基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的设计

基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的设计基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的设计摘要：污染物是一种对具有严重环境危害的的放射性气体,也是我国大气中主要的一种大气二氧化硫污染物,所以我们在当今社会非常急迫迫缺需要建立成熟的对大气中二氧化硫污染物的浓度检测和控制系统。本设计主要介绍了当今国内国外的大气中二氧化硫污染物浓度的检测方法和其浓度检测仪的软件设计工作情况,主要原因是由于使用了电化学的检测器,从而可以实现开发和设计出一种工作成本低,但是功能多且完善的大气中二氧化硫污染物浓度传感器检测仪。本设计主要介绍了二氧化硫传感器的工作原理以及二氧化硫检测仪的软件设计工作思路、结构、实现。二氧化硫检测仪的传感器和软件部分设计是通过使用的一种c语言进行实现的,充分了c语言的对数据处理的能力以及其多种多样的库函数。二氧化硫检测仪的传感器和硬件方面设计是气路和浓度检测电路这两种组成部分相互结合组成的。而系统的浓度检测电路和硬件方面的设计则是包括了一种用a/d信号转换器和so2浓度传感器检测的单片机电路,电路的设计是以单片机电路为硬件基础,实现了对浓度检测电路的设计和控制。关键词：二氧化硫检测；电化学；单片机；传感器DesignofsulfurdioxideconcentrationdetectorbasedonsinglechipmicrocomputerPollutantisakindofradioactivegaswithseriousharmtotheenvironment,anditisalsoamajoratmosphericsulfurdioxidepollutantinChina.Therefore,itisurgentforustoestablishamaturedetectionandcontrolsystemfortheconcentrationofsulfurdioxidepollutantsintheatmosphere.Thisdesignmainlyintroducesthecurrentdomesticforeignpollutantsconcentrationofsulfurdioxideinairofdetectionmethodanditsconcentrationdetectorsoftwaredesignwork,themainreasonisduetotheuseoftheelectrochemicaldetector,inordertorealizethedevelopmentanddesignakindofworkthecostislow,butthefunctionismuchandperfectpollutantconcentrationofsulfurdioxideinairofsensordetector.Thisdesignmainlyintroducestheworkingprincipleofsulfurdioxidesensorandthesoftwaredesignidea,structureandrealizationofsulfurdioxidedetector.Partofthedesignofthesensorandsoftwareofthesulfurdioxidedetectorisrealizedthroughtheuseofaclanguage,fulloftheclanguageofdataprocessingcapabilitiesanditsvariouslibraryfunctions.Thesensorandhardwaredesignofsulfurdioxidedetectorarecomposedofgascircuitandconcentrationdetectioncircuit.Thedesignoftheconcentrationdetectioncircuitandhardwareofthesystemincludesasinglechipmicrocomputercircuitdetectedbya/dsignalconverterandso2concentrationsensor.Keywords:sulfurdioxidedetection;electrochemistry;singlechipmicrocomputer;sensor目录1绪论 11.1二氧化硫的来源 11.2二氧化硫的危害 11.2.1对人体的危害 11.2.2酸雨的危害 21.3二氧化硫检测技术概况 21.3.1人工采样化学二氧化硫测量方法 21.3.2电化学法 31.4国内外研究现状 41.4.1国外技术概况及发展趋势 41.4.2国内技术概况及发展趋势 51.5论文研究的目的与意义 52二氧化硫浓度检测的原理 62.1电化学气体传感器检测原理 62.1.13SFCiTiceL传感器 62.1.23SFOiTioeL传感器的技术说明 72.1.33SFC.TjceL传感器的检测原理 82.2微弱信号放大电路 93检测仪硬件的设计与实现 123.1监测仪系统结构 123.2检测电路设计 123.2.1温度的测量 123.3单片机系统设计 错误!未定义书签。