEINMEANWHILEWILLCARRYONA/DTHROUGHADC0809NTOTRANSFORMWILLSIMULATETHEQUANTITYTRANSFORMATIONRESULTTOCARRYONTHECOMPARISONFORAT89C52TOTHEAIRQUALITY,ANDWILLREALIZETHEPOLLUTIONEXCEEDINGTHEALLOWEDFIGUREACOUSTOOPTICSWARNINGSIMULTANEOUSLYTOSTARTTHEANOINGENERATORTOCARRYONTHESCAVENGINGAIRKEYWORDSAIRPURIFICATIONDEVICESAT89C52；AIRQUALITYSENSORQS01；ADC0809N；ANOINGENERATOR东华理工大学长江学院毕业设计（论文）目录III目录摘要I关键词IABSTRACTIIKEYWORDSII绪论11系统设计211设计任务及要求2111设计任务2112设计要求212总体设计方案3121系统总体电路图3122系统总体设计思路及方框图3123各方案论证及选择4124系统组成613本章小结62各功能模块的工作原理电路设计721控制模块AT89C52简介722空气质量传感器模块10221空气质量传感器的简介10222空气质量传感器工作原理1123A/D转换模块ADC0809N简介13231ADC0809N的逻辑结构13232、ADC0809N的引脚功能1424DM74LS90N功能1725空气净化装置的工作原理1926本章小结213系统软件程序设计2231控制系统主程序2232A/D转换模块程序设计25321ADC0809N工作原理25322A/D转换流程图及程序2533报警功能模块27331报警功能模块电路及流程图28332报警程序304软件调试315展望32总结33东华理工大学长江学院毕业设计（论文）目录IV致谢34参考文献35附录36附录1各模块和单片机最小系统的连接36附录2系统源程序清单36文献综述40东华理工大学长江学院毕业设计（论文）绪论1绪论车内空气污染已经成为公认的威胁人体健康的严重环境污染，汽车内空气净化清洁装置势在必行。车内病毒、霉菌、甲醛、烟碱、苯、一氧化碳、光磁辐射等内有毒气体使人产生困倦、无力、胸闷、精神恍惚和过敏等现象，是造成交通事故的隐患。目前市场上还没未出现此类似产品。这篇设计是在摸索着设计，由于理论知识和实践经验的欠缺，其中肯定有很多不足，有待指正。此装置采用以单片机AT89C52为核心，通过ADC0809N将空气质量传感器输出的模拟信号转化为数字信号，利用AT89C52来判断空气质量是否合格，如果空气质量合格，绿指示灯亮，如果空气质量不合格，红指示灯亮，并启动蜂鸣器跟空气净化装置，从而达到对空气的检测与处理。本装置的空气净化装置采用活性碳的吸附作用跟离子交换器。采用软硬件结合，来实现对空气的净化。根据此装置设计分工，分为硬件和软件两部分。笔者负责软件部分，硬件部分由其合作者廖全同学负责设计。因此本设计分成软件部分和硬件部分。本文主要偏重软件部分编写，其中软件编写本文中采用汇编语言编写1，对一些选用的硬件器件作了简单的介绍。本设计中的主要元器件AT89C52微型单片机；空气质量传感器QS01；ADC0809NA/D转换。本设计硬件电路总体可分为四大部分第一部是单片机AT89C52为中心的主控电路，同时AT89C52为整个电路的数据处理与控制核心。第二部分是ADC0809N将模拟量转换给AT89C52和DM74LS90N作为分频器与ADC0809N和单片机相连。第三部分是以蜂鸣器和发光二极管为主的报警装置。第四部分是空气净化装置与单片机相连，实现空气净化。论文研究的主要内容系统的软件设计单片机控制电路主要由一片AT89C52和ADC0809N组成。ADC0809N进行模拟量转换结果给AT89C52，AT89C52主要实现对空气污染是否超标进行判断且声光报警并启动负离子发生器。单片机是整个系统的核心和控制中心，系统的各部分数据都是送到单片机进行处理，而且所有的命令都是由单片机发出，所以对单片机的软件开发是非常重要的，它关系整个系统的功能。东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统设计21系统设计11设计任务及要求111设计任务设计一个可实施的车内空气净化和清洁装置112设计要求设计拟达到的主要目标及技术参数（1）能依据空气污染指数来判断空气是否合格（当R0上的电压值超过20MV时为不合格）。（2）当空气不合格时，能发出报警信号，并启动空气净化装置。（3）能净化空气达标。（4）装置能适合安装于车内（体积小）。图111汽车内空气净化与清洁装置外型实物图东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统设计312总体设计方案121系统总体电路图VDD5INT1P10/T21P11/T2EX2P123P164P145P176P157P138RST9P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17XTAL218XTAL119VSS20P20/A821P21/A922P22/A1023P23/A1124P24/A1225P25/A1326P26/A1427P27/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P07/AD732P06/AD633P05/AD534P04/AD435P03/AD336P02/AD237P01/AD138P