基于单片机的室内空气质量检测系统设计(共46页)

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录专心-专注-专业基于单片机的室内空气质量检测系统设计设计总说明随着生活质量的提高，人们开始不断改善自己的居住环境，各种室内装饰、装修材料被大量的使用。而这些材料中有大量的甲醛，直接影响着人们的健康。甲醛也叫蚁醛，是一种有刺激性气味的易溶的无色气体，是一种潜在的致癌物质。低浓度的甲醛会导致鼻炎、咽炎、结膜炎等，随着甲醛浓度的增高，甚至会导致人类的死亡。甲醛是人们日常生活和工作环境中严重危害人体健康的气体，它主要存在于人们室内装修材料中，并且会持续挥发很长时间。 在人们入住新装修好的房子后，由于室内装修木材以及油漆还有涂料中含有的以甲醛为主的有害人体健康的气体在不断的

2、挥发到室内，如果挥发浓度达到一定值时就会对人的健康产生一定的损害。生活在一个甲醛浓度超标的环境中，人们会出现不同程度的恶心，头晕，失眠等症状影响人们的健康。甲醛它对人们的神经干扰使人们产生一系列的病状反应。在这种环境下，室内甲醛浓度测定仪对我们的生活就显得格外有重要和必要。室内甲醛浓度测定仪它能够对室内甲醛浓度进行检测并且驱动相应的改善控制质量的设备来达到改善室内环境的要求。在人们对生活品质要求提高，更加注重身体健康的今天，人们对家具建材以及各种装修室内材料的要求也提高了很多，人们一是到了甲醛对身体的影响是多么的大。所以人们去找出甲醛的主要来源，首先从根源上尽量减少甲醛在室内环境中出现的可能，

3、然后再通过在室内安装甲醛浓度测量仪和通风设备来改善环境，增加人们的健康指数。人们这种不止追求舒适和视觉上的享受而且注重内在品质的生活态度为甲醛测定系统的发展提供了主要动力。空气中装修材料含有的甲醛等有害气体危害人的健康，癌症的高发可以说很多都和空气质量有关。现代人们重视装修，但是却很少有人在装修之后对自己的室内进行检测，所以要求学生设计一个室内空气质量的检测系统，为及时了解和改善室内空气质量提供依据和可能性。也使人们为重视室内空气质量而做出自己的努力。以空气中装修材料甲醛等有害气体为被测对象。采用单片机为控制中心，完成对空气浓度的实时采集处理、报警和显示等功能。设计的报警系统，能够实现在浓度超

4、标时及时的报警。 本文提出一种通用的室内甲醛气体实时检测系统，该系统具有实时检测、操作简单、实用等特点。本文设计了一种基于单片机的甲醛浓度实时检测系统。该系统以 AT89C52 单片机为核心，选用专用的 CH20S10 甲醛传感器检测甲醛浓度。甲醛气体经甲醛传感器后，得到相应的电压信号，再经电路放大转换成标准电压信号，输入模/数转换器 ADC0832，经单片机进行相应的数据处理，得到的数字信号送入 LED 显示器，把相应的气体浓度值显示出来。该系统可以达到实时检测甲醛气体浓度的目的。 该系统以AT89C52单片机为核心，由甲醛传感器CH20S10检测甲醛气体的浓度，室内微量的甲醛气体经甲醛传感

5、器检测后得到与甲醛浓度相对应的电流信号，通过I/U转换器得到相应的电压信号，送到模/数转换器ADC0832转换器的输入端，将模拟信号转换成数字信号，再将数字信号送到AT89C52的输入端。由AT89C52控制数据的采集处理，转换得到的数字信号送入LED显示器，把相应的甲醛浓度值显示出来。该系统包括甲醛传感器、模/数转换器、单片机、LED显示器，具体实现功能如下：（1） 甲醛传感器模块：传感器检测性能的好坏影响整个系统的精确度与可靠性。（2） 模/数转换器模块：在设计中模数转换模块起到桥梁的作用，连接着模拟信号与数字信号之间的转换。（3） 单片机模块：本系统采用单片机为控制核心。（4） 显示模块

6、：由于该设计中显示的甲醛含量属于较简单的字符，可以考虑使用数码管，数码管具有功耗低、体积小、显示内容齐全等特点，在显示内容简单且需要考虑经济因素时，大多采用数码管。这正好符合我们这次设计的要求。本次设计以空气中装修材料甲醛等有害气体为被测对象。采用单片机为控制中心，完成对空气浓度的实时采集处理、报警和显示等功能。设计的报警系统，能够实现在浓度超标时及时的报警。关键词：AT89C52；空气质量；LED显示；报警系统Design of indoor air quality inspection system based on single chip microcomputerInstruction