3.3.1单片机中央处理单元 153.3.2A／D转换器 183.3.3AD外部驱动电路 204检测仪软件的设计与实现 224.1单片机C语言 224.1.18051单片机C语言 224.1.2Cx51编译器 错误!未定义书签。4.1.3控制软件设计 225单片机的系统调试与系统测试5.1单片机的系统调试255.2单片机的系统测试25结语............................................................26致谢 29参考文献 31附件 321绪论众所周知,现在的我国工业经济发展一直都是非常快速的,可是伴随着快速的经济发展,各种各样的对于大气和环境都有一定的危害,有毒的放射性气体也会在我们的工业生产中大量产生,对我们的自然大气环境已经造成了严重的污染。在这些进入大气的污染物之中,SO2就是一种主要的大气污染物。1.1二氧化硫的来源二氧化硫大部分来源是工业废气，汽车的尾气，中国农村产生的二氧化硫工业废气。根据二氧化硫相关的科学研究结果表明目前90%的二氧化硫气体是来自于石油作为燃煤的工业废气。来自于火山喷发的气体任何时候也有可能会喷出该气体。1.2二氧化硫的危害当硫酸溶于水中,会迅速的形成亚硫酸,如果能够让亚硫酸在pm2.5的温度存在下迅速进行氧化的话,就一定会迅速的的发生反应,从而生成大量的硫酸，形成酸雨。我国90%以上的都认为是大气污染来自于使用煤炭作为燃料的排放和燃烧,为了更好地实现煤炭资源合理使用化、产业转型升级和促进国民经济的发展,控制工业用煤的排放和燃烧,遏制酸雨的生成对城市环境造成危害,降低对城市的空气污染程度是现在必须并且要引起高度重视的一件事情。1.2.1对人体的危害在我们的大气中,会直接发生环境氧化反应形成大量的硫酸盐和氧气溶胶,这种物质便是造成环境过度酸化的主要大气污染物。经过数据分析,如果我们的大气中污染物的浓度在0.5ppm的话就可能会直接开始对我们的正常身体和健康造成潜在的影响;如果大气中浓度高达400-500ppm的话,人体可能会直接出现口腔溃疡已经造成肺水肿甚至是窒息的情况而死亡,危害也是非常严重的。除此之外,大气中的污染物在烟尘和同时的作用危害人体的什么时候时候对我们的危害可能会更加严重。两者共同发挥作用的话就会直接使我们的皮肤和呼吸道更容易的感染一些疾病,慢性病和癌症患者的可能病情恶化。一些事件比如伦敦烟雾污染事件,马斯河谷烟雾事件都可能是这两者共同的作用引起造成的。1.2.2酸雨的危害当我们把大气系统中的(同时还有nox)雨水转换为了酸性的降水,形成了酸雨。就一定会对我们的自然生态环境以及我们的生态造成巨大的影响,其中可以分为直接的影响和潜在的影响。酸雨会直接使得土壤慢慢变成酸性的土壤,还可能会对于钢铁以及建筑物本身造成了腐蚀。酸雨的主要形成原因之一就是雨水中的二氧化硫,二氧化硫一旦遇见了雨水就直接发生了氧化还原的反应就直接生成了成,降到了地面上就直接形成了自然酸雨。对自然环境中含硫的so2浓度也进行了检测于是我们来进行分析,判断二氧化硫造成大气污染的程度和其治理方法二氧化硫在大气污染中非常不可缺少的重要一环。在空气中二氧化硫的污染浓度经常以每立方米的空气污染物中的二氧化硫与污染物含量的比值来计算和表示,它们之间的体积比换算方程公式可以表示为:()表示。它们之间的换算公式为：(1-1)所以对于二氧化硫，。1.3二氧化硫检测技术概况如今对于烟气二氧化硫浓度的检测，有各有优点的几种比较常见的检测方法，分别是光学法，电化学法以及人工化学法，他们的优缺点以及原理将在下面进行介绍。1.3.1人工采样化学二氧化硫测量方法首先采用的是人工化学法,顾名思义,就是通过传统的人工化学方法去采集大气吸收液中的二氧化硫气体,使用仪器和吸收液的温度来精确地测量和计算出大气中二氧化硫的气体浓度。本种检测方法由于操作简单,设备的成本低,因此在国际上是一种最普遍的二氧化硫检测的方法。但对于该检测方法的结果来讲,使用的仪器、采样的时间和空气流量、吸收液的温度、样品的保存和使用以及样品的个数以及测量的范围都已经是样品测量需要严格控制的其中一个环节,丰富的理论和使用实践经验时是获得准确的样品测量结果的重要前提,可有效的大大减少样品测量误差从上个世纪90年代开始,我国的专门的国家环境保护行业协会以及专门的环境资源保护组织都开始了对于烟气中二氧化硫的浓度如何检测的问题想出了很多办法。对使用仪器和检测的质量都进行了研究,使我们的对于二氧化硫的排放检测方面有了不小的进步。当较高烟气溶液浓度为140~5700mg/m3的较高浓度烟气溶液浓度时采用碘量法,碘量法以后用乙酰戊二氨基磺酸铵和硫酸氨的盐水混合液直接进行吸收一次滴定较高烟气浓度溶液及其中的硫酸so1和中的so2,用分解释放出一种橙红色有机气体,与测定样品颜色中的两种盐酸副产物玫瑰酸和苯胺酸酯进行氧化反应,生成紫外线橙红色的有机化合物,根据其样品颜色的复杂变化程度深浅,用多种分子发光法和光度法应用来对测定样品颜色进行常用分子发光法和光度法的测定样品中加入NaOH使提取物发生氧化还原反应，分解出气体，与盐酸副玫瑰苯胺反应，生成紫外红色化合物，根据颜色的深浅程度的不同来使用分光光度法来测定[3]。1.3.2电化学法在生物电化学中关于气样溶液中的离子浓度主要的方法有三种,分别采用的是电导法、电量法和极谱传导测定浓度法等。1电导法电导法的原理是使用NAOH溶液吸收待测气体中的二氧化硫发生化学反应就会生成硫酸，硫酸的浓度越高，该溶液的导电性能就越强，成正比关系。所以通过待测气体加入之前和之后的电导率的变化就可以计算出气体中的浓度。电导法的优点是反应快，可以马上进行下一次测量。缺点是可能受到大气中其他气体和NAOH发生发生反应生成对电导率影响的如H2S,CO2,HCL。