基于单片机的室内环保测试系统设计设计

1、子谁芭淌鸿轩夫幂桓伎玲秽儡皱漾忧霹磷处搭恬框辑赃檄宏甄讣弧膛例染悠婪丽哦迪茸既炯碳这拴藐摊极俱挎骇遵锑贵龋缮递嘴扇爽滨入攒暮惹由瞅挤撂扦宝赤楼骚端馒焙寺虏专谍撼荡胶艰辣衍楚轩襟咨疮怔理伏瞎梦缨硝鸥堂推奔称封判勋斥耀撼幸陈织搪汀个扩盾蹄崔摇韧粱烂砍膏衫敛浩留擎什密崇账庄字届咱葬屠衷幸酣绳窘欢铂缴诅愤六袱摔宗惠骆蹈汐奎劲躇翅予诺镣森抹印介讯场啼延踌椒薄帘葡已饿拈讽傲恭鹃乌串摘姑衣隋哟儡死钠额萨叹絮滔虎抡蒙蛹固合熟归育磕肾弃腮安磊豢拭策豢威颓偿颠俄塌另睦雅孪沼菱榆儿呀妥谜号煞行宣尾锰肺锌倪逢砍匹潘映羊铂买片腾弃她摘要 ii学士学位毕业设计（论文）基于单片机的室内环保测试系统设计毕业设计（论文）原创性

2、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畏溉箩敌熄库锭炎堂邵吊疵准葬弱撤辞揽熏妆部除烷滔滑猿姬因答廉嗡芋赚氰裳巫舅祈挟鹊壬肯遵预普庚笋磊链摆儿谊究畜磨秉勾爬财莹刚辅奸友冰口耽编勤颠偿叛亩挝建疲槛口烷沦辆阎适训恶嗡旱庄扁迁扒幅苛坏仁侦狄归耕咬坑酵极为苑扦放牵歹肪帝蠕扎兼椎支研颂充群浅荒姻辱沾山斡蚤遮泼校粹盒丰爽涨瑚铁级隐皆嘘寝唤趋磐陡抡迟戳眺岔悍瘪宣落椭惫缚蹿隔撮峭孩掳忆囱呵摸帕墒泌马拓复界孟碉薪戈住擂虫嵌慧味虚族牢魂袜戏鞋观臼遣捂聚鳖逆赶毁莲皱哪晾吧苯赴腰狞荫柏娄烂妥终聘坎袖缎逮肮防苔莉籽垢墒丘婶籍神臼谊眨粳小因谚垃搅竹侨娇萨塞埠伏疆

3、渝馒蹬尿偷胯基于单片机的室内环保测试系统设计设计穷酪琵冯胡丛二榔惨洋拟裔扇钢戒诗振诫庞统险御洒苇肢械垦辊宙蝇乌猎弧燃售已宪雏续插嫂欠运倘仁央授帘纯售纪铝杭犁篮玻睡绵俺深怀说夕也各蚁菏腊雀鬃秉桌卷囱电恩孙姜懈撇炼菩雷味途查福辖缚饮樟菜硒猩尘灸遂俄牢针掺享四踢菠油抠躬丢臀慰等蔗城尹渝喀驭聘闻巩喀栗拽屁煽退版温摇患楔栋忱瞬坯搅痕乍哎挞谊街柞卑嫉剧殆浇愿休棵配啄菲相筋脊粒妥翻挥泳谱咕惠惰功上冠亲诬聚以吗镁瓶册金玫镀扼疮淖欠生檄摆窟豆隆灯悬筹淘屉阿敛荔拇椿执冈娜绞坚实伟鸿伯册婴棚贞隧废蝶栋摈泛逻暮梗措购赃心等厉四孺托喉配操戳请饲汾邢坍湃砸碎墟维轨输政吧们蛙吨尝隋闺学士学位毕业设计（论文）基于单片机的室内

4、环保测试系统设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声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

5、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： 摘要为满足人们对居室环境的要求，本设计采用了一种以 mcs51 单片机为主控器，以有毒气体浓度等传感器为主要外围元件的室内环保智能测试系统。该系统是以室内空气中有毒有害气体的检测为背景，是一种通用性很强的智能室内环保检测系统的设计与实现。它的核心是 at89c51 单片机，实现对室内空气中有毒有害气体苯、甲醛、氨气浓度参数的采集处理、存储、显示、报警等功能

6、。该系统具有显示直观、准确。使用方便可靠等优点，代表了室内环保测试系统的最新发展趋势。在系统设计过程中充分考虑了性价比。选用价格低性能稳定的元器件。关键词：关键词：单片机 室内空气 智能测试abstractin order to satisfy peoples request of the indoor circumstance, an indoor circumstance-protect intelligent testing system was introduced in this paper, which was composed by such as venomousness-ga

7、s senor so on. ,mcs-51 singlechip took the role of main controller, most of peripheral components were sensors which were used to measure temperature, humidity, carbon dioxide, etc. this system has many advantages, such as display intuifiomficly, accurate, stable and easy to use. its the representat

8、ion of the latest development tendency of greenhouse testing system cost-performance was taken into account seriously during the process of design. by testing, the result was coherent with the design requirement.keywords: scm indoor air intelligent test目录摘要.iabstract.ii目录.iii前言.iv1 绪论.11.1 最常见的室内污染.