7、 With the improvement of quality of life, people began to constantly improve their own living environment, all kinds of interior decoration, decoration materials is widely used. And there are large amounts of formaldehyde in these materials, a direct impact on peoples health. Also called formaldehyd

8、e, formaldehyde is a colorless, stimulating odour of soluble gas, is a kind of potential carcinogens. Low concentration of formaldehyde can cause rhinitis, pharyngitis, conjunctivitis, such as increased as the concentration of formaldehyde, even lead to the death of human beings. Formaldehyde is the

9、 Peoples Daily life and cause serious damage to human body health of gas in the working environment, it mainly exists in people in interior decoration materials, and will continue to volatilize for a long time. After people in new decorated house, because indoor decorate wood and paint and coatings

10、contain mainly formaldehyde gas harmful to human health is constantly to evaporate into the indoor, if volatile concentration reaches a certain value will produce certain harm to the health of people. Living in a formaldehyde chroma of environment, people will have different degrees of nausea, dizzi

11、ness, the symptom such as insomnia affects peoples health. Formaldehyde it on peoples nerve interference has a series of symptoms. In this environment, the indoor formaldehyde concentration meter is especially to our life is important and necessary. The indoor formaldehyde concentration meter it can

12、 carry on the detection of indoor formaldehyde concentration and drive the improvement of the corresponding control equipment to meet the needs of improving indoor environment quality. In peoples life quality requirements improve, pay more attention to body health today, the furniture building mater

13、ials as well as a variety of indoor decorate material requirements also increased a lot, one is to the influence of formaldehyde on the body how big it is. So people to find out the main source of formaldehyde, first of all, from the source to minimize the possibility of formaldehyde in the indoor e

14、nvironment, and then through the indoor formaldehyde concentration measuring instrument and ventilation equipment installed to improve the environment, to increase peoples health index. People this more than the pursuit of comfort and the enjoyment on the vision and focus on quality of inner life at

15、titude to the development of formaldehyde determination system provides the main engine. Decoration materials in the air containing the harmful gas such as formaldehyde harm peoples health and cancer incidence may say many are related to air quality. Modern people attach importance to decorate, but

16、rarely after decorating for your indoor testing, so students are required to design an indoor air quality testing system, provide the basis for timely understand and improve indoor air quality and possibility. Also make people to pay attention to indoor air quality and make their own efforts. To dec

17、orate material such as formaldehyde harmful gas in the air for the object to be tested. Completed by single chip microcomputer as the control center, the concentration of air, real-time acquisition and processing, display and alarm function. Design of the alarm system, can realize at higher concentr

18、ation and timely report to the police.This paper presents a general indoor formaldehyde gas real-time detection system, the system has the characteristics of real-time detection, the operation is simple, practical. This paper designed a kind of formaldehyde concentration in the real-time detection s

19、ystem based on MCU. The system with AT89C52 single-chip computer as the core, choose special CH20 / S - 10 formaldehyde sensor detect formaldehyde concentration. Formaldehyde gas after formaldehyde sensor, get the corresponding voltage signal, then through convert standard voltage signal amplificati

20、on circuit, a/d converter input ADC0832, the corresponding data processing, single-chip get digital signal into the LED, the corresponding gas density display. The system can achieve the goal of real-time detection of formaldehyde gas concentration.The system with AT89C52 single chip microcomputer a

21、s the core, by formaldehyde sensor CH20 / S - 10 testing the concentration of formaldehyde gas, gas after formaldehyde sensor to detect the trace of indoor formaldehyde with formaldehyde concentration that corresponds to the current signal, the corresponding voltage signal is obtained by I/U convert

22、er, a/d converter to ADC0832 converter input, converts analog signals into digital signals, then the digital signal to the input end of AT89C52. Controlled by AT89C52 data collection and processing, digital signal by converting into the LED display, the corresponding formaldehyde level was displayed

23、.Sensor a/d converter, the system includes formaldehyde, single-chip microcomputer, LED display, concrete realization function is as follows:Formaldehyde sensor modules: (1) sensor detection performance is good or bad influence the accuracy and reliability of the whole system.(2) modules: the a/d co

24、nverter adc module in the design have the effect of bridge, connects the conversion between analog signals and digital signals.(3) the MCU module: the system adopts the single chip processor as the core.(4) the display module: due to the design shown in the formaldehyde content belongs to a simple c

25、haracter, can consider to use LED, LED has low power consumption, small volume, abundant content, etc, in the pocket instrumentation and low-power were widely used in the system.This design to decorate material such as formaldehyde harmful gas in the air for the object to be tested. Completed by sin

