甲醛检测仪论文.docx
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甲醛检测仪论文
天津渤海职业技术学院
毕业环节技术报告
系部名称电气工程系
专业电气自动化
题目名称甲醛检测仪论文
学生姓名张瑛佳
指导教师2016年4月
甲醛浓度检测仪1
摘要1
1、概述2
1.1、选题的背景及意义2
1.2、甲醛检测仪的现状3
2、系统主要器件的的介绍4
2.1、主控制器4
2.2、LCD16029
2.3甲醛模组ZE08-CH2O11
三、系统电路设计原理图13
1、最小系统原理图13
2、蜂鸣器驱动原理图15
3、甲醛模组原理图16
4、LCD1602原理图16
四、程序设计17
1、程序结构流程图如下:
17
2、按键处理程序流程图如下:
18
3、中断处理程序流程图如下:
18
4超限程序处理流程图如下:
18
实习心得19
附录一:
系统原理图20
附录二:
参考文献21
附录三:
程序22
甲醛浓度检测仪
摘要
伴随着社会的的发展,人们生活水平的不断提高,有“温饱”到“小康”,针对装修材料散发甲醛浓度进行检测,为人们生活的安全舒适提供提一个参考标准。
基于8051内核的单片机STC89c52作为控制核心,甲醛模组传感器作为检测信号源,实现在甲醛浓度超过一定值的时候控制扬声器提示。
本课题以C51系列的STC89c52RC为控制核心,甲醛模组传感器模块检测信息,设置系统键盘模块,警报电路,液晶显示,组成甲醛检测仪系统总成综合实现所有功能。
1、概述
1.1、选题的背景及意义
如今自动化、信息化程度越来越高,随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高,各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活,同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。
以单片机为核心的自动门系统就是其中之一。
它实用性强,功能齐全,技术先进,使人们相信这是科技进步的成果。
它更让人类懂得,数字时代的发展将改变人类的生活,将加快科学技术的发展。
单片机的应用领域也就越来越广,成为人们生活不可或缺的一部分。
目前单片机的应用渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
随着社会的发展,人们的生活水平在不断的提高。
房地产行业的发展带动了一系列附属行业的快速发展,消费者的生活已有“数量型”向“质量型”转变,“安全、健康、舒适”成为生活的核心理念。
装修已经深入到我们的生活当中,同时装修材料的也五花八门。
对于装修使用材料中散发出的有害元素甲醛给我们的生活带来了极大的威胁。
同时不同浓度的甲醛对人体的危害是不同的同时不同年龄、体质的人对甲醛的抵抗力也是有所不同的。
甲醛为较高的毒性物质,在我国有毒化学品优先控制名单上高居第二位。
甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸性物质,是公认的变态反应源。
研究表明:
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0.06-0.07mg/m3时,儿童就会发生轻微气喘。
当室内空气中甲醛含量为0.1mg/m3时,就有异味和不适感;达到0.5mg/m3时,可刺激眼睛,引起流泪;达到0.6mg/m3,可引起咽喉不适或疼痛。
浓度更高时,可引起恶心呕吐,咳嗽胸闷,气喘甚至肺水肿;达到30mg/m3时,会立即致人死亡。
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。
是装修和家具的主要污染物。
其释放期长达3—15年,遇热遇潮就会从材料深层挥发出来,严重污染环境,已成为难以解决的世界性难题。
对老人、小孩和孕妇危害最大
1.2、甲醛检测仪的现状
1)检测纸
现在市场中有大量的甲醛检测纸,使用方面,但是相对于电子检测仪来讲,不具有重复性使用,并且实用程序麻烦,可读性差,误差大。
2)甲醛检测仪
市场中的电子甲醛检测仪价格高,专业性强,对于家用应用有点浪费资源。
本系统设计结合单片机,降低成本实现资源利用最大化。
2、系统主要器件的的介绍
2.1、主控制器
本设计是单片机要完成功能就是检测甲醛的浓度并在液晶上显示,当甲醛浓度超过用户设置的上限值发怵提示报警。
系统框图如下:
图1
单片机是STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。
片内含有Flash程序存储器、SRAM、UART、SPI、PWM等模块。
封装图如下:
图2
图2:
STC89C52RC单片机引脚图
1)、主要特性如下:
1. 增强型8051单片机,6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择,指令代码完全兼容传统8051.