00/AD039VCC40U21AT89C5212Y1110592M33PFC733PFC8100PFCS17VCC12KR16RDWRVCCVCC1KR21LS1SPEAKERQ290134K7R20001UFC11KR2D1D2IN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLK10VCC11REF12GND13D114D215REF16D017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25IN026IN127IN228U7ADC0809NVDD5QC8QB9GND10QD11QA12A14B1R012R023VCC5R916R927U6DM74LS90NRDWRVCCP00P01P02P03P04P05P06P07ALE12U0ASN74F04D231U1ASN74F02D564U1BSN74F02D12U1ASN74F04DP20P21P22P07VCC1KR2123空气质量传感器4K7R22Q39013VCCD1P13VCCP13东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统设计4与此同时启动蜂鸣器跟空气净化装置。3系统框图如图122所示。123各方案论证及选择（1）控制器模块对于控制器的选择有两种方案。方案一采用FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。由检测模块输出的信号并行输入FPGA，FPGA通过程序设计控制电机做出相应的转动，但由于本设计对数据处理的速度要求不是很高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。AT89C52控制器模块74LS90N5分频器绿指示灯模块蜂鸣器模块A/D转换模块传感器模块图122总体设计方框图红指示灯模块空气净化装置模块电源模块东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统设计5方案二采用AT89C52作为系统的控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。5综合考虑以上两种方案，通过比较，本设计选择采用方案二，单片机控制的方框图如图122所示。在本设计中，AT89C52通过ADC0809NA/D转换接收空气质量传感器的模拟量，负责监测空气质量是否合格，控制空气净化装置和报警装置。（2）报警模块方案一采用单片机或可编程逻辑器件完成。由于本系统的控制器是采用单片机的，使用单片机直接驱动发光二极管和蜂鸣器，不仅可以有效地利用系统的资源、简化电路，同时还可以实现多种报警功能。这样大大增强了液体点滴监控装置的实用性。方案二采用分立元件来实现。用分立元件大大增加了电路的复杂程度，而且不能很好的实现多种报警功能。基于以上分析，本设计采用单片机了来实现电路的报警功能。（3）传感器模块采用空气质量传感器QS01来实现。（4）分频器模块采用74LS90N五分频芯片来实现。（5）A/D转换模块采用ADC0809N来实现。ADC0809N是8位、逐次比较式A/D转换芯片，具有地址锁存控制的8路模拟开关，应用单一5V电源，其模拟量输入电压的范围为05V，对应的数字量输出为00HFFH，转换时间为100US，无须零或调整满量程。16（6）空气净化装置模块采用活性碳和换气箱。（7）电源模块过去，汽车内的电器较少，通常的12伏和14伏电源系统已能满足需要，因此一直沿用了50年。然而，随着电器和各种电子装备的大量使用，14伏所能提供的功率，已满足不了汽车的发展需要。42伏系统为车辆的结构改进提供了更大的可能性。使用42V电源系统，发动机的一些附件，如转向助力泵、水泵、冷却风扇、空调压缩机和气泵等，可以直接由新的电源系统驱动，从而减少空转消耗，提高能源利用效率。此外，这些部件也可以从发动机中分离出来，减少发动机的部件数量，改善设计，提高发动机的效率。对于电动制动系统，由电源直接驱动，可以省去液压或气压系统，带来更好的驾驶舒适性和更好的燃油经济性。在本设计中由于装置需要的功率不是很高，所以使用汽车内的12V直流电源对其整个电路供电。（8）指示灯模块东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统设计6采用绿，红2种发光二极管。124系统组成经过仔细分析和论证，确定了各系统模块的最终方案如下（1）控制模块采用AT89C52控制；（2）报警模块采用单片机驱动蜂鸣器；（3）传感器模块采用空气质量传感器QS01；（4）指示灯模块采用发光二极管（红，绿）；（5）A/D转换模块采用ADC0809N型芯片；（6）空气净化装置模块采用单片机驱动离子交换器；（7）电源模块采用12V的汽车电源；13本章小结本章主要介绍本次设计的基本要求和总体设计方案，并对各模块的方案选择作了详细的论证。东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计72各功能模块的工作原理电路设计21控制模块AT89C52简介AT89C52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），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52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，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。