26、gle chip microcomputer as the control center, the concentration of air, real-time acquisition and processing, display and alarm function. Design of the alarm system, can realize at higher concentration and timely report to the police.Keywords: AT89C52 devices; Air quality; LED display; Alarm system1

27、绪论1.1 设计背景及意义 科技是推动经济发展的主要动力，特别是在21世纪，随着科学技术的迅速发展，我国的经济的得到了大幅度的提升，人民的生活水平也相对提高了不少。人们对生活环境的要求也越来越高，各种各样的新型居住空间开始被人们设计出来，房屋的装修随着材料开发的进步也越来越奢华漂亮。虽然人们的居住环境在视觉上和感觉上得到了很大的满足，但是，随着这种视觉和感觉上的需求所带来的安全隐患也伴随而来。我国目前的状况是人口众多，科技创新处于发展阶段，在材料的应用和房屋设计技术方面还是比较欠缺的。人们想要居住一个舒适，安心的房子就得考虑房子的构造以及房子的装修隐患。近年来，随着科学技术、生产条件、生活水平

28、的改善和提高，为了节约土地，人们开始建设高层楼房，楼房的结构比较密闭，在一定的空间内人口密度较大，现在的大多数企业或者人们在办公以及生活中为了节约经济往往适用少量的空间来容纳尽量多的人来完成办公和生活所需，达到经济利用最大化，但是由于这样情况导致人们在工作以及生活中出现了一些病态症状，例如：长时间在密闭的室内工作或者在刚装修不久的室内居住的人们常常会出现头晕、恶心、神经衰弱等症状。这一问题在当今这个土地日益经济化的时代显得格外突出，再还有部分黑心商人的存在使得劣质的装修材料进入居民的居住环境中对人们的身体造成极大的伤害。在人们对生活品质的要求不断提高的同时，人们开始对居住环境带来的身体伤害重视

29、起来，所以设计一个室内的有害气体检测和报价那个系统显得格外重要和必要。室内对人体有害的气体主要是装修材料中含有的甲醛，人们适用的天然气中的主要成分甲烷，一氧化碳等，二氧化碳含量较高无法即使通风也会是人体产生不适。在这些有害气体中甲醛是对人体伤害最大，甲醛是一种有毒物质，它能够损坏生物蛋白质从而使人的皮肤还有呼吸道收到较严重的伤害，如果人长时间处在一种甲醛含量比较高的环境，严重时可能会被麻痹神经，使人出现水肿，患癌等严重后果。除此之外，甲醛还可能造成孕妇肚中胎儿的基因突变，从而出现新生儿畸形等严重不良后果。甲醛主要存在于我们装修房子适用的地板，油漆，涂料中，我们要想避免这些严重的后果就得重视这一

30、严重问题，就得积极的去做出相应的应对之策，这是我们生活的现实需求，我国环保以及卫生、质量检测部门在2003年制订了一部标准的室内空气质量值，并明确的指出室内污染气体对人的危害是极大的，针对这一现状设计出一款室内甲醛浓度检测报警系统显得极其重要和必要。1.2 国内外现状在上世纪80年代人们就设计出了关于甲醛测量的压电类传感器。这个传感器的功能在当时还是比较先进的，它能够直接接触气体测量，不用对测量气体进行相关处理，在理论上那个是很符合我们生活所需的，但是它有一个致命的缺点就是很容易在水分含量较高的环境中出现测量不稳定的情况，这一致命缺点导致它在应用中很受限制，适用价值很小。从人们着手研究甲醛并且

31、认识到它的危害开始，针对甲醛的测量研究就始终没有停止过，为了能够有效而且精准的测量出室内甲醛浓度的数值，各国科学家利用各种方法和原理设计出了很多种甲烷快速测量仪器，这些仪器被安装在所需的室内环境中，能直接的检测出当前的室内甲醛浓度，测量速度比较快而且操作简单。随着现代科技的更近一步的发展，单片机的问世以及强大功能同时也使得甲醛测定系统的性能和功能得到了质的飞跃，市场上开始出现了各种数字式的甲醛测量系统，甲醛测定系统也向智能化，多功能化方向发展。在国外，在甲醛检测仪器领域技术比较成熟的美国ESC公司还有英国ppm公司，他们生产的甲醛测量仪器Z一300和PPM-400在功能以及性能方面在同领域都比

