毕业设计基于单片机的甲醛检测仪论文可编辑.docx
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毕业设计基于单片机的甲醛检测仪论文可编辑
第1章绪论1
11引言1
第2章概述3
21系统总概述3
22总体方案设计3
23硬件设计3
24软件设计4
25硬件结构框图214
26软件结构框图224
第3章硬件设计5
31硬件设计主电路图见附录915
32硬件选择5
comMCU的选择与简介5
com单片机最小系统的实现10
com数据采集系统13
com模数转换的选择与简介14
com按键选择与简介16
com外围扩充存储器17
com时钟芯片选择与简介18
com上拉电阻20
com液晶显示器简介20
com报警电路23
com硬件仿真环境介绍24
第4章软件设计26
41编写语言的选择26
42编译软件介绍27
43主程序模块32
44模数转换33
45按键模块33
46时钟模块34
47液晶显示模块34
第5章系统仿真35
第6章结束语37
致谢38
参考文献39
附录40
附录一硬件设计主电路图40
附录二检测主程序程序41
附录三ADC0832程序46
附录四按键程序50
附录五时钟程序51
附录六液晶程序56
附录七主程序嵌套子程序60
第1章绪论
11引言
com特性及危害
甲醛是一种无色有强烈刺激性气味的气体易溶于水醇和醚甲醛在常温下是气态通常以水溶液形式出现其37的水溶液称为福尔马林医学和科研部门常用于标本的防腐保存此溶液沸点为195℃故在室温时极易挥发随着温度的上升甲醛的挥发速度加快在我国有毒化学品优先控制名单中甲醛列居第二位甲醛已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质甲醛是原浆毒物能与蛋白质结合吸入高浓度甲醛后会出现呼吸道的严重刺激和水肿眼刺痛头痛也可发生支气管哮喘皮肤直接接触甲醛可引起皮炎色斑坏死经常吸入少量甲醛能引起慢性中毒出现粘膜充血皮肤刺激症过敏性皮炎指甲角化和脆弱等全身症状有头痛乏力心悸失眠体重减轻以及植物神经紊乱等
com来源
1室内装修所用的合成板材如胶合板细木工板高密度板刨花板这些板材中甲醛起胶合剂防腐剂的作用主要用于加强板材的硬度防虫防腐板材中残留的和未参与反应的甲醛逐渐向周围环境释放是室内空气中甲醛的主要来源
2用合成板材制造的家具厂家为了追求利润使用不合格的板材再粘贴面材料时使用不合格的胶水造成家具中甲醛含量超标
3含有甲醛成分并有可能向外界散发的各类装饰材料如壁纸地毯油漆
12甲醛检测仪的种类
目前市场上甲醛检测仪的种类是多种多样其中较常见的是采用试验纸光电光度法即当甲醛气体吹到浸有发色剂的试纸上时与浸有发色剂的TAB组合就会因发生化学反应而变色甲醛同试纸接触后含在纸里的试药就会同甲醛反应生成化合物颜色就会从白色变成黄色变色的程度可反映出所受光的反射光量反射光量的强度变化率可以作为被测气体的甲醛含量的应答值预先设定检测线便可通过测量其反应率来测出甲醛气体的浓度值在气体的采集方面有的是采用自动吸引式内藏微型气泵有的采用扩散式对于试验纸光电光度法来分析甲醛的浓度它的优点是灵敏度高操作简便测定速度快而该方法在分析甲醛浓度时往往采用的是目视比色法它的缺点是
1由于许多有色溶液不够稳定不能久存经常需要在测定的同时配制溶液比较费时费事
2目视比色的准确度低一般相对误差为±5~20本论文设计的便携式甲醛检测仪所涉及的甲醛传感器是电化学传感器它可以将甲醛气体的浓度转换为微弱的电流信号这样就可以通过电流电压变换电路将微弱的电流信号转换为可以测量的稳定的电压信号增强了电信号的稳定性
第2章概述
21系统总概述
本论文主要完成甲醛检测仪本系统采用单片机为控制核心实现基本控制功能5分钟后自动进入休眠模式以降低电源消耗
本系统设计采用功能模块化的设计思想系统主要分为总体方案设计硬件和软件的设计三大部分
22总体方案设计
室内甲醛污染对人身体健康影响较大标准规定的方法绝大多数是化学分析法使用的手段是实验室分析仪器主要有比色计分光光度计化学滴定气相和液相色谱但这些方法费力费时成本高自动化程度低过程复杂大多数过程是人工操作很难做到现场实时控制随着传感器和计算机技术的不断发展现已有了基于单片机的便携式甲醛测试仪并且测试测试范围分辨率精度稳定性已接近标准要求因此本设计可选用基于电化学原理的甲醛传感器其原理是空气中的甲醛在电极下发生氧化反应产生的扩散电极电流与空气中的甲醛浓度成正比通过检测放大电路和放大倍数的调整经AD转换后送单片机由单片机现场自动控制检测并显示甲醛浓度由于甲醛含量具有用价值的便携式甲醛的研制受到了人们的高度重视便携式甲醛检测仪硬件部分包括软件现代社会中尽管PC机的应用已经相当普遍但是在工控领域在日益追求小而精轻而薄的自动化控制器自动化仪器仪表家电产品等方面PC机仍有所不相适宜的地方而工业控制仪器仪表家电产品等市场广阔要求PC机技术与之相适应在这种情况下单片机应运而生了也称作微型计算机
微型计算机的基本机构是由中央处理器储存器和IO设备构成的所谓的单片机是指将微型计算机3个单元的多个分体中的主要功能用1个集成电路芯片来实现该芯片具有一个微型计算机的基本功能这种超大规模集成电路芯片即称为单片微型计算机通常简称单片机
单片机具有以下特点
受集成度限制片内存储容量较小一般8位单片机的ROM小于816K字节RAM小于256字节但可在外部扩展通常ROMRAM可分别扩展至64K字节
可靠性好芯片本身是按工业测控环境要求设计的其抗工业噪声干扰优于一般通用CPU程序指令及常数表格固化在ROM中不易破坏许多信号通道均在一个芯片内故可靠性高
易扩展片内具有计算机正常运行所必需的部件芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行串行输入输出管脚很容易构成各种规模的计算机应用系统
控制功能强为了满足工业控制要求一般单片机的指令系统中具有极丰富的条件分支转移指令IO口的逻辑操作以及位处理功能一般说来单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器
一般单片机内无监控程序或系统通用管理软件只放置有用户调试好的应用程序但近年来也开始出现了在片内固化有BASIC解释程序的单片机单片机的发展与趋势
由于单片机具有以上特点因此在工业控制数据采集智能仪器仪表智能化设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用随着微电子工艺水平的提高近十年来单片微型计算机有了飞速的发展归纳起来它是沿着两条路发展的
1改进集成电路制造工艺提高芯片的工作速度降低工作电压和降低功耗