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成本。9图211AT89C52芯片引角图东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计8管脚说明如表211所示。19名称管脚号类型名称与功能VSS20I地VCC40I电源提供掉电、空闲、正常工作电压P00073932I/OP0口P0口是开漏双向口，可以写为1使其状态为悬浮用作高阻输入。P0也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存储器时作数据总线，此时通过内部强上拉输出1。P10171812I/OP1口P1口是带内部上拉的双向I/O口，向P1口写入1时，P1口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时，被外部拉低的P1口会因为内部上拉而输出电流。P1口第2功能T2P10定时/计数器2的外部计数输入/时钟输出。T2EXP11定时/计数器2重装载/捕捉/方向控制。东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计9P20272128I/OP2口P2口是带内部上拉的双向I/O口，向P2口写入1时，P2口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时，被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流。在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和16位地址MOVXDPTR此时通过内部强上拉传送1。当使用8位寻址方式MOVRI访问外部数据存储器时,P2口发送P2特殊功能寄存器的内容。P303710171011121314151617I/OP3口P3口是带内部上拉的双向I/O口，向P3口写入1时，P3口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时，被外部拉低的P3口会因为内部上拉而输出电流。P3口还具有以下特殊功能RXDP30串行输入口TXDP31串行输出口外部中断0外部中断T0P34定时器0外部输入T1P35定时器1外部输入外部数据存储器写信号外部数据存储器读信号RST9I复位当晶振在运行中，只要复位管脚出现2个机器周期高电平即可复位，内部有扩散电阻连接到VSS，仅需要外接一个电容到VCC即可实现上电复位。东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计10ALE30O地址锁存使能在访问外部存储器时，输出脉冲锁存地址的低字节，在正常情况下，ALE输出信号恒定为1/6振荡频率。并可用作外部时钟或定时，注意每次访问外部数据时一个ALE脉冲将被忽略。ALE可以通过置位SFR的AUXLILARY0禁止，置位后ALE只能在执行MOVX指令时被激活。29O程序存储使能当执行外部程序存储器代码时，每个机器周期被激活两次，在访问外部数据存储器时无效，访问内部程序存储器时无效。31I外部寻址使能/编程电压在访问整个外部程序存储器时，必须外部置低。如果为高时，将执行内部程序，除非程序计数器包含大于片内FLASH的地址。该引脚在对FLASH编程时接5V/12V编程电压VPP。如果保密位1已编程，在复位时由内部锁存。XTAL119I晶体1反相振荡放大器输入和内部时钟发生电路输入。XTAL218O晶体2反相振荡放大器输出22空气质量传感器模块221空气质量传感器的简介在本设计中空气质量的检测采用日本进口的QS01空气质量传感器。QSO1是表211引脚介绍东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计11一种二氧化锡半导体气体传感器，可以检测香烟、NH3、酒精、CO等多种空气中的污染气体，灵敏度高，并且响应时间很快，传感器采用塑料外壳，有3个引脚，可在极低的功耗情况下获得极好的感应特性，非常适合应用于空气品质控制系统、排风电扇和空气清新机。7222空气质量传感器工作原理空气质量传感器的标准电路如图2所示。如系统原理图所示，使用时将端子1接电源5V正极，端子3接电源5V负极。端子2接ADC0809N的IN0端。通过测量电阻R1的电压值能够判断空气质量的好坏，我们利用单片机和ADC0809N的A/D转换功能测量电阻R0的电压。由空气质量传感器QS01的特性得知空气质量的污染程度与电阻R0的电压值乘正比例关系，即R0电压值越高，污染程度越高。图221空气质量传感器管脚排列图东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计12下表223所列为空气质量传感器R0电压与空气污染程度参数18R0电压值空气污染指数API质量状况012MV050优1320MV51100良2140MV101200轻度污染困倦无力4160MV201300中度污染精神恍惚60MV300严重污染强烈症状出现某些疾病图222空气质量传感器电路图表223空气质量传感器R0电压与空气污染程度参数表东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计1323A/D转换模块ADC0809N简介231ADC0809N的逻辑结构ADC0809N是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ADC0809对输入模拟量要求信号单极性，电压范围是05V。