32、较先进，技术也比较成熟，就我国目前的现状而言，技术相对比较前沿的有江苏安普电子工程有限公司以及北京宾达绿创科技有限公司，他们分别生产的400型甲醛测量仪器和甲醛测定仪308等比较实用，并且测量功能齐全，精度较高。现在我国的甲醛测定系统和国外相比较，主要的差异是在气体传感器以及控制器的选用上，因为我国的控制技术等各方面还没有达到国外的成熟地步，所以生产的产品在性能和功能上还是和国外产品有一些差异，相比而言，国外的产品更容易操作，寿命等性能较完善，适合大众长期使用。1.3 设计内容及要求 设计内容：空气中装修材料含有的甲醛等有害气体危害人的健康，癌症的高发可以说很多都和空气质量有关。现代人们重视装

33、修，但是却很少有人在装修之后对自己的室内进行检测，所以要求学生设计一个室内空气质量的检测系统，为及时了解和改善室内空气质量提供依据和可能性。也使人们为重视室内空气质量而做出自己的努力。 设计要求：以空气中装修材料甲醛等有害气体为被测对象。采用单片机为控制中心，完成对空气浓度的实时采集处理、报警和显示等功能。设计的报警系统，能够实现在浓度超标时及时的报警。2 室内空气质量标准及改善方式2.1 室内空气质量标准参数室内有很多种污染气体，主要来源于室内装修所用的地板和油漆以及粉刷材料，但是，由于装修材料的不同也导致不同室内的污染气体和气体浓度不同，因为各个材料中所含有的污染气体太多我们不能够逐个测量

34、，所以我们就针对于室内的主要污染气体进行测量，主要气体为装修材料中主要成分甲醛以及与人们日常生活息息相关但有危险的天然气气体。测量的标准见表2.1：表2-1 室内空气监测指标限度检测指标单位 浓度 备注温度 1828 平均甲醛（HCHO） Mg/m3 0.08甲烷（CH4） Mg/m3 250甲醛是世界公认对人体有巨大伤害的有害气体，但在我们的生活中却和它有很多的交集，甲醛是一种能够挥发的气体，人们装修的器材中含有脲醛树脂，它的主要成分是甲醛，在房屋装修完成后脲醛树脂中的甲醛挥发出来混在空气当中，对人的鼻子有很强烈的刺激性。当我们在含有甲醛浓度超标的室内进行日常活动时，甲醛对我们的身体产生刺激

35、作用使我们出现不适，据权威部门研究表明，当甲醛含量在0.1 mg/m3时，我们的身体就会出现不适并且可以闻到气味。如果甲醛含量再上升到0.5mg/m3时，人们的眼睛就会被刺激流泪，如果甲醛含量再上升到0.1 mg/m3或者更多时，我们的身体就会受到更大更严重的伤害，人们就会开始出现恶心、胸闷等病态反应，如果甲醛含量超过30 mg/m3，那么这将有可能直接使人死亡。我国相关部门规定室内甲醛含量必须低于0.08mg/m3才能保证人们的生活工作不受影响。 （2）苯也是我们室内除了甲醛以外的一种有毒挥发气体。苯以液态的形式存在于装修材料中，经过一段时间挥发成气体混入室内空气中对人体造成危害，到目前位置

36、还没有对空气中苯的挥发气体浓度标准做出具体的规范，但是在实际中我们吸入超标的苯气体后会出现和甲醛中毒相同的症状，人们出现头晕、恶心等不良症状，严重时可直接导致死亡。我国相关部门现规定在挥发气体浓度低于0.09mg/m3时，就认为苯含量在正常范围内，不会对人体造成影响。 （3）天然气气体，在我们的日常生活中很多的地方都会用到天然气，天然气的主要成份是甲烷，当人们吸入后不会对人体产生直接伤害，但是当其浓度达到一定范围时就会很容易引起爆炸等灾害，所以在我们的居住环境中天然气气体浓度也是我们应该实时监测的指标之一。 目前我国相关部门规定当空气中甲烷浓度低于250mg/m3时不会对人们造成不良影响。2.