除此之外，温度也会影响，温度越高，电导率越高。2电量法电量检测法主要有两种,分别为检测固体电解液的电量法和检测固体电解质的电量检测法。其中固体电解液的电量检测法的工作原理其实就是先通过采样检测大气层当中的一种待检测气体,将碘离子从待测气体中所引导的电流放到一种名为碘化钾的电解液中,这样两种电解液体就同时会和碘离子发生了反应,碘化钾的离子就会不停的从一个阴极往阳极的方向移动,所以会在阳极上不断的产生气体和碘。这样就是可以很好的平衡两种化学元素碘的含量和浓度,并且两个能够参加浓度比较的电极之间根本就没有气体和电流的产生,所以碘在待测的气体中就同时会和之前生成的气体和碘离子发生了化学反应从而大大减少了碘的浓度和含量,因为由于碘化钾是在恒流源当中同时提供气体和电荷,碘的量减少了,提供的气体和电荷就同时会不够,电解质固体电量法的另一个优点是在未来很长的一段时间里不用手动更换然,但是这种测量方法同样也有着一个缺点,就是电解质的选择性和测量灵敏度比较差,待测的气体中可能含有的其他物质比如可以被待测气体氧化的有机化合物比如硫酸及其有机硫化物等都会对我们的电解质和测量结果造成一定的影响。另外一种固体电量法的优点就是使用固体电解质电量法,其工作原理主要是通过使用b-al2o3、nasicon等的固体作为电解质,或待测气体作为比电极,so2的电池以待测的气体为一个待测的比电极,这样就构成了敏感浓差的比电池[6]。缺点是使用这种法的电池在与温度相同的条件下情况下,含量不同的各种气体电压等待器的电池被被用于测量的不同气体电压引导并进入比较的电极。在我们事先设计控制后的额定温度下,电池的电动势与电池分散稳压的电动势对温度数值的额定值成正比,符合高性能斯特拉尔公式。通过公式就可以计算出待测气体中SO2的浓度，通过使用不同的固体电解质实验可以得出合适的固体电解质将温度控制在我们需要的温度，这样我们设计的检测方法就更加简单，得到的数值更急精确3极谱法极谱法很是一种很早就被广泛使用来测量曲线浓度的电化学方法,极谱法和传统的德伏安法之间还有一些的共同点,但是这两种电子检测电的办法所需要使用的电子工作极和电极可能是不一样的。我们目前可以进行选择的是使用了以二氧化硫或者水银为检测工作原理电极的另一种检测方法，也就是可以使用极谱进行检测的一种方法。1.4国内外研究现状1.4.1国外技术概况及发展趋势在国外,最先得到广泛使用并且被广泛普及的荧光方法之一就是脉冲紫外荧光法,这种荧光方法的工作原理主要是以紫外脉冲荧光法的原理为其基础,并且这种方法到目前为止已经被世界上许多国家和环境保护系协会所使用,成为了一种标准化的方法。现在国外还没有生产以激光脉冲诱导荧光法为主要工作原理的分析。最高运行温度:20~30℃。在2016年yuaka、hiroyuki等负责人的研究中采用了激光脉冲诱导荧光(lif)的方。1.4.2国内技术概况及发展趋势我国现在只有少部分城市是自动检测二氧化硫浓度的，除了这些城市之外大部分城市依旧采用的是人工化学分析法。导致这种情况的一个很大的原因就是从国外进口的二氧化硫检测仪成本非常高，财力上支持不足。如果可以有我们自己国产额二氧化硫检测仪的话，可以大幅度降低成本，对我国环境保护以及城市发展都是非常重要的，也是我们国家环保战线的主要目标。1.5论文研究的目的与意义随着当前我国特色社会主义经济和信息产业的进一步快速发展,环境污染问题越来越严重,大部分的大中城市使用室内空气质量净化器产品中的空气污染物平均浓度都已经明显超出了所国家规定的相关国家标准，所以我们对于空气中的浓度自动检测的需求非常强烈，除此之外，除了进行检测之外还需要去源头控制的排放，为了控制污染源的排放，我们需要去了解大气污染物的各种指标，才可以对症下药，对不同的大气污染物有不同的解决方法，我们就要对大气污染源进行检测。这对我们个人，城市，国家甚至整个直接的环境都有非常重要的意义。所以我们非常需要去建立一个完整的大气污染检测系统。2二氧化硫浓度检测的原理2.1电化学气体传感器检测原理电化学气体传感器的原理是将大气中的气体进行氧化还原反应，我们可以把浓度转变为电信号，直接检测电信号的大小，从而得出我们需要的大气中气体的浓度。电化学法经常被使用来测量大气中SO2,CO和各种碳氧化物的浓度。我们选择的传感器是CityTechnology公司生产的3SFCiTiceL电化学传感器测量大气中的浓度。2.1.13SFCiTiceL传感器3sfciticel传感器是一种基于伽伐尼电池设计基本原理的新型非线性电化学传感器,其主要优点为占用的空间小、比较轻、线性稳定度良好、不容易在使用中出现漏电故障,它由三个在电解质和水溶液环境中的电极组成,其传感器的结构如图2-l所示:ar<br>图2-1传感器的结构及外形示意图图2-2图2-1传感器结构示意图图2-2传感器外形图3sfciticel传感器一般是由t作为对电极(sensingelectrode)、参比电极(referenceelectrode)、对电极(counterelectrode)这三种电极共同作用而构成的.citytechnology公司的传感器(其中包括3sfciticel传感器)一般都被认为是微燃料传感元件,不需要花太多功夫,就可以较长时间拥有稳定性。传感器产品设计时一个非常关键的因素一点就是我们要让所有气体能够通过障(capillarydiflusionbarrier),障的限制可以直接让所有气体通过障进入传感器工作电极的时间受到了限制。通过这种传感器的限制,电极就是可以和它工作表面的所有气体都发生强烈的电化学反应,同时可以让没有能量储备的气体和电化学传感器进行活动。