2. 工作电压:
5.5V~3.3V(5V单片机)/3.8V~2.0V(3V单片机)
3. 工作频率范围:
0~40MHz,相当于普通8051的0~80MHz,实际工作频率可达48MHz
4. 用户应用程序空间为8K字节 5. 片上集成512字节RAM
6. 通用I/O口(32个),复位后为:
P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉,
P0口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为I/O口用时,需加上拉电阻。
7. ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无
需专用仿真器,可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程序,数秒即可完成一片 8. 具有EEPROM功能 9. 具有看门狗功能
10. 共3个16位定时器/计数器。
即定时器T0、T1、T2
11. 外部中断4路,下降沿中断或低电平触发电路,Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
12. 通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART 13. 工作温度范围:
-40~+85℃(工业级)/0~75℃(商业级)
2)、STC89C52RC引脚功能说明
VCC(40引脚):
电源电压
VSS(20引脚):
接地
P0端口(P0.0~P0.7,39~32引脚):
P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。
作为输出端口,每个引脚能驱动8个TTL负载,对端口P0写入“1”时,可以作为高阻抗输入。
在访问外部程序和数据存储器时,P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。
此时,P0口内部上拉电阻有效。
在Flash ROM编程时,P0端口接收指令字节;而在校验程序时,则输出指令字节。
验证时要求外接上拉电阻。
P1端口(P1.0~P1.7,1~8引脚):
P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P1的输出缓冲器可驱动(吸收或者输出电流方式)4个TTL输入。
对端口写入1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这是可用作输入口。
P1口作输入口使用时,因为有内部上拉电阻,那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。
P2端口(P2.0~P2.7,21~28引脚):
P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P2的输出缓冲器可以驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。
对端口写入1时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,这时可用作输入口。
P2作为输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流
P3口引脚复用功能 引脚号 复用功能
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 (外部中断0)
P3.3 (外部中断1)
P3.4 T0(定时器0的外部输入)
P3.5 T1(定时器1的外部输入)
P3.6 (外部数据存储器写选通)
P3.7 (外部数据存储器读选通)
RST(9引脚):
复位输入。
当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效,用来完成单片机单片机的复位初始化操作。
看门狗计时完成后,RST引脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下,复位高电平有效。
ALE/(30引脚):
地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低8位地址的输出脉冲。
在Flash编程时,此引脚()也用作编程输入脉冲。
在一般情况下,ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE脉冲将会跳过。
如果需要,通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”,ALE操作将无效。
这一位置“1”,ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。