37、2室内空气品质监测方法(1)化学分析方法利用一些能够与被测气体反应的化学物质经过一些化学方法得到被测污染气体的浓度。由于这种方法有外界因素的干扰往往误差较大。 (2)传感器监测方法选择针对性的传感仪器在被测气体的环境中通过仪器工作能够直观的看到被测污染气体的浓度。我们根据被测气体和环境的不同可以选择不同的传感器来测量，传感器的测量精度往往相对较高。2.3改善空气品质方法(1)开窗通风换气改善空气质量最通俗的方法就是打开密闭空间让室内空气与室外空气对流进行交换，将有害气体排除室外减小空气浓度，同时也就减小其危害。大量的调查表明，经常开窗通风可大大减少室内有害气体对身体造成的伤害，这也是一种简单有

38、效的方法。（2）购买一些有加湿或者空气过滤功能的机器发明放置在室内。加湿器可以通过喷出的水雾将有害气体吸收从而达到改善空气的目的，过滤器材也是通过一些化学和物理方法将气体中的一部分有害气体过滤掉从而净化空气减少对人体的伤害。 （3）选用有保障的装修材料在房子装修过程中装修材料的选择是很重要的一个环节，我们在选择和购买装修材料时一定要去正规的且有保障的材料出售地去购买，切勿贪图便宜购买劣质的装修材料，由于有一部分黑心商人为了追求利益出售的装修材料中的甲醛含量严重超标从而对人体造成很严重的伤害。3系统基本方案选择及论证3.1 各模块电路的方案选择和讨论证明3.1.1 单片机模块的选取和讨论 方案一

39、：AT89c51是一种性能比较好的小型处理器，它是8位的的处理器，它里面包含有1288位的随机存取存储器，用来编程的I/O线口32个。16位定时器和计数器有两个，中断源有5个。在性能上能满足一般的控制系统所需，应用广泛。 方案二：AT89C52单片机内部有8位的CPU，同时也内部也包含可编程的Flash与256字节的存储器。数据指针和I/O接线端口的数量分别是2和32，16的定时/计数器有3个，它的内部还有一个2级的中断模块，还具有先进的看门狗系统模块。在单片机工作时如果发生意外的断电时，单片机就会不工作了，数据存储模块中的信息也会被保存下来。 我们在对以上两种单片机进行对比分析后得出：AT8

40、9c52相对AT89C51而言，在功能上占据优势，就看门狗计时器而言，52单片及内部就包含了它，而51单片机要用外部电路扩充，在工作电压的要求上，52单片机适用的工作电压为4-5V，相对51单片机的工作电压要下很多。还有就是工作频率，52单片机的工作频率相对51单片机而言要大很多，这个原因也同时导致51单片机的处理速度较52单片机慢了许多。根据上面的论述，我们最后决定选用52单片机来做系统的控制部分。3.1.2 气体传感器选用1气体传感器基础知识按照气敏特性来分，气体传感器主要分为：半导体型、电化学型、固体电解质型、接触燃烧型、光化学型等气体传感器，又以前两种最为普遍。 (1)半导体型气体传感

41、器的优缺点半导体气体传感器具有成本低廉、制造简单、灵敏度高、响应速度快、寿命长、对湿度敏感低和电路简单等优点。不足之处是必须在高温下工作、对气体或气味的选择性差、元件参数分散、稳定性不理想、功率高等方面。(2)半导体传感器需要加热的原因半导体传感器是利用一种金属氧化物薄膜制成的阻抗器件，其电阻随着气体含量不同而变化。气体分子在薄膜表面进行还原反应以引起传感器电导率的变化。为了消除气体分子达到初始状态就必须发生一次氧化反应。传感器内的加热器可以加速氧化过程，这也是为什么有些低端传感器总是不稳定，其原因就是没有加热或加热电压过低导致温度太低反应不充分。(3)电化学气体传感器的工作原理电化学气体传感

42、器是通过监测电流来监测气体的浓度，分为不需供电的原电池式以及需要供电的可控电位电解式，目前可以监测许多有毒气体和氧气，后者还能监测血液中的氧浓度。电化学传感器的主要优点是气体的高灵敏度以及良好的选择性。不足之处是有寿命的限制一般为两年。(4)半导体传感器和电化学传感器的区别半导体传感器因其简单低价已经得到广泛应用，但是又因为它的选择性差和稳定性不理想目前还只是在民用级别使用。而电化学传感器因其良好的选择性和高灵敏度被广泛应用在几乎所有工业场合。 目前在检测甲醛检测领域主要有电化学、光学以及光生化等这样的传感器。这几大类的传感器的各自特点如下：电化学的组成相对比较简单，经济适用，在性能上基本能够

43、满足用户的检测需求。光学传感器的体积大，价格也比较贵，故不适合进行我们的测定系统。光生化传感器由于内部结构中的某些组成部分容易受干扰所以导致测量不稳定，实际应用性不强。综合以上叙述，我们决定选用甲醛电化学传感器作为测量模块。3.1.2天然气浓度监测部分的选择和论证 方案一：使用催化燃烧式气体传感器，它主要依据热效应的原理，利用电桥在确定的温度前提下，天然气气体在主要器件内部在相关屋子的作用下燃烧，使得载体温度增高，同时内部的铂丝温度升高使得电桥的平衡被破坏，出来一个电信号它与天然气气体的浓度成正比。然后我们依据输出的电信号来判断天然气气体的浓度。从而达到测量的目的，这种测量方式性价比比较高。