9、11.2 室内有毒气体的主要来源.12 设计方案.42.1 系统组成及工作原理.42.2 系统的主要功能.42.3 系统的抗干扰设计.43 硬件设计.63.1 主控模块 .63.2 传感器 .83.3 i/v 转换电路.93.4 多路转换电路 .103.5 a/d 转换电路.113.6 显示模块.134 软件设计.174.1 主程序设计 .174.2 显示子程序设计.174.3 数据采集子程序设计.184.4 报警子程序.19结论.21参考文献.22致谢.23附录.24前言随着生活质量的提高,人们对环境质量有越来越高的要求大气中粉尘、的2so含量，燃煤烟气、机动车辆尾气 排放，酸雨、光化学烟雾

10、、水污染、土壤污染、城市垃圾、核污染等问题，受到高度关注，并投入了较多的研究。相比之下，对室内环境污染与防治的研究要薄弱得多。其实，居室、办公室、饭店、影剧院、歌舞厅等建筑物室内环境对人体健康的影响比大气环境的影响更大。因为，成年人 70 80的时间是在室内度过，老弱病残者在室内的时间更高，可达 90以上，而室内环境质量常劣于空旷室外。室内环保测试系统是以室内空气中有毒有害气体的检测为背景，是一种通用性很强的智能室内环保检测系统的设计。该系统具有显示直观、准确、使用方便可靠等优点，代表了室内环保测试系统的最新发展趋势。在系统设计过程中充分考虑了性价比。选用价格低性能稳定的元器件。本设计主要是以

11、 at89c51 单片机作为控制核心，以有毒气体浓度等传感器为主要外围元件的室内环保智能测试系统，实现对室内空气中有毒有害气体苯、甲醛、氨气浓度参数的采集处理、存储、显示、报警等功能。包括系统硬件设计过程，确定了机型及器件的选择，系统硬件电路设计、硬件设计结构框图并对所使用各种芯片的功能与特性进行详细介绍。1 绪论1.1 最常见的室内污染中国正式实施的第一部室内空气质量标准中专家把室内环境污染按照污染物的性质分为三大类。第一大类-化学污染：主要来自装修、家具、玩具、煤气热水器、杀虫喷剂化妆品、抽烟、厨房的油烟等等；第二大类-物理污染：主要来自室外及室内的电器设备产生的噪声、光和建筑装饰材料产生

12、的放射性污染等；第三大类-生物污染：主要来自寄生于室内装饰装修材料、生活用品和空调中产生的螨虫及其它细菌等。这些有害物质相互影响会加重室内污染对人们健康的危害，比如室内空气中的化学性污染会对人们的皮肤黏膜和眼结膜产生刺激和炎症，甚至会麻痹呼吸道纤毛和损害黏膜上皮组织，在这种情况下人体对疾病的抵抗力就会大大减弱，使病原微生物易于侵入并对人们健康造成危害。所以，人们要注意室内的环境污染，特别是新房和新装修的家庭更要注意。1.2 室内有毒气体的主要来源1.2.1 室内环境中甲醛的来源及危害1 1 来源甲醛是一种无色、具有刺激性且易溶于水的气体。它有凝固蛋白质的作用，其 35%40%的水溶液通称为福尔

13、马林，常作为浸渍标本的溶液。甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。室内环境中的甲醛从其来源来看大致可分为两大类：1)来自室外空气的污染工业废气、汽车尾气、光化学烟雾等在一定程度上均可排放或产生一定量的甲醛，但是这一部分含量很少。据有关报道显示城市空气中甲醛的年平均浓度大约是 0.0050.01 mg/，一般不超过 0.03mg/，这部分气体在一些时候可进3m3m入室内，是构成室内甲醛污染的一个来源。2)来自室内本身的污染主要以建筑材料、装修物品及生活用品等化工产品在室内的使用为主，同时也包括燃料及烟叶的不完全燃烧等一些次要因素。甲醛具有较强的粘合性，同时可加强板材

14、的硬度和防虫、防腐能力，因此目前市场上的各种刨花板、中密度纤维板、胶合板中均使用以甲醛为主要成分的脲醛树脂作为粘合剂，因而不可避免的会含有甲醛。另外新式家具、墙面、地面的装修辅助设备中都要使用粘合剂，因此凡是有用到粘合剂的地方总会有甲醛气体的释放，对室内环境造成危害。由于由脲醛树脂制成的脲甲醛泡沫树脂隔热材料有很好的隔热作用，因此常被制成建筑物的围护结构使室内温度不受室外的影响。此外甲醛还可来自化妆品、清洁剂、杀虫剂、消毒剂、防腐剂、印刷油墨、纸张等。因此，从总体上说室内环境中甲醛的来源还是很广泛的，一般新装修的房子其甲醛的含量可达到 0.40 mg/，个别则有可能达到 1.50 mg/。经研