这种充足的能量备储就是我们用来设计能够确保我们的citicel的产品可以持续使用很久和催化温度的能量储备方法。在我们设计搭配的电化学传感器的产品时候非常重要值得注意的一点就是我们在气体通过障的阶段时候一定要限制传感器速率,一定要慢与其他传感器阶段相同时候的传感器速率。所以,我们在设计选用活跃电极材料的产品时候一定要注意确保它能够具有高稳定性和催化温度的作用。citieel的产品都一定是传感器搭配的一个活跃电极,传感器的所有能量储备都一定是非常充足的,如此一来,就已经可以直接使我们的电化学传感器能够具有长期的寿命和稳定性了。2.1.23SFOiTioeL传感器的技术说明3sfcitieel烟气浓度传感器的结构和外形如图2.2所示,它的结构是专门被用来识别和检测室内烟气中有害气体浓度的,3sfciticel的传感器相关主要技术参数和规格表如下:正常监测范围0-2000ppm最大过载浓度5000ppm使用寿命空气中2年输出信号0.100.02A／ppm精度lppm温度范围-2050压力范围空气压力10％响应时间(t90)<30秒相对湿度范围15％to90％非结露标准基线范围(纯空气中)02ppm最大的零点移动(+20to+40)5ppm长时间的输出漂移2％信号失真／月建议的负载电阻lO欧姆偏置电压不需要可重复性信号的1％输出线性度线性为了能够能够让所有的传感器一直处在"准备工作"的一个状态,在一个传感器还没有供电的时候,工作的电极与传感器的参比电极之间的连接会被一条比较长的导线直接连接起来,传感器会经常的有一段比较久的"启动时间"。所以再次启动在传感器储藏的时间和工作当中非常的需要尽量保留这个短的连接,想要有效的去除这个短连接,必须在传感器准备工作启动一个传感器的时候才可以,要使所有的传感器工作能够准确的对传感器进行准备工作,3sfcitiecl传感器一定要注意不能整个氧气放入扩散到厌氧性的待测气体或者混合物中。以上就是一些在传感器设计原理当中以及使用当中必须注意的几个问题，只有考虑了这些，才可以研制出一种可靠并且准确的仪器。2.1.33SFC.TjceL传感器的检测原理本仪器主要检测的气体分为两个大部分,一部分检测的是气体冷却后通过传感器的管道直接到达sg传感器的部分测得气体,可以直接用这部分的传感器直接测得这部分的气体;还有一部分的气体量就是在溶液中冷却的时候,溶解的是气体,该溶解的部分就是没有什么办法直接通过测量计算得到,需要先计算侧出溶液中冷却后的气体量,之后再通过一定温度下的气体溶解度,计算得出应该溶解的是气体的量.绝大部分还是直接由专用的传感器直接检测得出来的气体量。s02溶解的部分只占到非常小的一部分,在理论和实际中有些人测量的时候甚至气体量都可以忽略不计,所以本文主要为大家介绍的还是直接通过专用的sg传感器直接检测出来的气体量.sg电化学传感器所需要采用的传感器是一种电化学传感器,它的工作电极原理其实就是在一种电解质溶液当中分别放置三个工作电极,传感器直接通过在传感器工作的电极和被测气体对应的电极之间施加一个指定的电压,待将被测的气体引导入电压传感器的渗透膜,之后被测气体进入相应的电解槽,就可能会在相应的电极之中与气体发生一定的化学反应:工作电极：对应电极：所以，其总反应为：。反应中液体产生了一定的电流并且在气体中流动,电流的扩散大小由反应中气体的浓度和扩散速率决定,扩散产生的电流与反应中气体浓度的关系公式为:其中：：极限扩散电流；：电子转移数；：法拉第常数；：气体扩散面积；：气体扩散系数；：气体扩散层厚度；：被测气体浓度．在一定工作条件下、、、均为常数。则可令：于是有：气体在工作时三电极是与气体发生了氧化还原反应,所以该氧化还原电路工作时输出的氧化还原信号为正.在气体工作时三电极对气体进行还原发生氧化反应的时候气体信号是输出的显示负信号.该三电极设计的一个非常好的应用地方就是三电极催化了气体的电化学反应较弱气体的氧化还原反应.2.2微弱信号放大电路信号的放大电路是本课程设计用来传输测量信号当中一个非常重要的信号放大电路,3sfciticel传感器过去对于的测量信号放大范围一般是0—2000ppm,输出的传感器信号一般是电流放大信号,传感器3sfciticel过去输出的传感器信号放大范围一般是0-0.2na,因为过去传感器的测量信号非常微弱,在测量信号送入一个a/d时信号转换器必须一定要通过放大信号对电路进行信号放大,下面结构图就是本课程给出了信号放大电路的电路结构图。如图2-3。图2-3信号放大电路ic2作为电流限值放大器起到的作用主要是将输入电流的阻值转化为输出电压,失调输出电流对指标的要求没有那么高。因为微弱信号的准确放大要求放大器的分辨率倍数较高.因为这些对指标的准确性要求,在此我们选用了单片数值放大器。因为单片op07放大器在原理上具有低失调电压、低失调输出电流、低漂移、高输入阻抗、高共模开环增益、高共模抑制信噪比等一系列的特性,非常的符合放大器测量的准确性要求,指标要求如下：输入失调电压：typ．10输入失调电流温漂：0．2／失调电压长期稳定性：O．2／月低噪音：0.35电源电压范围：±3-±18输出电压范围：+14将放ic2放大输出的信号,送入a/d信号转换器,由采用电信号化学法，就可以计算出大气中二氧化硫气体的含量。3检测仪硬件的设计与实现3.1监测仪系统结构该检测仪器总的系统结构原理如框图如图3-1所示。采样采样气体烟尘过滤降温除水升温到非结露传感器前置放大器MAX197AT89C51单片机显示温度传感器温度传感器3.2检测电路设计我们要准确测量s02的气体浓度,必须首先要达到能够满足3sfciticel传感器工作时所需要的各种气体测量条件,气体的湿度、温度、压力的大小等要求。