44、方案二：使用MQ-5传感器，它内部用来检测的主要成份是SNO2，这种气体传感器处在有天然气气体浓度较高的空气中时，如果空气中天然气浓度增大那么传感器中的点到信号就会发生变化，并且将变化的数值转变成电信号输出出来，这是一种适合家庭适用，并且性价比高的传感器。 经过比较，我们选择方案二来做传感器部分。3.2 总体电路设计概述根据我们上面的分析，还有电路的性质以及控制目的，确定下面的方案：本系统以89C52单片机为核心，扩展外围控制电路，检测变送电路，显示电路，复位电路，时钟电路，电源电路，报警电路；本系统的整体运行过程为：通过软件来设定室内甲醛及其它有害气体的标准浓度，实时有害气体通过检测变送电路

45、模检测，并将检测到的物理量转化成电信号，然后放大电信号并将模拟量通过A/D转换为单片机识别的数字量发送给单片机。单片机系统将实时有害气体浓度与设定值进行对比，并通过显示电路将实时室内有害气体浓度显示出来，如果室内实际有害气体浓度超出标准浓度，系统将自动亮灯和报警。同时触发控制电路将对室内的通风环节控制环节做出适当的调整，以确保室内实际的有害气体浓度保持在标准浓度值之下。 4 系统硬件设计4.1硬件总体结构硬件电路主要分为电源电路、复位电路、时钟电路、LCD显示电路和甲醛等有害气体浓度检测电路六部分。选择集成的52单片机成为主要的控制器，在系统中甲醛传感器传感器获得并将其转换为电信号送给A/D转

46、换器转换信号为单片机能够读懂的数字信号，然后通过单片机内部的程序来将各种信息处理并输出指令信号通过显示和控制电路表现出来。然后通过控制模块做出调整，达到控制要求。系统整体结构如图4-1所示：阀门换气扇报警电路晶闸管控制电路燃气体传感器A/D甲醛传感器接口电路单片机数码管显示 图4-1 系统整体结构图4.2 单片机控制部分通俗来讲，单片机就是一个小型的计算机，试想一下一个计算机的功能全部浓缩在一个小小的芯片上，充分解释了什么叫浓缩的是精华。因此在很多控制领域中我们用到的最广泛的芯片就是单片机，单片机虽然体积小、但是其功能却十分惊人，其高可靠性、高性能的特点一直是人们热衷于单片机开发的主要原因。而

47、且功能全但造价并不高，并且在能耗方面也有出色的表现。在系统中应用单片机，可以使系统快速的检测到大量的数据，在经过飞速的运算处理和逻辑分析之后，可以做出快速的、实时的动态响应。发展到现代社会，工业中我们应用的主流单片机还是以8位机为主，但其16位、32位的同胞兄弟正在以极快的速度崛起中。而本次磁悬浮小球控制系统，其需要处理的数据量并不是太大，所以本着考虑到系统的运算性能和成本的问题，本次设计选用的是ATMEL公司生产的AT89C52型号的单片机。图4-2为本次设计中所应用的单片机的最小系统。图4-2 52单片机最小系统由图可以看出，此单片机一共有40个管脚，其中可以用做输入输出的管脚是P0口、P

48、1口、P2口、P3口，除此只外P0口还可以用作地址、数据总线，而P3口也有自己的第二功能，P3.0-P3.1用作第二功能的时候，每个管脚都需要单独定义。需要注意的是，要是用P0口的输入输出功能的时候一定要在外面接上拉电阻。(1)X1、X2管脚用于接外接晶振，为单片机提供脉冲信号。(2)ALE管脚用于选择地址的锁存信号，当脉冲信号为下降沿的时候，此管脚输出工作信号。(3)RESET管脚外接复位电路，用于单片机的复位操作。(4)PSEN管脚用于单片机是否在外部的储存器提取指令，在低电平到达的时候，单片机才会从外部的储存器提取所用的指令信号。(5)EA管脚负责管理单片机的内外程序存储器，当EA为高电

49、平的时候，单片机可以反问片内的ROM存储器；反之则访问片外的。本次设计中也只是应用了PO口作为输入功能，与其相连的是ADC0809模数转换芯片。而输出口则是应用的P2口，用于输出产生的PWM波。由此可以看出，本次设计并没有将单片机的全部引脚充分利用，但现在也可以满足此次的设计要求。在设计总控制器的时候我也有考虑过使用其他的控制芯片，甚至也考虑过比52单片机功能更强大的种类。但是介于所学到的知识和对整个系统的功能分析，并最终决定整个控制系统的核心采用52单片机。单片机正因为其多功能的管脚、较小的身躯、强大的功能、出色的运算速度等，确定了其广泛的应用领域，生活中我们的各种家电、各种智能设备，工业中