2在保留共同的CPU体系结构最基本的外设装置如异步串行口定时器等和一套公用的指令系统的基础上根据不同的应用领域把不同的外设装置集成到芯片内在同一个家族内繁衍滋生出各种型号的单片机另外在单片机的应用中可靠性是首要因素为了扩大单片机的应用范围和领域提高单片机自身的可靠性是一种有效方法近年来单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术主要表现在一下几点
EFTElectricalFastTransient技术
低噪音布线技术及驱动技术
采用低频时钟
总之单片机在目前的发展形势下表现出几大趋势
可靠性及应用水平越来越高和internet连接已是一种明显的走向
所集成的部件越来越多
功耗越来越低
和模拟电路结合越来越多
⑴本系统采用单片机为控制核心单片机MCU主要有51基本型和52增强型而相比之下52型比51型功能更为强大ROM和RAM存储空间更大52还兼容51指令系统基于本系统设计内容的需要综合考虑后我们选择单片机ATME公司的AT89C52为控制核心主要基于考虑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时钟频率0-24MHz器件采用高密度非易失性存储技术生产兼容标准MCS-51指令系统功能强大AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压高性能CMOS8位单片机片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器PEROM和256Kbytes的随机存取数据存储器器件采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术生产与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合
主要性能参数
与MCS-51产品指令和引脚完全兼容
8K字节可重擦写FLASH闪存存储器
1000次写擦循环
时钟频率0Hz24MHz
三级加密存储器
256字节内部RAM
32个可编程IO口线
3个16位定时计数器
6个中断源
可编程串行UART通道
低功耗的空闲和掉电模式
片内振荡器和时钟电路AT89C52有40个引脚32个外部双向输入输出IO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个读写口线片内振荡器及时钟电路AT89C52可以按照常规方法进行编程也可以在线编程同时AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作并支持两种软件可选的节电工作模式空闲方式停止CPU的工作但允许RAM定时计数器串行通信口及中断系统继续工作掉电方式保存RAM中的内容但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位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本AT89C52有PDIPPQFPTQFP及PLCC等三种封装形式以适应不同产品的需求AT89C52引脚功能
·Vcc电源电压
·GND地
·P0口P0口是一组8位漏极开路型双向IO口也即地址数据总线复用口作为输出口用时每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路对端口P0写1时可作为高阻抗输入端用
在访问外部数据存储器或程序存储器时这组口线分时转换地址低8位和数据总线复用在访问器件激活内部上拉电阻
在Flash编程时P0口接收指令字节而在程序校验时输出指令字节校验时要求外接上拉电阻
·P1口P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口P1的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路对端口写1通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平此时可作输入口作输入口使用时因为内部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL
与AT89C51不同之处是com别作为定时计数器2的外部计数输入P10T2和输入P11T2EX参见表2-1
Flash编程和程序校验期间P1接收低8位地址表-1为com功能表-1com功能
·P2口P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口P2的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路对端口P2写1通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平同时可作输入口作输入口使用时因为内部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL
在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器例如执行MOVDPTR指令时P2口送出高8位地址数据在访问8位地址的外部数据存储器如执行MOVRI指令时P2口输出P2锁存器的内容
Flash编程或校验时P2亦接收高位地址和一些控制信号
·P3口P3口时一组带有内部上拉电阻的8位双向IO口P3口输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路对P3口写入1时它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口此时被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流IIL
P3口作为一般的IO口线外更重要的用途是它的第二功能如表2-2所示此外P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号
·RST复位输入当振荡器工作时RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位
·ALE当访问外部程序存储器或数据存储器时ALE地址锁存允许输出脉冲用于锁存地址的低8位字节一般情况下ALE仍以时钟振荡频率的16输出固定的脉冲信号因此它可对外输出时钟
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