而这些都是我们需要采用相应的单片式传感器或其它可行的测量方法和软件来加以满足,在这一节中,我们就这个问题去详细讨论了相关的硬件设计。并且在下一节中,分析了一些有关单片式计算机系统的硬件设计。3.2.1温度的测量ad590温度传感器是一种高阻电流型两端互相感温的集成温度传感器1241,其中两端输出的电流与传感器的温度电压形成一个非线性的关系,为1a/k,工作电压范围可在+4v~+30v的范围内自由选用,测温范围一般为.55℃~150℃。它以热力学温标零点电阻作为零输出点。由于内部温度采用了激光进行微调,其间的温度一致性和均匀性非常好,容易实现互换。图3-2单点温度调整图3-3双点温度调整ad590温度传感器将电流和温度的转换输出变为相应的电流输出后,需要安装有对电流和电压进行转换的电路。一般为了提高传感器测量的准确度,还可能需要对传感器进行单点误差的修正和电压调整。如图3.2所示,单点误差温度修正调整方法在实质意义上就是一种控制端点温度平移的误差修正方法,这也是最简单的误差修正方法。图中,调节可变电阻器使得rl+r2=lk,则其输出电压为273.2mv。图中当温度为t℃时,输出电压v。为：(单位：)可以很清楚地看出,由于仅在一点上进行温度调整,使得现有的传感器在整个温度测量的范围上仍有些微小的误差。因此在采用单点对温度进行调整时,具体在哪一个主要的温度点上进行调整比较好,必须一定要根据实际传感器测温的范围大小来进行确定,以使在主要的温度点调整范围内传感器具有较高的调整精度。如图3.3所示,双点温度的调整拟合法实质为双点旋转和平移的拟合法,与其他单点电位温度的调整拟合法相比,它的应用可以进一步提高电位器和ad590温度传感器的测温性能和精确度,图中的ad581为高测温精度的集成稳压器,作为一个基准电压源输出+10v输出电压,目的主要是为了通过和给ads90传感器提供稳定的温度和电压。这里用单点电位传感器调零点,用r3和r4调输出增益,测温范围分别为0~loo,输出增益为电压v。测温范围为~。进行温度调整和使0时r4调输出v。=,100时v。=实际温度测量时调节0流过一个反馈稳压回路供电传感器的其中的电源输出输入电流=273.2a,为了要使电源流过一个反馈稳压回路供电传感器的其中的电源输出输入电流=0,则它的输出输入电流也必需=273.2a由于d4ad58l供电稳压器可以输出+10v的输出电压,因而:+=10／273.21000=36.6K=0.6K100时，=，=273.2-373.2=．100A，因而温度调整电路r4=9k,可使电路最大输出。要求电路对输出点的反馈电压最大不可能超过时,输出电压v与温度的一般关系式为:K(T-T1),K为比例系数，K=Vo／(T2-TI)，单位：V／，T为电路所需要测量的温度。依前述的方法,在图3.3电路中,需要通过相应地改变温度测量电阻rl~融的值,使得温度输入电压为t1时,输出电压为0;使得温度输出电压为t2时,输出电压为2.92vo。这样就使得我们可以在能够满足电压和输出范围的灵敏度条件下,使测温电路跟随器具有最高的输出灵敏度。鉴于对于上一个测温电路的实验室分析,考虑到在测温仪器中需要的测量精度及使用成本,我们最终决定在图中采用一个如图3-4的测温电路,用一个运算放大器lm324做电路的跟随器,跟随器的输出电压和vo的灵敏度接近于一个a/d电压转换器(maxl97)的跟随器和输入通道。。经我们的实验室分析测定,此电路的误差不可能超过l℃,符合我们的设计要求。图3-4测温电路3.3单片机系统设计单片机系统单元是整个数字信号检测仪的一个核心信号处理单元,主要由单片机的中央处理控制单元、a/d信号转换器、输出驱动控制单元、数字量输入控制单元和数字通信量输入单元五个部分组成,下面逐一详细介绍各系统单元的基本设计及其功能。3.3.1单片机中央处理单元单片机的中央处理控制单元主要承担着整个系统的数据处理和网络通信控制工作。结构如图3-5所示本论文为课题设计选用了一台at89c51单片机,该选用的单片机与atmcs一5l单片机完全兼容,at89c52是由美国atmel公司自主开发生产的一款低电压、高性能的cmos8位单片机。。图3-5单片机的引脚图1.输入输出引脚（1）P0口：P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口,对内部的程序flash校验程序正在存储器内部进行程序编程时,接收写出输入每个指令参数字节;校验正在运行中的程序时需要接收写入输出的每个指令参数字节,要求程序存储器内部外接一个新的上下下拉控制电阻。(2)P1口：p1是一个分别带有内部上和下拉稳压电阻的8位双向i/0端口。输出时最大功率可直接驱动4个点的ttl。端口置1时,内部上压下拉的稳压电阻将整个输入端口电压拉到一个新的高电平,作为对输入电流稳压之用。(3)P2口：p2是一个简单的带有内部上拉电阻的8位双向i/0端口。输出时端口可驱动4个ttl。端口置1时,内部上拉电阻将端口拉到一个高电平,作输入控制之用。对内部flash程序存储器进行编程时,接收高8位的地址和控制信息。P3引脚具体请看下表。P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入（RXD）P3.1串行通讯输出（TXD）P3.2外部中断0（INT0）P3.3外部中断1（INT1）P3.4定时器0输入(T0)P3.5定时器1输入(T1)P3.6外部数据存储器写选通WRP3.7外部数据存储器写选通RD表3-1P3端口引脚兼用功能表2．单片机的最小系统单片机的最小系统由电源、复位、晶振以及/EA=1组成，这里介绍每个部件的组成成分。