安徽三联学院信息与通信技术系学年论文Word格式.docx

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其原因是由于空气中有害气体的含量超过最小容许浓度所致。

有害气体泛指对人体健康或生命安全构成威胁的各种气体，比如能使人中毒的有毒气体、无毒但会使人窒息的气体、可引发爆炸或易燃的气体以及那些破坏生态、危及人类生存环境的气体，如温室气体等。

本设计主要包括红外线气体传感器、单片机AT89C52等器件，硬件电路包括有害气体监测电路、报警电路和A／D转换电路等辅助电路，软件设计主要包括数码管显示电路、信号处理程序、报警程序等模块。

Withmoreandmoresevereenvironmentalpollutionsituation,theeconomicdevelopmentandpersonalhealthhasaseriousthreat,whichmakeupalargeproportionofairpollution.Airpollutionisreferstotheatmosphericpollution,indoorairpollutionandsoon.Thereasonforthisisduetotheairharmfulgascontentmorethantheminimumallowableconcentrationcausedby.Harmfulgasreferstohumanhealthorlifesafetythreatallkindsofgas,suchascanmakethepersonpoisonedpoisonousgas,non-toxicbutsuffocatinggas,cancauseexplosionorflammablegasandthedamagetotheecosystem,endangerhumansurvivalenvironmentofthegas,suchasgreenhousegas,etc.Thisdesignmainlyincludesinfraredgassensor,microcontrollerAT89C52devicessuchas,hardwarecircuitincludingharmfulgasmonitoringcircuit,alarmcircuitandA/Dconversioncircuitandotherauxiliarycircuit,softwaredesignincludesdigitaltubedisplaycircuit,signalprocessingprogram,alarmmodule,suchasprogram.

关键词：

AT89C52单片机：

传感器；

有害气体；

监测

目录

第一章前言……………………………………………………………………………………

第二章课题背景及目的……………………………………………………………………

1.1论文构成及研究内容……………………………………………………………………

1.2室内有害气体监测系统的原理框图……………………………………………………

第三章核心器件的选择………………………………………………………………………

2.1单片机的选择……………………………………………………………………………

2.1.1AT89C52简介……………………………………………………………………

2.1.2AT89C52引脚功能………………………………………………………………

2.2气体传感器的选择………………………………………………………………………

2.2.1红外线气体传感器简介…………………………………………………………

2.2.2红外线气体传感的性能特点……………………………………………………

第三章硬件设计电路………………………………………………………………………

3.1主控制流程………………………………………………………………………………

3.2浓度显示子程序流程图及设计…………………………………………………………

3.3报警电路…………………………………………………………………………………

第四章软件设计……………………………………………………………………………

4.1概述………………………………………………………………………………………

4.2有害气体监测流程及程序实现…………………………………………………………

4.3报警模块流程……………………………………………………………………………

第五章结论…………………………………………………………………………………

参考文献…………………………………………………………………………………………

致谢…………………………………………………………………………………………………

第一章

前言

1.1课题背景及目的

当前我国环境保护的形势越来越严峻，环境污染和生态破坏己经在一定程度上严重制约了经济的发展并日益威胁副现代人的健康安全，随着人民生活水平的提高和对环境问题及健康问题的日益重视，室内空气品质状况受到越来越多的关注。

由于现代生活节奏的加快，人们在起居室、办公室等室内环境的滞留时间越来越长。

有害气体对人们的身体伤害非常严重，有害气体泛指对人体健康或生命安全构成威胁的各种气体，为了准确有效地对排放的有害气体进行连续自动的检测，并用计算机进行多点的在线监测，让企业和环保部门能对有害气体排放进行实时的监测和控制，使其达到国家排放标准，需要相关的检测装置。

1.2论文构成及研究内容

系统的设计目的是为了实现对有害气体浓度的在线检测，通过测定有害气体对红外光的吸收度来计算被测气体浓度的实时分析仪器。

整个系统按功能划分为：

（1）单色红外光发射系统；

（2）数据采集系统；

（3）单片机控制系统三大部分。

单色光发射系统包括中红外发光二极管阵列及其驱动电路。

数据采集系统包括红外探测器及其偏置电路、信号放大电路及模／数转换电路。

单片机控制电路包括逻辑控制电路及显示、报警电路等。

本文所设计的有害气体

检测系统是以光的红外吸收原理为理论基础，单色光源所采用的中红外发光二极管是一种非常适合进行气体分析检测的红外光源，保证了在中红外区既能获得很好的单色性又能得到较大的发射功率。

1.3室内有害气体监测系统的原理框图

图1是系统的整体框图。

整个系统尽管按照功能划分为几个模块，但在外部时钟及单片机控制下步调统一地工作，实现了有害气体的实时测量。

第二章核心器件的选择

2.1单片机的选择

由于本系统是以单片机为核心的自动化检测仪器，对于小规模的信号检测，其数据处理任务并不十分繁重，所以这里选用了ATMEL公司的AT89C52，相对于89C51，AT89C52有更丰富的片内资源。

例如有8k字节的片内EEP-ROM，以及256字节的片内RAM，对于本系统的控制程序来说，已经足够，因此可以省去片外程序存储器和片外RAM，降低了成本和简化了控制电路。

AT89C52有3个16位的时钟（计数器），而且32个I／O线全部可编程，时钟可高达24M，和89C51相比，它的使用更加灵活。

2.1.1AT89C52简介

AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

2.1.2AT89C52引脚功能

图1AT89C52引脚

图1中主要管脚有：

XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。

RST/Vpd（9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40脚）和VSS（20脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0端口（32~39脚）被定义为N1功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