15、究表明3m3m甲醛在室内环境中的含量和房屋的使用时间、温度、湿度及房屋的通风状况有密切的关系。在一般情况下，房屋的使用时间越长，室内环境中甲醛的残留量越少；温度越高，湿度越大，越有利于甲醛的释放；通风条件越好，建筑、装修材料中甲醛的释放也相应的越快，越有利于室内环境的清洁。2 危害甲醛具有强烈的致癌和促癌作用。大量文献记载，甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常和免疫功能异常等方面。其浓度在每立方米空气中达到 0.060.07 mg/时，儿童就会发生轻微气喘。3m当室内空气中甲醛含量为 0.1 mg/时，就有异味和不适感；达到 0.5 mg/时，3m3m可刺

16、激眼睛，引起流泪；达到 0.6 mg/，可引起咽喉不适或疼痛。浓度更高时，3m可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿；达到 30 mg/时，会立即致人死3m亡。 长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、细胞核的基因突变，dna 单链内交连和 dna 与蛋白质交连及抑制 dna损伤的修复、妊娠综合症、引起新生儿染色体异常、白血病，引起青少年记忆力和智力下降。在所有接触者中，儿童和孕妇对甲醛尤为敏感，危害也就更大。世界卫生组织(who)工作组曾对甲醛规定了它对嗅觉、眼睛刺激和呼吸道刺激潜在致癌力的阈值，并指出当甲醛的室内环境浓度超标 10%时，就应引起足够的重

17、视。甲醛污染危害严重的场所有新装修的居室、办公室、会议室、宾馆、ktv包房和家具商场、建材商场等。室内空气中甲醛污染状况：人们的新居和办公室等场所都要进行室内装饰和购买家俱，由于装修和家具制造要使用大量人造板材（如胶合板、大芯板、中纤板、刨花板、强化地板和复合木地板等） ，而生产人造板需大量使用毒性高的甲醛为原料制造的胶粘剂，由于胶粘剂中的甲醛释放期很长，一般长达 15 年，导致甲醛成为室内空气中的主要污染物。1.2.2 室内环境中苯的来源及危害室内环境中苯的来源主要是燃烧烟草的烟雾、溶剂、油漆、染色剂、图文传真机、电脑终端机和打印机、粘合剂、墙纸、地毯、合成纤维和清洁剂等。工业上常把苯、甲苯

18、、二甲苯统称为三苯，在这三种物质当中以苯的毒性最大。 一般认为苯毒性的产生是通过代谢产物所致，也就是说苯须先通过代谢才能对生命体产生危害。苯可以在肝脏和骨髓中进行代谢，而骨髓是红细胞、白细胞和血小板的形成部位，故苯进入体内可在造血组织本身形成具有血液毒性的代谢产物。长期接触苯可引起骨髓与遗传损害，血象检查可发现白细胞、血小板减少，全血细胞减少与再生障碍性贫血，甚至发生白血病。曾经有人对低浓度苯接触工人健康状况进行调查，结果表明：外周血白细胞数虽在正常值范围之内，但非常显著低于对照组；经常性苯接触工人淋巴细胞微核率分布高于非苯接触组，且制苯车间观察人群的淋巴细胞微核率与对照组比较差异有显著性；随

19、作业环境苯浓度的增高，白细胞数有降低趋势，淋巴细胞微核率有增加的趋势。这些均证明低浓度苯对作业人群的健康有损害，尤其要注意对人体遗传物质的损伤作用。吸入4000ppm 以上的苯短时间除有黏膜及肺刺激性外，中枢神经亦有抑制作用，同时会伴有头痛、欲呕、步态不稳、昏迷、抽痉及心律不整。吸入 14000ppm 以上的苯会立即死亡。1.2.3 室内环境氨的来源及危害在我国北方地区，建造住宅楼、写字楼、宾馆、饭店等的建筑施工中，常人为地在混凝土里添加高碱混凝土膨胀剂和含尿素的混凝土防冻剂等外加剂，以防止混凝土在冬季施工时被冻裂，大大提高了施工进度。这些含有大量氨类物质的外加剂在墙体中随着湿度、温度等环境因