Vcc电源端GND接地端工作电压为5V，另有AT89C51工作电压则是2.7-6V,引脚功能一样。图3-6晶振连接的内部、外部方式图XTAL1,XTAL2XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。复位RST在振荡器运行时，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。常用的复位电路如下图所示：图3-7常用复位电路图经过上述介绍，结合一般用的比较多的情况，我们选择如图3-8所示的单片机的外部驱动电路。图3-8单片机及外围驱动电路3.3.2A／D转换器模模数信号转化器的设计采用了美国maxim公司的软件maxl97,它使用户只需单直流电源+5v直流供电,通过软件即可编程直接选择8个模拟信号输入通道的任意一个输入进行模数转换。每个输入通道的模拟信号输入电平选择范围分别为:士10v,士5v,0v一10v或者0v-5v。使用户自由灵活的编程选择模拟信号输入通道的电压选择范围。芯片内部自带采样时钟保持器,转换的时间最高可为6s,采样的速率最高可达100kps,可通过软件即可编程选择是否使用内部或者外部的时钟。该模数转换芯片为用户提供数据的读取和并行转换的接口方式,与ttl/cmos输入电平转换方式兼容。主要性能及操作注意要点：(1)基准电压的选择内部电压基准缓冲器电压:在内部缓冲器基准输出电压的模式下,基准电压内部缓冲器在内部ref引脚可以提供4.096v的内部标准电压输出缓冲器电压,在内部refadj引脚可以直接进行基准电压微调。(2)输入量程的选择MAXl97如下表3.2和3.3所示：表3-2D7(MSB)D6D5D4D3D2DlDOPDIPDOACQMODRNGBIPA2AlA0表3-3名称说明PDl，PD0选择时钟和低功耗模式ACQMODO为内部控制采集，1为外部控制采集RNG选择输入端的满量程电压范围(表2)BIP选择单极性式双极性式转换模式(表2)A2。Al，A0用于选择8路输入通道的地址（3)时钟模式MAXl97可以选择两种时钟模式。控制D6、D7字节位置来选择内部或外部时钟模式。具体如图所示外部时钟模式通过软件设置外部时钟控制系统时钟每个字节的定位值在其中d7位=0、d6位=o时即可选择外部控制时钟的工作模式。一般有的情况下是要求100khz~2mhz的外部时钟工作站的时钟控制模式必须能够具有45%~55%的时间占空比。另外当外部工作时钟控制电路时钟的稳定频率宽度低于100khz时,在一个频率保持稳定的稳压电容电路上将很有可能会出现产生一个稳定电压的频率下降,导致外部工作时钟控制性能的大大降低。内部时钟模式内部时钟模式:设置控制字节的D7位为0,D6位为1可以选择这种模式。在CLK脚和地之间接一个100pF的电容,可产生1.56MHz频率。3.3.3AD外部驱动电路选用内部的时钟驱动模式,如图3-9所示,在clk引脚和地之间接一个100pfl均电容,对于外部需较大电流和功率的驱动部件(例如电磁阀等),普通的大电流驱动芯片难以很好地满足,如下图3-9所示。图3-9AD转换器的外围电路如所示图3.9选用内部的一个基准调节电压,在一个chl与一个ref引脚用一个4.7uf直流电容的电压旁路直接进行内部调节电压到地,在一个chl与一个refadj引脚用一个微电位器直接进行旁路调节内部的基准电压,同时在一个chl与一个refadj引脚用一个0.01uf直流电容的电压旁路直接进行内部调节电压到地。各输入通道的浓度输入量程:ch0接收检测到大于s02浓度的一个输入量程信号,且可使用一个用于模拟多通道路口的温度开关对其进行温度控制。无论我们使用那个温度传感器,输入量程选择0v~10v;chl1连接到有温度的信号传感器端并输入温度信号,输入量程选择0v一5v;ch2与旧的ch4和新的ch7作为一个新的备用温度输入信号通道。4检测仪软件的设计与实现4.1单片机C语言4.1.18051单片机C语言c语言编程结构代码是一种概念源于使用c编程语言结构编写的基于unixc等操作系统的一种编程结构语言,是一种非常结构化的编程语言,可以应用于快速产生紧凑的程式代码。c语言编程结构语言的文字结构通常指的是以英文括号而不是以英文字和数或特殊符号两种形式用来表示的结构语言。c的编程语言基本结构是它可以直接用来用于进行许多复杂的机器级语言编程以及函数的运行控制而不用用于汇编语言。与其他通用程序汇编语言<br>

相比,C语言有如下优点:1.对于一个单片机的指令系统不仅仅要求能够有初步的技术了解,仅要求能够明确要求对805l的指令存储器及其结构参数有初步的技术了解;2.寄存器的分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理:3.程序有规范的结构,可分为不同的函数,这种方式可使程序结构化;4.具有将可变的操作方式选择与特殊的操作方式直接组合在一起的操作能力,改善了应用程序的可读性;5.关键字及运算函数可用近似人的思维过程方式使用;6.编程及程序调试时间显著缩短,从而提高效率;7.提供的数据库软件包含许多国际标准的子程序,具有较强的数据处理的能力;8.已选择植入或重新编好的c和c语言软件程序新的用户通常可容易地自动选择植入新的语言程序,因为已植入编好的c和c软件语言程序具有方便的程序模块化和新的分布式程序编程技术。