11图224空气质量传感器R0电压与空气污染程度曲线图东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计14232、ADC0809N的引脚功能图231ADC0809N结构图东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计15IN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLK10VCC11REF12GND13D114D215REF16D017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25IN026IN127IN228U7ADC0809N对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下IN7IN0模拟量输入通道ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为STA、B、C地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。图232ADC0809N引脚图东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计16EOC转换结束信号。EOC0,正在进行转换；EOC1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE0，输出数据线呈高阻；OE1，输出转换得到的数据。VCC5V电源。VREF参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为5VVREF5V,VREF5V。ADC0809N与单片机的连接示意图图233ADC0809N与单片机的连接图东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计1724DM74LS90N功能图24174LS90引脚图东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计18表24274LS90功能表通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0（1）、R0（2）对计数器清零，借助S9（1）、S9（2）将计数器置9。其具体功详述如下（1）计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。（2）计数脉冲从CP2输入，QDQLQH作为输出端，为异步五进制加法计数器。（3）若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。（4）若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。（5）清零、置9功能。（6）异步清零当R0（1）、R0（2）均为“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA0000。A置9功能当S9（1）、S9（2）均为“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA100114东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计19CLK10QC8QB9GND10QD11QA12A14B1R012R023VCC5R916R927U6DM74LS90NVCCALECLK是时钟端，因为ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因芯片的时钟频率最高只可工作于640KHZ，AT89C52晶振频率12MHZ，故本设计中由单片机AT89C52的ALE引脚经DM74LS90N五分频后接向该引脚。25空气净化装置的工作原理在本文设计中采用活性炭的吸附跟负离子交换器来做为空气净化装置，净化原理如图251所示。图251空气净化装置示意图过滤器离子交换器串离子板垫风扇活性碳图243DM74LS90N与AT89C52和ADC0809N的具体连接图东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计20活性炭表面积大，具有发达孔隙结构，有亿万以上的纳米孔，具有极强的吸附力，是竹炭等吸附力的5倍，具有净化空气、除湿、去味、杀菌等功效。活性炭在世界上广泛应用于生化防毒面具、制药、化学气体清除、纯净水过滤等领域，技术成熟、安全可靠，无毒性和副作用。活性炭用于吸附、净化室内装修材料及新购家俱残留的甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨气、氡气及总挥发性有机化合物（TVOC）等所有对人体有毒有害的气体和空气中的浮游细菌。具有吸味、去毒、除臭、去湿、防霉、杀菌、净化等综合功能。有效去除室内各种异味。净化空气用的活性碳内部有发达的空隙结构和丰富的微孔组织，这些微孔组织具有强大的吸附力场，当空气中的有毒有害气体与活性炭接触时，活性炭微孔强大的吸附力场，能将有毒气有害体的分子吸附到微孔内。