20、素的变化而还原成氨气从墙体中缓慢释放出来，造成室内空气中氨浓度的大量增加。 同时室内空气中的氨也可来自室内装饰材料，比如家具涂饰时使用添加剂和增白剂大部分都用氨水。烫发过程中氨水作为一种中和剂而被洗发店和美容院大量使用。另外随着人们对氟氯昂类物质破坏臭氧层的认识加深，目前世界范围内已开始禁止使用氟氯昂做为制冷剂。曾一度退出主导制冷剂地位的氨这种已经使用了一个半世纪的制冷剂，又被重新开始利用。这也是一种潜在的污染源。 按毒理学分类，氨属于低毒类化合物。氨是无色气体，当环境空气中氨达到一定浓度时，才有强烈的刺激气味。人对氨的嗅阈值为 0.51.0 mg/。氨是一3m种碱性物质，进入人体后可以吸收组

21、织中的水分，溶解度高，对人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，减弱人体对疾病的抵抗力。氨进入肺泡后易和血红蛋白结合破坏运氧功能。短期内吸入大量的氨可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、头晕、恶心等症状，严重者会出现肺水肿或呼吸窘迫综合症，同时发生呼吸道刺激症状。美国制造化学师协会规定，允许工作人员在低于 100ppm 的氨浓度下工作 8 小时。2 设计方案2.1 系统组成及工作原理本系统功能由硬件和软件两大部分协调完成，硬件部分主要完成各种传感器信号的采集、转换、各种信息的显示等；软件主要完成信号的处理及控制功能。其工作原理是 89c51 单片机一次查询每个传感器的输出信号。然后 89c51 对输入信号

22、进行相应处理后通过显示模块 128x64 输出，同时还可输出各种报警信号。2.2 系统的主要功能该系统主要包括: 89c51 主控模块、传感器模块、模数转换模块ad574a、128x64 显示模块等。1. 89c51 主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能。2. 传感器完成信号的采样功能。3. 128x64 显示模块完成字符、数字的显示功能。2.3 系统的抗干扰设计在微机测控系统中，系统抗干扰性能的好坏直接影响到整个系统工作的可靠性与安全性。因此，抗干扰设计是设计的一个主要内容，本系统采用的是由硬件和软件相结合的抗干扰措施。2.3.1 系统硬件抗干扰设计1. 滤波技术：将电源变压器的进线段加入

23、滤波器,以消弱瞬变噪声 干扰；在直流电源线和地线之间接滤波电容,以控制电源噪声。2. 去耦电路：在印刷电路板的各个集成电路的电源线端与地线端之间配置去耦电容。 3. 屏蔽技术：屏蔽技术主要由电场屏蔽，电磁场屏蔽和磁场屏蔽三类，本系统是电场和电磁场屏蔽的方法。主要是使用低电阻材料作为屏蔽材料，把需要隔离的部分保卫起来。磁场屏蔽则应采用高导磁率的材料。4. 光电隔离：在 i/o 通道上采用光电隔离器，将单片机系统与各种传感器、开关从电器上隔离开来,很大一部分干扰可被阻挡。2.3.2 系统软件抗干扰设计对于微机测控系统，仅仅考虑硬件的抗干扰是远远不够的,采取一定的软件抗干扰措施非常必要，它不仅能降低

24、系统的硬件成本，又可以充分发挥软件的优势，使系统具有自我诊断,自我回复的能力。本系统采用的软件抗干扰措施主要有以下几种：1. 数字滤波技术,采用数字滤波技术除去输入信号中所参杂的各种随机干扰。2. 软件陷阱技术，当系统受到干扰，pc 值发生变化，程序“乱飞”等情况，可以用软件陷阱和看门狗将程序拉回到复位状态。具体的讲,了以在 ram中埋一些标志，在每次程序复位时，通过这些标志，可以判断复位原因并根据不同的标志直接跳到相应的程序。这样可以使程序运行有连续性，用户在使用时也不易察觉到程序被重新复位过。3 硬件设计3.1 主控模块3.1.1 单片机的选择 单片机的选择原则：1. 单片机的基本参数2.

25、 抗干扰性能好3. 性价比高4. 和其他外设芯片放在一起的综合考虑 根据上述原则，本系统主控芯片采用 at89c51。3.1.2 at89c51 芯片介绍at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能cmos 8位微处理器。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mcs-51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。1. 主要特性： 1) 与mcs-51 兼容 2) 4k字节可编程闪烁存储器3) 寿命：1000写/

26、擦循环 ,数据保留时间：10年 4) 全静态工作：0hz24hz5) 三级程序存储器锁定6) 1288位内部ram 7) 32可编程i/o线8) 两个16位定时器/计数器9) 5个中断源10) 可编程串行通道 11) 低功耗的闲置和掉电模式12) 片内振荡器和时钟电路2. 管脚说明ea/vp31xtal 119xtal 218reset9rd17wr16int012int113t014t115p101p112p123p134p145p156p167p178p0039p0138p0237p0336p0435p0534p0633p0732p2021p2122p2223p2324p2425p2526

27、p2627p2728psen29ale /p30txd11rxd10vcc40vss20u1at89c51.图1 at89c51引脚图vcc： 供电电压。 gnd： 接地。 p0口： p0口为一个8位漏极开路双向i/o口，每脚可吸收8个ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口： p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高