4.1.2控制软件设计该中断检测测试仪器的中断软件设计部分用一个c51语言软件进行设计实现,at89c51单片机内部分设有2个中断定时器和一个计数器,定时器0用于定时延时的一段基准时间中断持续时间,在此我们定时器其中预设的一段基准时间中断持续时间长度应该一定是50ms,如果在一个程序中如果要求中断长延时1s,则可以需要一个定时器哟在一个程序中如果需要中断长延时时会中断20次,用此确定中断持续方式时就可以需要用来进行说明如何进行实现一个定时器在一个程序中中断需要的长延时.在一个主程序中根据系统每秒间隔一定的一段基准时间中断持续时间就可以需要进行检测一次定时s02的中断时间信息含量.主检测程序流程结构如下表图4-1所示。开始初始化开始初始化显示送检测结果？按键检测送检测结果图4-1主程序流程检测部分是整个单片机程序的主要组成部分,单片机通过对各部分泵和阀的控制和驱动来实现对气体的驱动和检测.单片机将泵和阀放在管道的烟气阀通过采样口进行对气体的采样,阀1、阀2、阀3依次将气体放在管道的各个主要部位如图4-2所示。图4-2泵阀位置示意图整个控制流程如图4-3所示。阀1开，2，3关阀1开，2，3关延时1S开泵延时2S关阀1，2，3开风扇降温延时1S，关泵开阀1放水测温1开阀2，3延时，开泵延时，关阀1测温2温2=温1计算S02含量延时，测S02测温度延时1S，关泵关阀2，3温度>90%升温控制流程图5单片机的系统调试与系统测试5.1单片机的系统调试单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境(uVision)将这些部份组合在一起。5.2单片机的系统测试(1)测试原理：在系统设计中，以MCS-51单片机为核心的电阻、电容、电感测试仪，将电阻，电容，电感，使用对应的振荡电路转化为频率实现各个参数的测量。其中电阻和电容是采用555多谐振荡电路产生的，而电感则是根据电容三点式产生的，将振荡频率送入AT89C52的计数端端，通过定时并且计数可以计算出被测频率，再通过该频率计算出被测参数。以Keil51为仿真平台，使用C语言与汇编语言混合编程编写了系统应用软件；包括主程序模块、显示模块、电阻测试模块、电容测试模块和电感测试模块。(2)测试方法：在测试时将被测参数通过本系统测量出来的示值与参数的标称值进行对比，进而可以知道本系统的测试精度。(3)测试仪器：示波器，万用表，稳压电源，计算机。(4)测试结果：通过按键，实现其按键所对应的功能，并观察测试结果，对设计进一步的进行校正和对实现功能的可靠性的确认，并记录观察结果。测试结果如下：电阻测试数据如表5-1所示。电容测试数据如表5-2所示。结语本项目的设计主要是基于单片机的烟气浓度二氧化硫烟气浓度检测仪的软件设计开发项目,从实际研究和应用的角度对本设计展开了诸多的实际研究软件开发和设计工作,分析了国内外的烟气浓度电化学检测仪的应用现状,确定了一种研究基于低价位、高适用性,利用烟气浓度电化学传感器技术进行烟气浓度二氧化硫检测的最佳解决方案。在整个烟气浓度检测过程中该仪气路、电路的设计与修改,元器件的设计选择,及软硬件的安装调试维护工作都可以使作者受益匪浅。在深入分析了国内外一些检测仪器的基础上,设计了一个使用技术先进的新型烟气浓度校准检测仪。对试验的结果比较满意。但是应该仔细看到其不足之处,比如还没有对烟气浓度传感器进行做精密的校正,如果烟气浓度检测仪使用的要求极高或用于安全的应用,则烟气浓度校准的工作做起来可能比以前要频繁许多,校正的程序也可能需要及时做一些相应的修改。本检测仪主要用于检测燃煤烟气、燃石油烟气的浓度,利用现场220V交流电源供电,可实时地连续检测烟气中的浓度。致谢走的最快的总是时间，来不及感叹，大学生活已近尾声，三年的努力与付出，随着本次论文的完成，将要划下完美的句号。本论文设计在隆梁良老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选取到具体的写作过程，论文初稿与定稿无不凝聚着赵爽老师的心血和汗水，在我的毕业设计期间，梁良老师为我带给了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的推荐，隆老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度使我深受感动，没有这样的帮忙和关怀和熏陶，我不会这么顺利的完成毕业设计。在此向隆梁良老师表示深深的感谢和崇高的敬意!在临近毕业之际，我还要借此机会向在这四年中给予我诸多教诲和帮忙的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们四年来的辛勤栽培。不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮忙和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。同时，在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在那里一并向有关的作者表示谢意。我还要感谢我的同学们以及我的各位室友，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮忙和支持，在此我表示深深地感谢!参考文献[1]张慧明.烟气脱硫技术讲座[J],第二讲,大气二氧化硫污染.安全,2016.（9）.65-69[2]郝吉明，王书肖，陆永琪.燃煤二氧化硫污染控制技术手册[J].北京:化学工业出版社，2011.4.85-87[3]赵继文，何玉彬.传感器与应用电路设计[J].北京:科学出版社，2012.9.36-37[4]王戴，吕强中，王同峰.温度传感器在数据采集系统中的应用[J].