否则,ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位(地址位8EH的SFR的第0位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
VPP(31引脚):
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令,必须接GND。
注意加密方式1时,将内部锁定位RESET。
为了执行内部程序指令,应该接VCC。
在Flash编程期间,也接收12伏VPP电压。
XTAL1(19引脚):
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2(18引脚):
振荡器反相放大器的输入端。
3)STC89C52单片机的串行口为P3.1和P3.0;P3.1是发送端口,P3.0是接收端口。
做全双工通信时,只需要将甲乙两个单片机的端口进行交叉连接即可。
除了硬件上的连接外,我们还需要注意的是要进行串口的初始化操作,需要将一些关于串口通信的特殊功能寄存器进行设置,这些寄存器有串行口控制寄存器(SCON)、定时方式寄存器(TMOD)、定时计数器(TH1、TL1)、定时控制寄存器(TCON),电源控制寄存器(PCON),如果想让串行口工作在中断方式,还需要设置IE寄存器。
串行口控制寄存器SCON的地址为98H,由于地址末尾是以8结尾,所以可以进行位寻址,也就是可以用位操作指令SETB、CLR操作其中的每一位,当然了也可以用MOV指令进行单元操作。
表9.1串行口控制寄存器SCON
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
SM0
SM1
SM2
REN
TB8
RB8
TI
RI
SM0、SM1:
串行口工作方式选择位,其定义如下表9.2所示,从中我们可以看出串行口共有4中工作方式。
表9.2工作方式的选择
SM0
SM1
工作方式
功能描述
波特率
0
0
0
8位移位寄存器
Fosc/12
0
1
1
10位UART
可变
1
0
2
11位UART
Fosc/64或fosc/32
1
1
3
11位UART
可变
1.方式1
方式1是10位异步通信方式,通信的帧格式为1个起始位0,8个数据位,最后是停止位1,共10个二进制位。
此方式波特率可以改变,也就是说可以通过定时器1或者定时器2(对于52单片机)进行设置。
例:
发送操作:
当执行一条“MOVSBUF,A”指令时,启动发送操作,A中的数据从TXD端实现异步发送。
发送完8位数据后自动置TI=1,请求中断。
要继续发送时,TI必须由指令清零。
例:
接收操作:
当置REN=1时,串行口采样RXD,当采样到1到0的跳变时,确认串行口数据帧的起始位,开始接收一帧数据,直到停止位到来时,把停止位送入RB8中。
置位RI,请求中断,CPU取走数据后用指令清RI。
波特率的设置(定时器T1设置波特率)
方式1和方式3波特率可以改变,那么如何设置波特率呢?
我们可以用下面的公式进行计算,公式中有个定时器T1的溢出率,什么是定时器溢出率呢?
定时器溢出率实际上就是定时时间的倒数。
比如说:
定时器初始化时TH1、TL1为0FDH,则只要定时器接到3个脉冲就会溢出,如果选择11.0592兆的晶振,则三个脉冲的时间是3.255us,定时器溢出率就是1×1000000/3.255=307219.66,如果SMOD=0,那么波特率为9600。
需要强调的是定时器1此时必须工作在方式2即8位自动重载模式。
下面以单机通信9600波特率设置为例,总结串口初始化步骤.
1.设置定时器1工作方式1
2.设置定时器1的初始值
3.启动定时器1工作(TCON)
4.设置串行口工作方式
5.设置波特率加倍位SMOD
6.开中断开关IE
2.2、LCD1602
液晶显示的原理是利用液晶的物理特性,通过电压对其显示区域进行控制,有电就有显示。
LCD1602是有32个5x7点阵组成的行字符型显示屏。
其操作方法如下:
1、读写时序操作
读状态RS=L,R/W=H,E=H输出D0—D7
写指令RS=L,R/W=L,D0—D7指令码,E=高脉冲
读数据RS=H,R/W=H,E=H输出D0—D7数据
写数据RS=H,R/W=L,D0—D7数据,E=高脉冲
2、RAM地址映射图
3、指令码
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令,如表10-14所示:
指令1:
清显示,指令码01H,光标复位到地址00H位置。
指令2:
光标复位,光标返回到地址00H。
指令3:
光标和显示模式设置I/D:
光标移动方向,高电平右移,低电平左移S:
屏幕上所有文字是否左移或者右移。
高电平表示有效,低电平则无效。
指令4:
显示开关控制。
D:
控制整体显示的开与关,高电平表示开显示,低电平表示关显示C:
控制光标的开与关,高电平表示有光标,低电平表示无光标B:
控制光标是否闪烁,高电平闪烁,低电平不闪烁。