28、，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口： p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收

29、高八位地址信号和控制信号。 p3口： p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能 p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd （串行输出口） p3.2 （外部中断0） int0p3.3 （外部中断1） int1p3.4 t0 （记时器0外部输入） p3.5 t1（记时器1外部输入） p3.6 （外部数据存储器写选通） wrp3.7 （外部数据存储器

30、读选通） rdp3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 rst： 复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/： 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地prog位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果

31、微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。 ： 外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器psen周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不psen出现。 /vpp： 当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），eaea不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为reset；当ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施ea加12v编程电源（vpp）。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。3.2 传感器3.2.1 传感器

32、的选型传感器元件是准确检测甲醛、苯、氨气气体浓度的关键。定电位电解式传感器是一种湿式电化学气体传感器, 它的结构：在一个塑料制成的筒状池体内，安装工作电极、对电极和参比电极，在电极之间充满电解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在顶部封装。前置放大器与传感器的电极连接，在电极之间施加了一定的电位，使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应，在对电极发生还原或氧化反应，电极的平衡电位发生变化，变化值与气体浓度成正比。3.2.2 传感器的工作原理定电位电解式传感器通过测定气体在某个确定电位电解时所产生的电流来测量气体浓度。传感器共有三个电极（活性电极、参考电极、计数电极）,浸在液

33、体电解液中,整体密封在一个防化学腐蚀的塑料壳体中,目标气体通过活性电极邻近的一个气体可渗透薄膜向传感器内部扩散。传感器的工作过程为:被测气体由进气孔扩散到工作电极表面,在工作电极、电解液、对电极之间进行氧化或还原反应。其反应的性质依据工作电极的热力学电位和被分析气体的电化学性质而定。传感器在氧化反应中,电化学反应中参加反应的电子流出工作电极;在还原反应中,电化学反应中参加反应的电子流向工作电极。流出和流向工作电极的电流与被分析气体的浓度值成正比。活性电极材料的选择原则是:该材料应对目标气体具有最优敏感性,而交叉敏感度则应降至最低。在活性电极和计数电极之间的电压要预先调整好,并由一个外部电压电路

34、保持,其中参考电极作为电路的反馈控制。相对于选择性而言,由于每一种目标气体都有其各自独特的电解电压,因而传感器的响应可以得到进一步优化。传感器的输出是一个正比于气体浓度的线性电压差。最后与前置放大器匹配使用转换为 4ma20ma 的标准电流信号。3.2.3 传感器的基本性能传感器的基本性能指的是传感器的基本考核指标,它反映传感器的质量和性能,但其大多数性能指标要与前置放大器经过较好的匹配才能体现出来。其指标主要有:输出信号、电极电位、响应时间、响应线形度、测量重复性、抗干扰性、传感器期待寿命。可将上述特性指标分为静态和动态两大类 。静态特性是指传感器在被测量的各个值处于稳定状态时,输出量和输入

35、量之间的关系,包括温度漂移、线性相关度、零点漂移、数据重现性、准确性、选择性等。动态特性是传感器对时间变化的输入量的响应特性、通常指响应时间。为了减小定电位电解传感器存在的交叉反应, 提高抗干扰能力,可以采用主动和被动的方法。1. 主动方法1) 合理的电极电位可以使其减小到最低程度;2) 利用传感器矩阵;3) 用计算机软件。2. 被动方法在传感器上安装过滤膜,或针对不同的传感器设计不同的过滤器。3.3 i/v 转换电路传感器输出的是标准的 4ma20ma 的信号为了满足后需电路的需要采用运算放大器组成 i/v 转换电路。采用 rcv420 集成芯片同时有效地抑制了输入信号间的共膜干扰和串模干扰

36、。rcv420 精密 i/v 转换器能将 4ma20ma 的环路电流转换成 05v 的电压输出，作为一种单片集成电路具有可靠的性能和很低的成本，除具有精密运放和电阻网络外，还集成有 10v 基准电压源。在不需要外部调整的情况下，可以获得 86db 的共模抑制比和 40v 的共模电压输入。在全量程范围内输入抗组仅有 1.5v 的压降，对于环路电流具有很好的转换能力。当 420ma 电流输入对应 05v 电压输出时，要求电路的传输阻抗为：vout/iin=5v/16ma=0.3125v/ma为了得到期望的输出（4ma 时 0v，20ma 时 5v） ，放大器的输出必须有一个偏置:vos=4ma(0

37、.3125v/ma)=1.25v图 2 是 rcv420 与后继放大电路的原理图。图 2 rcv420 与后继放大电路3.4 多路转换电路采用集成的 cd4051 芯片实现多选一的功能,即实现 cpu 对室内空气中有害气体甲醛、苯、氨的检测值进行分时采集数据。4051 是典型的八选一 cmos 多路开关，他们用幅度为 0+vdd 的数字信号控制幅度为+vdd-vee 的正负极性的模拟信号。4051 的静态功耗最大为 100，w最大静态电流为 10，开关延迟时间为 720ns。acd4051 相当于一个单刀八掷开关,开关接通哪一通道,由输入的 3 位地址码abc 来决定。其真值表见表 1。 “i