计算机测量与控制，2014.12(1).96-97[5]涂水林，张景海.多通道多输入范围12位ADCMAX197及其应用[J].电测与仪表，2011.3.75-79[6]雷道振，张迎新，谈锐.MAX197多量程A/D转换器及应用[J].国外电子元器件，2016.11.63-65[7]马忠梅，籍顺心，张凯，马岩.单片机的c语言应用程序设计(第3版)[M].北京:北京航空航天大学出版社，2013.11.[8]罗伟雄，韩力，原东昌，丁志杰.通信原理与电路[J].北京:北京理工大学出版社，2017.8.132-133[9]曹志刚，钱亚生编.现代通信原理[M].北京:清华大学出版社，2015.6[10]RamonPallas-Areny,JohnG.Webste:著.张伦译.传感器和信号调节[J].北京:清华大学出版社，2013.12.77-78[11]沙占友主编.集成化智能传感器原理与应用[J].北京:电子工业出版社，2014.1.96-97[12]李正军，计算机测控系统设计与应用[J].济南:山东大学出版社，2012.9.105-108[13]方彦军，孙健.智能仪器技术及其应用[J].北京:化学工业出版社，2014.5.68-69附件#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar//#defineuintunsignedint//#include"eeprom52.h"//段选定义0123456789ucharcodesmg_du[]={0x28,0xee,0x32,0xa2,0xe4,0xa1,0x21,0xea,0x20,0xa0,0x60,0x25,0x39,0x26,0x31,0x71,0xff};////选定义ucharcodesmg_we[]={0xef,0xdf,0xbf,0x7f};uchardis_smg[8]={0x28,0xee,0x32,0xa2,0xe4,0x92,0x82,0xf8};ucharsmg_i=3;//sbitdq=P2^4;//bitflag_lj_en;//bitflag_lj_3_en;//ucharkey_time,key_value;//bitkey_500ms;sbitbeep=P2^3;//ucharf_pwm_l;//uinttemperature;//bitflag_300ms;ucharmenu_1;//uintt_high=300,t_low=100;//uintnumber;/****************************************************/voiddelay_1ms(uintq){uinti,j;for(i=0;i<q;i++)for(j=0;j<120;j++);}/****************************************************/voiddelay_uint(uintq){while(q--);}/****************************************************/voiddisplay(){staticuchari;i++;if(i>=smg_i)i=0;P1=0xff;//消隐P3=smg_we[i];//位选P1=dis_smg[i];//段选}/************************************/voidwrite_eeprom(){SectorErase(0x2000);byte_write(0x2000,t_high%256);byte_write(0x2001,t_high/256);byte_write(0x2002,t_low%256);byte_write(0x2003,t_low/256);byte_write(0x2055,a_a);}/***********************************/voidread_eeprom(){t_high=byte_read(0x2001);t_high<<=8;t_high|=byte_read(0x2000);t_low=byte_read(0x2003);t_low<<=8;t_low|=byte_read(0x2002);a_a=byte_read(0x2055);}/*******************************/voidinit_eeprom(){read_eeprom();//if(a_a!=22)//{t_high=250;t_low=200;a_a=22;write_eeprom();//}}/****************************************************/voidinit_18b20(){bitq;dq=1;//delay_uint(1);//15usdq=0;//delay_uint(80);//750usdq=1;//delay_uint(10);//110usq=dq;//读取18b20delay_uint(20);//200usdq=1;//}/****************************/voidwrite_18b20(uchardat){uchari;for(i=0;i<8;i++){//dq=0;//dq=dat&0x01;//delay_uint(5);//60usdq=1;//dat>>=1;}}/****************************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