指令5:
光标或显示移位S/C:
高电平时移动显示的文字,低电平时移动光标。
指令6:
功能设置命令DL:
高电平时为4位总线,低电平时为8位总线N:
低电平时为单行显示,高电平时双行显示F:
低电平时显示5x7的点阵字符,高电平时显示5x10的点阵字符。
指令7:
字符发生器RAM地址设置。
指令8:
DDRAM地址设置。
指令9:
读忙信号和光标地址BF:
为忙标志位,高电平表示忙,此时模块不能接收命令或者数据,如果为低电平表示不忙。
指令10:
写数据。
指令11:
读数据。
3、写操作时序
2.3甲醛模组ZE08-CH2O
1、产品描述
ZE08-CH2O型电化学甲醛模组是一个通用型、小型化模组。
利用电化学原理对空气中存在的CH2O进行探测,具有良好的选择性,稳定性。
内置温度传感器,可进行温度补偿;同时具有数字输出与模拟电压输出,方便使用。
ZE08-CH2O是将成熟的电化学检测技术与精良的电路设计紧密结合,设计制造出的通用型气体模组。
2、模组特点
高灵敏度、高分辨率、低功耗、使用寿命长
提供UART、模拟电压信号、PWM波形等多种输出方式
高稳定性、优秀的抗干扰能力、温度补偿、卓越的线性输出
3、管脚定义
4、通讯协议
4.1通用设置
波特率9600
数据位8位
停止位1位
校验位无
4.2通讯命令
通信分为主动上传式和问答式,出厂默认主动上传,每间隔1S发送一次浓度值,命令行格式如下
4.3、校验和计算
/**********************************************************************
*函数名:
unsignedcharFucCheckSum(uchar*i,ucharln)
*功能描述:
求和校验(取发送、接收协议的1\2\3\4\5\6\7的和取反+1)
*函数说明:
将数组的元素1-倒数第二个元素相加后取反+1(元素个数必须大于2)
**********************************************************************/
unsignedcharFucCheckSum(unsignedchar*i,unsignedcharln)
{
unsignedcharj,tempq=0;
i+=1;
for(j=0;j<(ln-2);j++)
{
tempq+=*i;
i++;
}
tempq=(~tempq)+1;
return(tempq);
}
三、系统电路设计原理图
1、最小系统原理图
单片机最小系统由电源接口,开关,时钟电路,下载接口,复位电路和STC89c52单片机组成。
复位电路:
当在89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时,单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平,单片机就处于循环复位状态)
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。
最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。
只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。
除了上电复位外,有时还需要按键手动复位。
本设计就是用的按键手动复位。
按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。
其中电平复位是通过RST(9)端与电源Vcc接通而实现的。
按键手动复位电路见下图。
时钟频率用12MHZ时C取10uF,R取10kΩ。
时钟电路:
STC89C52RC单片机的时钟信号通常有两种方式产生:
一是内部时钟方式,二是外部时钟方式。
内部时钟方式如图3所示。
在89S51单片机内部有一振荡电路,只要在单片机的XTAL1(18)和XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振),就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。
图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振,电容值在5~30pF,典型值为30pF。
晶振CYS的振荡频率范围在1.2~12MHz间选择,典型值为12MHz和6MHz。
下载接口:
STC89c52系列单片机具有在系统可编程(ISP)特性,ISP 的好处是:
省去购买通用编程器,单片机在用户系统上即可下载/烧录用户程序,而无须将单片机从已生产好的产品上拆下,再用通用编程器将程序代码烧录进单片机内部。
有些程序尚未定型的产品可以一边生产,一边完善,加快了产品进入市场的速度,减小了新产品由于软件缺陷带来的风险。
由于可以在用户的目标系统上将程序直接下载进单片机看运行结果对错,故无须仿真器。
单片机出厂时就已完全加密。