50、所应用的生产流水线，高端智能仪器等等。单片机发展到现在，已经成为了我们社会进步的不可缺少的重要工具。4.2.1复位电路复位电路是单片机系统必不可少的重要组成部分，只有在复位电路的可靠运行下系统才能可靠的运行。复位电路在单片机中的形式的只能就是使单片机重置至初始状态，并从这个工作店开始工作。我们可以通过很多种方法来实现复位电路，由于功能的不同我们可将其分为两大类：一种是电源复位，另一种是按键复位。电源复位就是说通过给电源直接给单片机通电的方法来达到复位的目的；而按键复位就是在系统的复位电路中装上复位开关，通过按键开关的通断来触发复位电平信号，通过上述对比，我们选用电源复位，电路设计如图4-3所示

51、： 图4-3 单片机复位电路4.2.2 时钟电路时钟是单片机内部电路工作的基础，也是CPU工作时序的时间基准。时钟电路的作用是产生单片机稳定工作需要的时钟信号。振荡器是单片机工作所需的必要部分。它是由单片机内部的高增益反相放大器构成的。振荡器有输入和输出段两个端口，它的输入端接单片机内部的其输入端接至单片机内部的XTAL1引脚，输出端接单片机的外部的XTAL2引脚。通过在两个端口的两端介入一个合适的晶振还有两个电容就组成了一个可以单片机运行所需的自激式振荡电路。电容C1、C2的作用是稳定振荡频率、快速起振，容量的选择范围为530PF,通常选择30pF。振荡频率的选择范围为1.212MHz，本设

52、计选择12MHZ，时钟周期为(1/12)。如图3所示是单片机内部时钟方式的振荡电路。单片机所需的时钟脉冲信号是需要将时钟电路产生的振荡脉冲通过触发器进行二分频之后产生的脉冲。单片机内部的时钟电路结构如图4-4所示：图4-4 片机内部时钟电路4.2.3 P0口上拉电阻电路STC89C51 单片机P0口里面没有上拉电阻，通过对单片机内部场效应管的控制来实现端口的输出。假如不设上拉电阻，单片机无法在端口得到高电平，即使单片机通过锁存器结合单片机输出的高电平场效应管截止。所以P0口必需加上拉电阻。如图4-5。图4-5 P0口上拉电阻电路4.3 甲醛气体监测模块设计甲醛传感器的组成部分是甲醛探头和CH2

53、0传感器。如果室内空气被采样系统感受吸收之后，生成一个和甲醛浓度成正比的电流信号，这个电流信号被电流电压转化器RCA420转变成电压信号，把这个电压信号传送给数模转换器ADC0832，并把模拟信号转变成数字信号传输给单片机，经过单片机的软件处理将控制信号发送给显示模块把实时浓度显示出来，如果超标发出报警指令。甲醛传感器的参数如下表4-1所示：表4-1甲醛传感器的技术参数参数名称技术条件参数名称技术条件测量范围0-10ppm参数范围-20至45最大负荷50ppm相应时间（T90）50sec工作寿命空气中2年湿度范围15%至90%输出信号1200300nA/ppm800200nA/ppm推荐加载电

54、阻10ohm分辨率0.05ppm典型信号飘移2%signal loss/months基准线-2ppmto0ppm4.3.1 RCV420电流电压转换器RCV420是一个精密的电流接收芯片，它的作用是是将4-20mA的电流信号变化成0-5V的电压信号，这个电流接收芯片是美国RURR-BROWN公司设计生产的。它的价格比较低廉但是性能较好。它的内部有一个运算放大器和一个电阻网络以及一个电压基准。它的一般转换误差较低为0.1%，它的管脚连接如下：他的管脚10-12连接在一起，管脚2、5、13连在一起并接入地线。电压信号的输出端口是14-15管脚连接在一起。能够通过在14-15中间连接一个电位器来实现

55、增益的调整作用。 这样的做法会使共模抑制比降低，估计将减少6db,所以我们在应用时可将14与15管脚连接在一起，7-8管脚空置，4和16管脚连接一个接地电容，它的大小为1uF。在正负输入端口输入电流信号来转化电流。它的主要参数如下表4-2：表4-2 RCV420的主要参数主要参数最小值典型值最大值单位输出额定电压1012V输出额定电流10， -5mA输入检测电阻74.257575.75输入共模阻抗200输入共模电压-4040V电源额定值15V电源电压范围-1818V4.3.2 ADC0832性能描述集成A/D转换器根据应用场合的不同可分为很多种，我们在选用时也通过考察各方面的因素滞后再选取适合