当利用活性炭净化空气时，为了充分发挥活性炭的功效，人们往往强迫需要净化的空气，通过由活性碳制成的滤芯装置，使污染空气能充分与活性炭接触，活性炭内部发达的微孔，就能迅速、完全、彻底地吸附空气中有毒有害气体，达到净化空气保护人体安全的目的。被吸附的有毒有害气体的分子从活性碳的微孔中释放出来的过程，叫活性碳的“脱附”，或者叫活性炭的“再生”。活性碳的“脱附”需要在特定的设备中，通过热再生、化学洗脱、溶剂萃取再生、生物再生等复杂的工艺方法才能完成。因此，在本设备中，被吸附在活性碳微孔中的有毒有害气体分子，是不可能自己泄露出来的。负离子发生器，通过气体放电产生大量的负离子，这些负离子一方面对人体健康有直接的有益作用，另一方面负离子可以对室内环境中的污染物发生作用，使污染物浓度降低；在AT89C52的P13口接上空气净化装置，当AT89C52判断到空气质量不合格图252空气净化装置的电路连接图东华理工大学长江学院毕业设计（论文）各模块工作原理及电路设计21时，使P13口输出驱动信号使其工作。SETBP1326本章小结本章阐述各控制模块工作原理，具体内容分为以下几部分（1）简单介绍了AT89C52（2）空气质量传感器简介及工作原理（3）对A/D转换模块ADC0809N简单介绍。（4）简单介绍了DM74LS90N芯片及功能（5）空气净化装置工作原理东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统软件程序设计223系统软件程序设计31控制系统主程序51系列单片机的两个中断初始化MCS51中断系统的功能为5个（52子系列为6个）中断源；2个中断优先级，从而可实现二级中断嵌套；每一个中断源的优先级可用程序设定。与中断系统工作有关的特殊功能寄存器有中断允许控制寄存器IE、中断优先级控制寄存器IP以定时器/计数器控制寄存器TCON等。1、中断源1）外部中断0、12）定时器/计数器0、1溢出中断3）串行接口中断2、中断控制1）中断允许控制MCS51有多个中断源，为了便于用户灵活使用，在每一个中断请求信号的通路中设置了一个中断屏蔽触发器。中断屏蔽触发器与中断允许触发器由中断允许寄存器IE控制工作。IE的每一位都可以由软件置1或清零。且1中断允许，0中断屏蔽。CPU中断允许位EA定时器/计数器2中断允许位ET2串行接口中断允许位ES定时器/计数器1中断允许位ET1外部中断1中断允许位EX1定时器/计数器0中断允许位ET0外部中断0中断允许位EX0。2）中断优先权选择MCS51单片机有两个中断优先级，它是由中断优先级寄存器IP控制。IP中的每一位都可以由软件来置1或清零，且1高优先级，0低优先级。定时器/计数器2中断优先级选择位PT2串行口中断优先级选择位PS定时器/计数器1中断优先级选择位PT1外部中断1中断优先级选择位PX1定时器/计数器0中断优先级选择位PT0外部中断0中断优先级选择位PX0。同一优先级中的中断源优先权排队由中断系统的硬件确定，用户无法自行安排。83、中断响应MCS51的CPU在每个机器周期的S5P2期间顺序采样各中断请求标志位，如有置位，且下列三种情况都不存在，那么，在下一周期的S1期间响应中断。否则，采样的结果被取消。中断服务程序的最后一条指令必须是中断返回指令RETI。保护现场及恢复现场的工作必须由用户设计的中断服务程序处理，有些中断请求的撤除也要由中断服务程序来实现。4、中断请求的撤除CPU响应中断请求后，在中断返回（执行RETI）前，必须撤除请求，否则会错误地再一次引起中断过程。对于定时器/计数器0、1的中断请求及跳变触发方式东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统软件程序设计23的外部中断0、1，CPU在响应中断后用硬件清除了相应的中断请求标志TF0、TF1、IE0、IE1，即自动撤除了中断请求。对于串行接口中断及定时器/计数器2中断，CPU响应中断后没有用硬件清除中断标志位，必须由用户编制的中断服务程序来清除相应的中断标志。对于电平触发的外部中断，由于CPU对INT0、INT1引脚没有控制作用，也没有相应的中断请求标志位，因此需要外接电路来撤除中断请求信号。整套系统由软件进行实时控制，系统主程序用汇编语言编写，系统先对空气质量进行采集，并与设定标准值进行比较，当超标时系统控制声光报警且同时净化空气。系统主程序流程图如下图31所示。主程序定时器初始化，用于读取空气质量时序。外部中断1采用跳变触发方式。当A/D转换完毕后发出中断请求等待读取数据。10主程序段初始化程序段STARTMOV47H，20空气质量上限MOV48H，0空气质量下限MOVIE，10000110B开中断MOVTMOD，00010001设T0工作方式（T0工作在方式1，定时器）MOVTH0，15H设定定时/计数器初值MOVTL0，A0SETBTR0，启动T060MS定时用于读空气质量时序东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统软件程序设计24初始化空气质量采样报警是否符合标准返回YN空气调节同步主程序流程图31开始东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统软件程序设计2532A/D转换模块程序设计321ADC0809N工作原理IN0IN78条模拟量输入通道，ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。CBA选择的通道ADDCADDBADDA选通输入通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。就上述归纳1由控制器发出信号要求ADC0809N开始进行模/数信号的转换。