需要单片机内部的电放光后上电复位(冷起动)才运行系统ISP程序,如从 P3.0/RxD 检测到合法的下载命令流就下载用户程序,如检测不到就系统复位到用户程序区。
具体如下图所示:
2、蜂鸣器驱动原理图
蜂鸣器的正极接电源正极,根据单片机的电流特性,不足以直接驱动蜂鸣器。
有三极管的输出特性,利用晶体管的饱和和截止特性构成开关电路。
P20为高电平时基极与集电极之间反向偏置,不导通;当P20为低电平时,基极与集电极之间正向偏置,导通。
电路工作,蜂鸣器工作,单片机只需要吸收娇小的输入电流。
3、甲醛模组原理图
甲醛模组与单片机之间的数据交换是单向的,只需要甲醛模组向单片机发送收据即可。
单片机只需要接受数据,而不发送数据。
故而将甲醛模组的数据输出引脚接单片机的数据输入引脚。
4、LCD1602原理图
1602LCD采用标准16脚带背光接口。
VL为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”。
P0端口(P0.0~P0.7,39~32引脚):
P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。
作为输出指令字节。
验证时要求外接上拉电阻。
四、程序设计
1、程序结构流程图如下:
在没有中断产生的时候一直执行显示、按键处理及检测是否超限程序;当有中断产生的时候执行中断服务程序。
2、按键处理程序流程图如下:
两个按键其中一个按键对设定上限值加,另一个进行减。
3、中断处理程序流程图如下:
4超限程序处理流程图如下:
实习心得
一年的实习生活马上结束了,在这一年里我学习到很多在学校里没有的东西成长了许多,得到了许多同事与领导的帮助让我有了很大的成长。
首先,刚刚步入社会,要多像老同事学习,在工作中处处留意,少说多做,多思考多学习。
以较快的速度熟悉公司的工作流程,较好的融入到本人所在的团队中来。
其次,在工作中多思考,发现自身上的问题,多与同事交流,互相沟通。
这样才可以更好的成长。
平时要积极、主动、熟练的完成自己的工作,在工作中发现问题,并且主动改正过来,这样才能更好的进行日常工作。
在平时的工作当中,自己学会了如何更好的与人交流,沟通。
学会了怎样与人更好的相处,怎样处理问题。
在以后的工作中我会一如既往的努力,与追求完美,使自己更好的成长。
附录一:
系统原理图
附录二:
参考文献
[1]赵继文,传感器与应用电路设计,北京,北京科学出版社,2002.3,6
[2]黄继昌,电子元器件应用手册,北京,北京人民邮电出版社,2004年
[3]赵辉,Protel99电子线路CAD,北京,北京邮电大学出版社,2007
[4]毕淑娥,电工与电子技术基础,哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社,2008.6
[5]李全利,单片机原理及应用,北京,清华大学出版社,2006.2
[6]金发庆,传感器技术与应用,北京:
机械工业出版社,2004.8,281-290
[7]王港元,电子技能基础,成都,成都科技大学出版社,1999
[8]夏路易,单片机在控制系统中的应用,北京,北京希望电子出版社,2006
[9]李朝青,单片机原理及接口技术,北京,北京航空航天大学出版社,2004
[10] 王凯雄,胡勤海.《环境化学》.北京:
化学工业出版社,2006.3.101.
[11] 王喜元编.民用建筑工程室内污染控制规范辅助教材.北京.中国计划出版社.2002
[12]ZE08-CH2O型电化学甲醛模组使用说明书 版本号:
1.0
实施日期:
2014.12.12
附录三:
程序
#include
#include
#include"eeprom52.h"
#defineucharunsignedchar//宏定义
#defineuintunsignedint
#defineLCD1602_datP0
sbitLCD1602_rs=P2^5;//IO定义
sbitLCD1602_rw=P2^6;
sbitLCD1602_e=P2^7;
sbitbeep=P2^0;
sbitled_1=P1^0;
sbitled_2=P1^1;
sbitkey_1=P1^2;
sbitkey_2=P1^3;
uintch2o_H,ch2o;
ucharbz,ms,sec,UART_dat[10],zhi[2],i;
bitbeep1;
voiddelay(uintT)//延时函数
{
while(T--);
}
voidLCD1602_write(ucharorder,dat)//1602一个字节处理
{
LCD1602_e=0;
LCD1602_rs=order;
LCD1602_dat=dat;
LCD1602_rw=0;
LCD1602_e=1;
delay
(1);
LCD1602_e=0;
}
voidLCD1602_writebyte(uch
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