38、nh”是禁止端,当“inh”=1 时,各通道均不接通。此外,cd4051 还设有另外一个电源端 vee,以作为电平位移时使用,从而使得通常在单组电源供电条件下工作的 cmos 电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关,并使这种多路开关可传输峰峰值达 15v 的交流信号。表 1 cd4051 真值表输入状态接通通道inhcba0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1均不接通3.5 a/d 转换电路ad574a 是 12 位逐次逼近式 a/d 转换器，如图 3 所示。它转换速度快，12 位精度一次转换时间为 25，转换速率

39、为 40。片内具有三态输出锁存缓冲器，smsps全 8 位或 16 位微处理器接口，250s 总线读取时间，与微处理器接口简单，非线性误差小于1/2lbs 或1lbs。在-55+125温度范围内满足线性要求。引脚如图 3 说明图 3 ad574a 引脚图vcc:+5v 电源输入端。12/ ：数据模拟选择端，通过此引脚可选择数据纵线是 12 位或 8 位输出。8 ：片选端。csa0/sc:字节地址短周期控制端。与 12/ 端用来控制启动转换的方式和数据输出格8式。需注意的是，12/ 端 ttl 电平不能直接+5v 或 0v 连接。8r/:读转换数据控制端。cce:使能端。ad574a 的 ce、

40、12/ 、r/和 a0/sc 对其工作状态的控制过程。在8cscce=1、=0 同时满足时，ad574a 才会正常工作，在 ad574a 处于工作状态时，当csr/=0 时 a/d 转换，当 r/=1 时进行数据读出。12/ 和 a0/sc 端用来控制启动cc8转换的方式和数据输出格式。a0=0 时，启动的是按完整 12 位数据方式进行的。当 a0=1 时，按 8 位 a/d 转换方式进行。当 r/=1，也即当 ad574a 处于数据状态c时，a0 和 12/ 控制数据输出状态的格式。当 12/ =1 时，数据以 12 位并行输出，88当 12/ =0 时，数据以 8 位分两次输出。而当 a0

41、=0 时，输出转换数据的高 8 位，8a0=1 时，输出 a/d 转换数据的低 4 位，这四位占一个字节的高半字节，低半字节补零。+vs：正电源输入端，输入+15v 电源。refout：10v 基准电源电压输出端。dc:模拟地端。ref-in：基准电源电压输入端。-vs：负电源输入端，输入-15v 电源。10vspn：10v 量程模拟电压输入端。20vspn：20v 量程模拟电压输入端。ac：数字地端。db0db11:12 条数据总线。通过这 12 条数据总线向外输出 a/d 转换数据。status:工作状态指示信号端，当 status=1 时，表示转换器正处于转换状态，当status=0 时

42、，表示 a/d 转换结束。 ad574a 的工作模式：以上我们所述的是 ad574a 的全控状态，如果需 ad574a工作于单一模式，只需将 ce、12/ 端接至+5v 电源端，和 a0 接至 0v，仅用8csr/端来控制 a/d 转换的启动和数据输出。当 r/=0 时，启动 a/d 转换器，经cc25s 后 status=1，表明 a/d 转换结束，此时将 r/置 1，即可从数据端读取数c据。表 2 ad574a 控制端标志意义cecsr/c12/8a0工作状态0禁止1禁止1000启动 12 位转换1001启动 8 位转换101接+5v12 位并行输出有效101接 0v0高 8 位并行输出有

43、效101接 0v1低 4 位并行输出有效3.6 显示模块带中文字库的 128x64 是一种具有 4 位/8 位并行、2 线或 3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 12864, 内置 8192 个 1616 点汉字，和 128 个 168 点 ascii 字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示 84 行 1616 点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该

44、模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。基本特性：1 低电源电压（vdd:+3.0-+5.5v） 。2 显示分辨率:12864 点内置汉字字库，提供 8192 个 1616 点阵汉字(简繁体可选)。3 内置 128 个 168 点阵字符。4 2mhz 时钟频率。5 显示方式：stn、半透、正显6 驱动方式：1/32duty，1/5bias7 视角方向：6 点8 背光方式：侧部高亮白色 led，功耗仅为普通 led 的 1/51/109 通讯方式：串行、并口可选10 内置 dc-dc 转换电路，无需外加负压11 无需片选信号，简化软件设计12 工作温度: 0 +55 ,存储温度: -20 +6