2ADC0809N进行转换动作，转换完毕后发出中断请求等待读数。3由控制器发出信号以读取ADC0809N的转换资料。4由控制器读取数据总线上的数字转换资料。11322A/D转换流程图及程序A/D转换程序MVT0MOVR3,30HR3做为地址指针，指向存放数据的片内RAM地址MOVR4,78H立即数的最低3位用于选择通道，做高位必须为0才能启动A/D转换器MOVXR4,A启动所选择通道的A/D转换，A值无意义SETBEA总开中断SETBEX1开外部中断1CLRF0清采样完成标志东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统软件程序设计26NEXTJBCF0,ELSE采样标志已建起，清该标志，转ELSESJMPNEXTELSELJMPTRANSTRANSMOVXA,R4自ADC0809读得转换后的数字量MOVR3,A存放片内RAMINCR3修改地址指针MOVXR4,A启动新输入通道的A/D转换SETBF0东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统软件程序设计27初始化定时判断是否采样结束结束YN选择通道并启动A/D转换采样A/D转换流程图322开始33报警功能模块东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统软件程序设计28331报警功能模块电路及流程图P11/T2EX21KR21LS1SPEAKERQ290134K7R20001UFC1报警模块的软件功能标志位11为报警，00为不报警，它们都存放在寄存器47H里。在AT89C52的P20/A8口接绿指示灯，当AT89C52判断空气质量合格时，使P20/A8口输出驱动信号让其亮起。在AT89C52的P24/A12口接红指示灯，当AT89C52判断空气质量不合格时，使P24/A12口输出驱动信号让其亮起。在AT89C52的P11/T2EX口接上一个报警电路，当AT89C52判断到空气质量不合格时，使P11/T2EX口输出驱动信号，使蜂鸣器发声，发声的时间由AT89C52来控制。当单片机P11端输出高电平时，晶体三极管工作在放大状态，极电流作用在蜂鸣器上，使蜂鸣器发出响声。当单片机P11端输出低电平时，晶体三极管处于截止状态，极电流为零，蜂鸣器无电流输入，处于截止。12图331报警电路图东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统软件程序设计29P20/A821P24/A12251KR2D1D21KR2注P20接绿灯P24接红灯报警响P111红灯亮P241判断是否报警声光报警流程图332YN绿灯亮P201延时绿灯灭P200报警停P110红灯灭P240延时开始东华理工大学长江学院毕业设计（论文）系统软件程序设计30332报警程序报警程序SUBBA47H上限高位比较JNCLOOP2SUBBA,48H下限低位比较JNCLOOP2SETBP20亮绿灯LCALLDELAY延时10MSCLRP20熄灭绿灯SJMPLOOPLOOP2SETBP24亮红灯SETBP11声音报警SETBP13，调节LCALLDELAY延时10MSCLRP24熄灭红灯CLRP11声音报警不响LOOPMOVTH0，15H重新载入定时器初值MOVTL0，A0SJMPSTART333报警延时程序DELAYMOVR5,10DL0MOVR6,0AHDL2MOVR7,18HDL1NOPNOPDJNZR7,DL1DJNZR6,DL2DJNZR5，DL0RET东华理工大学长江学院毕业设计（论文）软件调试314软件调试根据方案设计的要求，电路按模块调试，各模块逐个调试通过后再联调。单片机软件在最小系统上调试，确保所有部分工作正常之后，再与硬件系统联调。由于实验设备、时间等因素限制，本设计没有进行软件调试，这也是本设计中最大的不足。东华理工大学长江学院毕业设计（论文）展望325展望设计一个空气质量检测和空气处理系统。由单片机来判断空气质量是否合格。如果不合格则驱动空气净化装置。能通过空气净化装置，快速的将汽车内的不良空气净化。让车内的人觉得舒适，安逸。此设备也可用于室内。根据设计原理可以设计出大型设备，以便有更广泛的使用空间。东华理工大学长江学院毕业设计（论文）总结33总结经过几个月的艰苦努力，我在本次设计中通过设计车内空气净化和清洁装置过程中体会到，特别是用单片机软件处理控制过程，是单片机在自动控制领域中的灵活运用。而且在实际应用过程中，理论上可行的方案在实际中可能较难实现时，就需要灵活机动地运用各方面的知识，找到简单可行的方案。本系统设计以单片机为核心部分，利用空气质量传感器实现对车内空气质量的检测，通过软件的编程实现车内空气的净化功能。通过本次设计，使我对这四年来所学的知识有了完整的了解，并在以前的基础上得到了进一步巩固。本系统设计以单片机AT89C52为核心部分，利用空气质量传感器QS01技术和实现车内空气污染程度的检测，通过软件的编程实现空气质量超标声光报警同时启动空气清新机。在本次设计的过程中，让我对很多新的器件有了一定的了解，同时遇见了很多以前学习的基础知识，通过复习，使自己的基础知识得到了一定的巩固。这次设计中让我感受最大的是通过查找资料及编写论文，使我的思维开阔了很多，同时解决问题的能力得到了很大的提高。东华理工大学长江学院毕业设计（论文）致谢34致谢本设计论文是在罗勇老师精心指导和大力支持下完成的。罗老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，不仅通过自己的努力也得到了太多的帮助。