2.2气体传感器的选择

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。

探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。

在这里我们选择的是红外线气体传感器。

2.2.1红外线气体传感器简介

现在很多用户认为，气体传感器的定义是以检测目标为分类基础的，也就是说，凡是用于检测气体成份和浓度的传感器都称作气体传感器，不管它是用物理方法，还是用化学方法。

比如，检测气体流量的传感器不被看作气体传感器，但是红外线气体分析仪与热导式气体分析仪却属于重要的气体传感器，尽管它们有时使用大体一致的检测原理。

本文主要为大家介绍的是红外线气体传感器的特点及应用。

2.2.2红外线气体传感的性能特点

大部分的气体在中红外区都有特征吸收峰，检测特征吸收峰位置的吸收情况，就可以确定某气体的浓度。

红外线气体传感器过去都是大型的分析仪器，但是近些年，随着以MEMS技术为基础的红外线气体传感器工业的发展，红外线气体传感器的体积已经由10升，45公斤的巨无霸，减小到2毫升（拇指大小）左右。

使用无需调制光源的红外探测器使得仪器完全没有机械运动部件，完全实现免维护化。

红外线气体传感器可以有效地分辨气体的种类，准确测定气体浓度。

第三章硬件设计电路

3.1主控制流程

由装在室内的红外气体传感器获得被测量对象的原始信号，经过温度补偿和取样放大得到矫正后的可匹配信号，采样保持后进入A／D转换，得到被测对象的数字量信号，再由单片机进行数据处理，得到最终的室内有害气体的浓度值，将此数据通过数码管显示并保存到数据缓冲区中，同时根据系统设定的限值参数判断环境浓度是否超标。

主程序流程图如图2所示。

图2 

主程序流程图

3.2浓度显示子程序流程图及设计

移位寄存器74LS164仅有串入并出作用没有译码功能。

因此，在编写显示驱动程序之前，首先需要计算列写出与本电路对应的LED段选码，然后由80C52的P3．0口送入74LS164的串行输入端，再并行输出到LED的段选端。

图3为浓度显示子程序流程图。

图3 

浓度显示子程序流程图

3.3报警电路

该报警器由检测电路、电压比较器、稳压电路、整流电路和报警电路等组成。

检测电路主要是由Rc、C、D、R3、R4等组成的惠斯登电桥，其中D外观呈黑褐色，称为黑元件，C外观呈白色，称为白元件，且二者一般成对使用，常称为黑白元件，通常装在防爆气室中，通过隔爆罩与大气接触。

电压比较器由R5、R6、C1和运放IC1等组成。

稳压电路主要由集成稳压器7806（IC3）、IC2、C7等组成。

报警电路由扬声器Y、发光二极管LED1组成，工作时二者能同步地发出间断的声光报警信号。

当有气体泄漏时，D表面发生化学反应，使D阻值增加，A点电位上升，当VA升到高于B点电位VB时，IC1输出高电平，相应BG1管导通,驱动报警电路发出声光报警信号。

当没有气体泄漏时，相应A点电位低于B点电位，IC1输出

低电平，BG1管截止，报警电路不工作。

电路中C、D选用LXK-1型催化剂，Y选用Φ35mm蜂鸣器。

当电路安装完后，在无C、D时测得IC3输出电压为6V，初调电位器W2，使IC2输出3V，接上C、D后重调W2，使C、D的工作电压为3±

0.1V。

调电位器W1使VA比VB低5～10mV，此时对于灵敏度不低于25mV/1％CH4的LXK-1型气敏器件，其报警起限不大于0.2％～0.4％CH4。

调节电位器W3，可改变报警声节奏。

图4为报警电路图

第四章软件设计

4.1概述

软件设计主要包括数码管显示电路、数字新的处理、报警程序等。

数字信号的处理实质上是数字信号的变换，可计数的信号可直接用数字信号表示，人们感官感觉到的信号都是模拟信号，这些信号在处理之前都必须转换为数字信号，由

于数字信号不能在模拟世界中存在，所以最后还要转换成模拟信号。

将处理后的信号反馈到外部输入控制设备和输出执行机构

故障的自动检测与报警,是系统设计的重要环节。

4.2有害气体监测流程及程序实现

监测流程为：

4.3报警模块流程

当室内有害气体浓度超过报警设定值时，报警器会发出鸣叫声，为防止误报，在程序设计上，对气体浓度进行快速重复检测和延时报警。

图5为报警子程序流程图。

图5为报警子程序流程图

第五章结论

在科技、经济的快速发展下，大量的开发新技术、新设备、设施，导致环境受到了较为严重的破坏，室内污染更为严重，尤其是人们为了美观，在室内使用了大量的化学物质，使得室内环境遭到破坏。

所以气体监测措施就应运而生，气体监测在环境保护和工业应用方面都有重要价值。

由于红外区的特点，用红外吸收法在这个波段探测气体是一种可行的、优点明显的测量方法，与传统的湿化学法相比，它具有反应时间短、操作简单、精度高等特点。

本文着重阐述了应用红外吸收法设计一种新型便捷的气体检测仪的总体思路，并详细介绍了系统的整体结构及工作原理。

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致谢

本研究及学年论文是在我的指导老师杨静的亲切关怀和悉心指导下完成的。

她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

从课题的选择到项目的最终完成，杨老师都始终给予我细心的指导和不懈

的支持。

杨老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向杨老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在此，我还要感谢在一起愉快的度过三年的室友及同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。