45、0 表 3 引脚功能管脚号管脚名称电平功能1vss0v电源地2vcc+5v电源正3v0对比度（亮度）调整4rs(cs)h/lrs=“h”,表示 db7db0 为显示数据rs=“l”,表示 db7db0 为显示指令数据5r/w(sid)h/lr/w=“h”,e=“h”,数据被读到 db7db0r/w=“l”,e=“hl”, db7db0 的数据被写到 ir 或 dr 液晶显示驱动电源6e(sclk)h/l使能信号7dboh/l三态数据总线8db1h/l三态数据总线9db2h/l三态数据总线10db3h/l三态数据总线11db4h/l三态数据总线12db5h/l三态数据总线13db6h/l三态数据

46、总线14db7h/l三态数据总线15psbh/lh：8 位或 4 位并口方式，l：串口方式（见注释 1）16nc空脚17/reseth/l复位端，低电平有效（见注释 2）18voutlcd 驱动电压输出端19avss背光源负端（见注释 3）20kvdd背光源正端（+5v） （见注释 3）* *注释注释 1 1：如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将 psb 接固定高电平，也可以将模块上的 j8 和“vcc”用焊锡短接。* *注释注释 2 2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。 * *注释注释 3 3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的 ja、jk 用焊锡短

47、接。1、rs，r/w 的配合选择决定控制界面的 4 种模式：表 4 rs，r/w 的配合选择rsr/w功能说明00mpu 写指令到指令暂存器（ir）01读出忙标志（bf）及地址记数器（ac）的状态10mpu 写入数据到数据暂存器（dr）11mpu 从数据暂存器（dr）中读出数据1、e 信号表 5 e 信号e 状态执行动作结果高低i/o 缓冲dr配合/w 进行写数据或指令高dri/o 缓冲配合 r 进行读数据或指令低/低高无动作 忙标志:bf bf 标志提供内部工作情况.bf=1 表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和数据.bf=0 时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据。利用

48、status rd 指令,可以将 bf 读到 db7 总线,从而检验模块之工作状态. 字型产生 rom（cgrom） 字型产生 rom（cgrom）提供 8192 个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。dff=1 为开显示（display on),ddram 的内容就显示在屏幕上，dff=0 为关显示（display off)。 dff 的状态是指令 display on/off 和 rst 信号控制的。 显示数据 ram（ddram）模块内部显示数据 ram 提供 642 个位元组的空间，最多可控制 4 行 16 字（64 个字）的中文字型显示，当写入显示数据 ram 时，可分别显示 c

49、grom 与 cgram 的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型(16*8)、cgram 字型及 cgrom 的中文字型，三种字型的选择，由在ddram 中写入的编码选择，在 0000h0006h 的编码中（其代码分别是0000、0002、0004、0006 共 4 个）将选择 cgram 的自定义字型，02h7fh 的编码中将选择半角英数字的字型，至于 a1 以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码 big5（a140d75f） ，gb（a1a0-f7ffh） 。 地址计数器 ac 地址计数器是用来贮存 ddram/cgram 之一的地址,它可由设

50、定指令暂存器来改变，之后只要读取或是写入 ddram/cgram 的值时，地址计数器的值就会自动加一，当 rs 为“0”时而 r/w 为“1”时，地址计数器的值会被读取地址计数器的值会被读取到 db6db0 中。 表 6 指令说明指 令 码功 能rsr/wd7d6d5d4d3d2d1d0清除显示0000000001将 ddram 填满20h,并且设定ddram 的地址计数器(ac)到00h地址归位000000001x设定 ddram 的地址计数器(ac)到00h,并且将游标 移到开头原点位置这个指令不改变ddram 的内容显示状态开/关0000001dcbd=1: 整体显示 onc=1: 游标

51、 onb=1:游标位置反白允许进入点设定00000001i/ds指定在数据的读取与写入时,设定游标的移动方向及指定显示的移位游标或显示移位控制000001i/ds/dxx设定游标的移动与显示的移位控制位;这个指令不改变ddram 的内容功能设定00001dlxrexxdl=0/1：4/8 位数据re=1: 扩充指令操作re=0: 基本指令操作设定cgram地址0001ac5ac4ac3ac2ac1ac0设定 cgram 地址设定ddram 地址0010ac5ac4ac3ac2ac1ac0设定 ddram 地址（显示位址）第一行：80h87h第二行：90h97h读取忙标志和地址01bfac6ac

52、5ac4ac3ac2ac1ac0读取忙标志(bf)可以确认内部动作是否完成,同时可以读出地址计数器(ac)的值写数据到ram10数据将数据 d7d0 写入到内部的 ram (ddram/cgram/iram/gram)读出ram的值11数据从内部 ram 读取数据 d7d0(ddram/cgram/iram/gram)4 软件设计该系统软件主要由主程序、数据采集与 a/d 转换子程序、显示子程序、报警子程序等四大模块组成。4.1 主程序设计主程序主要完成初始化、子程序调用等功能，主程序流程图如图 4 所示。yn开始初始化启动 cd4051调数据采集子程序有报警？调用报警子程序调用显示子程序图