毕业论文完成之时，也是即将毕业之时。学校四年的学习和生活，为我以后的人生打下了坚实的基础。在此期间得到了许多老师和同学的帮助和支持，笔者将永记心里。在这里一并向曾教导帮助过我的老师和同学们表示衷心感谢。东华理工大学长江学院毕业设计（论文）参考文献35参考文献1周航慈著单片机应用程序设计技术（修订版）M北京航空航天大学出版社,2002112丁元杰主编单片微机原理及应用（第二版）M机械工业出版社,199983能元、孙育才、杨峰MS一51单片徽型计算机原理与接口技术、应用实例北京科学出版社19934胡锦等单片机技术实用教程北京高等教育出版社，200371755胡汗才单片机原理及其接口技术M北京清华大学业出版社20026谷树忠，闫胜利编PROTEL2004实用教程原理图与PCB设计M北京电子工业出版社，200527陈杰等编传感器与检测技术M北京高等教育出版社，200288田良综合电子设计与实践M南京东南大学出版社20029AT89系列单片机原理与应用北京北京航空大学出版社200410范风强著单片机语言C51实战集锦M北京电子工业出版社，200211楚萍串行A/D、D/A转换器与89C51单片机的接口设计J仪表技术，200412邬宽明总线原理和应用系统设计M北京航空航天大学出版社，199613邬宽明总线系统设计中的几个问题J电子技术应用1998，14黄丽雯等微机原理及应用三级A重庆大学出版社199815阳宪惠现场总线技术及应用M清华大学出版社，199916JBRIGNELLANDNWHITE，INTELLIGENTSENSORSYSTEMMBRISTOLIOPPUBLISHINGINC，199417MSGHAUSI，DIVICESANDCIRCUITSDISCRETEANDINTEGRATEDMHOLT，RINEHARTANDWINSTON,198518VTIETZECHSCHENKELECTRONICSCIRCUITSDESIGNANDAPPLICATIONSPRINGERVERLAG199119KEVINSKAHILVHDLFORPROGRAMMABLELOGIC南京东南大学出版社，200220MINKYUSONGANDKUNIHIROASADADESIGNOFALOWPOWER5454BITMULTIPLIERBASEDONANINTELLIGENTWINDOWDETECTORSEMICONDUCTORDESIGNCENTER,SAMSUNGELECTRONICSJAPANCODEPTOFELECTRONICENGINEERING,UNIVERSITYOFTOKYO,2006东华理工大学长江学院毕业设计（论文）附录36附录附录1各模块和单片机最小系统的连接附录2系统源程序清单东华理工大学长江学院毕业设计（论文）附录37VDD5INT1P10/T21P11/T2EX2P123P164P145P176P157P138RST9P30/RXD10P31/TXD11P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17XTAL218XTAL119VSS20P20/A821P21/A922P22/A1023P23/A1124P24/A1225P25/A1326P26/A1427P27/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P07/AD732P06/AD633P05/AD534P04/AD435P03/AD336P02/AD237P01/AD138P00/AD039VCC40U21AT89C5212Y1110592M33PFC733PFC8100PFCS17VCC12KR16RDWRVCCVCC1KR21LS1SPEAKERQ290134K7R20001UFC11KR2D1D2IN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLK10VCC11REF12GND13D114D215REF16D017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25IN026IN127IN228U7ADC0809NVDD5QC8QB9GND10QD11QA12A14B1R012R023VCC5R916R927U6DM74LS90NRDWRVCCP00P01P02P03P04P05P06P07ALE12U0ASN74F04D231U1ASN74F02D564U1BSN74F02D12U1ASN74F04DP20P21P22P07VCC1KR2123空气质量传感器4K7R22Q39013VCCD1P13VCCP13东华理工大学长江学院毕业设计（论文）附录38附录2系统主程序源程序0000SJMPSTART程序开始地址000BSJMPMVT0定时/计数器中断服务入口地址00013SJMPMVTNT1外部中断服务入口地址主程序段初始化程序段STARTMOV47H，20空气质量上限MOV48H，0空气质量下限MOVIE，10000110B开中断MOVTMOD，00010001设T0工作方式（T0工作在方式1，定时器）MOVTH0，15H设定定时/计数器初值MOVTL0，A0SETBTR0，启动T060MS定时用于读空气质量时序MVT0MOVR3,30HR3做为地址指针，指向存放数据的片内RAM地址MOVR4,78H立即数的最低3位用于选择通道，做高位必须为0才能启动A/D转换器MOVXR4,A启动所选择通道的A/D转换，A值无意义SETBEA总开中断SETBEX1开外部中断1CLRF0清采样完成标志NEXTJBCF0,ELSE采样标志已建起，清该标志，转ELSESJMPNEXTELSELJMPTRANSTRANSMOVXA,R4自ADC0809读得转换后的数字量MOVR3,A存放片内RAMINCR3修改地址指针MOVXR4,A启动新输入通道的A/D转换SETBF0SUBBA47H上限高位比较JNCLOOP2SUBBA,48H下限低位比较JNCLOOP2SETBP20亮绿灯LCALLDELAY延时10MSCLRP20熄灭绿灯SJMPLOOPLOOP2SETBP24亮红灯SETBP11声音报警SETBP13，调节LCALLDELAY延时10MSCLRP24熄灭红灯CLRP11声音报警不响LOOPMOVTH0，15H重新载入定时器初值MOVTL0，A0SJMPSTART东华理工大学长江学院毕业设计（论文）附录39DELAYMOVR5,10延时10MSDL0MOVR6,0AHDL2MOVR7,18HDL1NOPNOPDJNZR7,DL1DJNZR6,DL2DJNZR5，DL0RET东华理工大学长江学院毕业设计（论文）文献综述40文献综述车内空气污染已经成为公认的威胁人体健康的严重环境污染，汽车内空气净化清洁装置势在必行。车内病毒、霉菌、甲醛、烟碱、苯、一氧化碳、光磁辐射等内有毒气体使人产生困倦、无力、胸闷、精神恍惚和过敏等现象，是造成交通事故的隐患。本设计以单片机为基础的空气净化器控制系统性能优越，价格低廉能够有效的消除有毒气体成为空气净化器控制系统的首选。其中软件编写本文中采用汇编语言编写。系统的软件设计单片机控制电路主要由一片AT89C52和ADC0809N组成。ADC0809N进行模拟量转换结果给AT89C52，AT89C52主要实现对空气污染是否超标进行判断且声光报警并启动负离子发生器。单片机是整个系统的核心和控制中心，系统的各部分数据都是送到单片机进行处理，而且所有的命令都是由单片机发出，所以对单片机的软件开发是非常重要的，它关系整个系统的功能。本论文在设计过程中，查找了很多相关资料。其中包括中文文献11篇，外文文献5篇。其中很多内容对本课题研究非常有帮助。文献楚萍串行A/D、D/A转换器与89C51单片机的接口设计J仪表技术，由范风强，等单片机语言C51实战集锦M北京电子工业出版社，2002；胡汗才单片机原理及其接口技术M北京清华大学出版社，2002这本书了解到；单片原理及应用，丁元杰，机械工业出版社。该书则详细讲述了AT89S52，AT89S52是新一代单片机系列的代表产品，AT89S52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFALSHPROGRAMMABLEANDERASABLEREADONLYMEMORY）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其功能强大，可ISP在线编程功能，工作率为33MHZ，更快的计算速度，全新的加密算法，兼容性好。综合选择，本文采用AT89C52做为CPU芯片。这两本书中还有学到了单片机编程及管脚扩展和接口等很多方面的知识。文献从能元、孙育才、杨峰等编写的MS一51单片徽型计算机原理与接口技术、应用实例（科学出版社），周荷琴、吴秀清编写的微型计算机原理与接口技术（中国科技大学出版社）和刘乐善主编的微型计算机接口技术及应用（华中科技大学出版社）中我了解到I/O端口地址译码技术、定时/计数技术、中断技术、存储器接口、并行接口、A/D与D/A转换器接口技术，使我从中得到了单片机与各芯片的接口技术启发，还有更多的是了解到AM29F016D的硬件接口技术。文献MINKYUSONGANDKUNIHIROASADADESIGNOFALOWPOWER5454东华理工大学长江学院毕业设计（论文）文献综述41BITMULTIPLIERBASEDONANINTELLIGENTWINDOWDETECTORSEMICONDUCTORDESIGNCENTER,SAMSUNGELECTRONICSJAPANCODEPTOFELECTRONICENGINEERING,UNIVERSITYOFTOKYO,2006以美国ATMEL公司的AT89S52单片机为核心，详细介绍了AT89S52单片机系统具有设计简单、性能可靠、功耗低等优点。它为用户预留下足够的软、硬件资源,可供用户进行再开发应用。该系统除内部已有的4KFLASH存储器外,还可以扩展选址64KROM区和64KRAM区,供用户使用。用户在系统开发时,可以将自己的数据块和程序段、数据表,以若干控制子程序、数据块形式存放于AT89S52单片机的扩展ROM或RAM区中,以便系统工作时重复使用和反复调用。AT89S52单片机还为用户预置了P0、P1、P2、P3四个并行IPO口,为该系统的数据采集和控制提供了足够的端口资源。AT89S52单片机还为用户提供一组全双工串行数据传输端口,可用于单片机系统间的远程数据信息交换。文献胡汗才单片机原理及其接口技术本书全面介绍了目前使用最广泛的MCS51系列单片机的工作原理、指令系统、汇编语言程序设计、输入输出和中断、定时器计数器、串行通信接口、应用编程及系统扩展技术、接口技术、单片机应用系统设计与开发，单片机的C语言编程等内容。本书是作者在总结多年的科研经验和长期单片机教学经验的基础上编写的，内容由浅入深、条理清晰；每章均有应用实例，并附有习题。可作为信息工程、自动化、电气工程及其自动化、计算机应用、机电一体化等专业的单片机课程教材，也可作为工程技术人员的单片机应用技术参考书。以上文献内容都是实现本论文的需要，在文献中学习到了很多有用的知识，也对实现本论文帮助很大。非常感谢所有文献的作者。