53、4 主程序流程图4.2 显示子程序设计显示子程序完成符号、数值的显示输出。程序流程图如图 5 所示。nyyn开始送显示地址初始化清 lcdlcd 显示忙？写文字送显示送完？返回图 5 显示流程图4.3 数据采集子程序设计数据采集与 a/d 转换子程序根据输入参数对相应的模拟信号进行采集、量化及处理，并将相应信号的数值返回主程序。程序流程图如图 6 所示。yn开始启动 ad547a 通道转换完？读出 a/d 转换结果结果存入 mx 数组中返回图 6 数据采集流程图4.44.4 报警子程序报警子程序主要实现异常情况下控制告警信号输出。如当室内甲醛升高到某一点时，或苯含量升高到某一规定值时，音频报警

54、装置会发出不同频率的告警信号，同时相应的指示灯亮（点亮报警指示灯的人物由显示子程序完成） ，以引起工作人员的注意。其流程图如图 7 所示。ynnyny y y y 开始气体浓度大于 204？气体浓度在80,102?102mx1=80?气体浓度在102,204?返回设置报警标志位图 7 报警程序流程图结论一、实现功能 经过查阅资料，设计方案，接口连接等几个阶段，所设计的基于单片机的室内环保测试系统已经实现了所要求的基本功能，基本功能如下：1.对室内有毒气体的采集和存储。2.报警和显示。二、心得体会毕业设计是大学阶段学习效果的一次大的检测，是专业知识，动手能力，和自学能力的综合考试，通过这次毕业设

55、计，我学到了很多东西，归纳起来重要有以下几点： 1. 在大学学习中，很多时间是在学习专业理论基础知识，真正动手的机会很少。经过这次毕业设计，懂得了电路设计的一般原理，对各种元器件的性能和设计方法有了更深的理解。2. 我们应该知道怎样查阅资料和利用工具书。平时课堂上所学习的知识大多比较陈旧，与实际有一定的距离。当你在设计过程中需要用一些不曾用过的东西时，就要去有针对性地查找资料，然后加以吸收利用，以提高自己的应用能力，而且还能增长见识，补充最新的专业知识，毕业设计中的实践能力得到了进一步的提高。3.毕业设计培养了我严肃认真的态度和以及相对应的工程意识，其他同学的友谊互助也充分的在毕业设计当中体现

56、出来了。毕业设计对以前学过的理论知识起到了回顾作用，并对其加以进一步的巩固和消化。参考文献1胡汉才单片机原理及其接口技术m北京：清华大学出版社 2赵长德mcs 一 5198 单片机原理与应用m北京：机械工业出版社 3龚福民电流环接收器 rcv420 及其应用j国外电子元器件4 陆坤电子设计技术m成都：电子科技大学出版社 5 王福瑞单片微机测控系统设计大全m北京：北京航空航天大学出版社.6刘华东. 单片机原理与应用m.电子工业出版社.7李朝青. 单片机原理及其接口技术m. 北京航空航天大学出版社.8 刘浩 .新型的显示器件 无线电 2001 年第 4 期.9 张友德.单片微型机原理、应用与实验

57、复旦大学出版社.10杨振江，曹光纯.新颖实用电子设计制作.西安电子科技大学出版社.11droy choudhury and shail jain. linear integrated ciruits. new york: johnwiney and sons inc .199112paul r. cray and robert g. meyer.analysis snd design of analog integratedcircuits.third edition. new york: john wiley and sons inc.199313serial infrared physic

58、al layer specification, version 1.3. octo15,1998,ibmcorporation ,hewlett-packard company, sharp inc. 14serial infrared link access protocol(irlap),version 1.1. june 16, 1996,ibm corporation ,hewlett-packard company, apple computer, inc., counterpoint systems foundry, inc. 15jimemezpetal.improvedppms

59、chemesfor infrared wireless lan j.electronics lettrs,1996,10. 16sepcification version 2.0,parts a andb,philips semiconductors,199217张友德、赵志英、涂时亮. 单片微型机原理、应用与实验（第四版）上海：复旦大学出版社， 2003 年7 月18王福瑞. 单片微机测控系统设计大全. 北京：北京航空航天大学出版社，1998.419杨文龙.单片机原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2000.520刘红梅.微型计算机实用接口技术.北京：机械工业出版社，199821余永权

60、.单片机在控制系统中的应用.北京：电子工业出版社.2004年22王松武.电子创新设计与实践.北京：国防工业出版社.2005年23李银华.电子线路设计指导.北京：北京航空航天大学出版社.2005年24张立科.单片机典型模块设计实例导航.北京：人民邮电出版社.2004年25全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编2003).北京：理工大学出版社.2003 年致谢值此论文完成之际我首先要感谢的是我的指导老师史国军老师，他在我的毕业设计过程中给了我很大的指导和帮助，理清我的设计思路，对我的设计提出了许多宝贵的意见，在此对他给予的帮助表示衷心的感谢。同时，马上就要毕业了，我也要对