56、的集成芯片。一般ADC0832这种类型的A/D转换器在实际中应用的比较多，它是逐次比较型的。ADC0832是一个8位并且单通道的转换器。它有很多的特点，分别是：模数变化的时间一般为100us；容易与TTL或CMOS接口接入；不仅能够实现差分电压输入，而且还能够实现参考电压输入的功能。它的内部设有时钟发生器；它不需要调零操作，并且输出的电压范围是零到5V，当一个电源工作的时候。ADC0832设计的比较早，所以应用范围也比较广泛。（1）芯片参数如下：工作电压：+5V，即VCC=+5V；模拟转换电压范围：0+5V，即0V+5V；分辨率是1/256，它的转化值是在0255之间；转化时间：100us；转

57、换误差：1LSB；参考电压：2.5V；（2）.各个引脚名称及作用：V（+）和V（-）管脚：模拟信号的接入端口，单极性以及双极性还有差模输入信号都可以被识别。DB0-DB7的管脚：是一个数字信号输出段，它输出的是八位的二进制三态特性数字信号。CLKIN管脚：时钟信号输入端。CLKR管脚:外部连接电阻端口，它和内部的时钟发生器相连以及CLK端配合可以让芯片内部的时钟脉冲发出信号，脉冲的频率可以通过公式：f=1/(1.1RC）计算得到。CS管脚：是一个信号输入端，它的特点是在低电平触发。WR管脚：是写的电平输入端，它通过低电平来开启AD转换过程。RD管脚： 是读的电平输入端。INTR管脚：中断端口，

58、当数模转换完成后，它的端口输出低电平，并且表示这次转换结束。VREF/2：参考电平输入。VCC：芯片电源5V输入。AGND:模拟电源地线。DGND:数字电源地线。 甲醛采样检测模块电路如图4-6所示：图4-6 甲醛采样检测模块电路4.3.3 换气扇控制设计我们设计的控制电路的主要组成部分是：光电耦合器以及晶闸管还有电磁阀等组成。我们选用适合我们需求的电磁阀来做主要器件，在我们选取电磁阀的时候本着低电压、低功耗的特点去选取合适的电磁阀。选好电磁阀后在电路图中我们可以清楚的看到如果给电磁阀供给一个正向脉冲，那么电磁阀将开启而且一直保持这种状态，如果电磁阀被供给一个反向的脉冲时电磁阀就会关闭。控制电

59、路如图4-7所示：图4-7甲醛通风改善系统电路4.4 天然气气体监测模块设计 MQ-5传感器的应用很广泛，主要是针对普通家庭和生产过程中对天然气气体浓度的检测作用。它在检测过程中对甲烷以及乙烷的检测灵敏度极高，而且它的适用寿命比较长，成本不高。MQ-5传感器在检测过程中对甲烷的检测浓度在300-10000ppm，加热的需要的电压是5V左右，回路电压为小于等于24V的直流电压。MQ-5传感器的组策划年过部分如下图所示，他的主要组成部分是陶瓷管、SNO2接触层。除此之外还有敏感元件放置在内部，这个检测过程中，加热器给气体供给了工作需要的平台。传感器的工作条件如下图表4-3所示；灵敏度特性如下图表4

60、-4所示。表4-3传感器的工作条件符号参数名称技术条件备注回路电压15AC or DC加热电压5.00.2AC or DC负载电阻可调加热电阻室温加热功耗900表4-4灵敏度特性符号参数名称技术参数备注Rs敏感体电阻探测范围：300-5000ppm液化气，天然气，煤气1000ppm/5000ppmCH4浓度斜率准备工作条件温度：202 Vc:5.0V0.1V相对湿度：65%5% Vh:5.0V0.1V预热时间不小于24小时 MQ-5将空气中的天然气气体浓度通过一些方式测得并将它转变成电信号的形式，具体电路如下图4-8所示：图4-8天然气气体采样模块电路4.6显示模块部分 目前为止，我们在实际应

61、用中对数码的适用是相当广泛的，因为数码管的显示功能比较完备，并且它的适用成本比较低，这好似它应用广泛的一个重要因素。实际应用中它是一个在目前为止应用比较普遍的显示器，它的管脚接口有10个，8个管脚是显示数字的端口，其余两个是数据接收端口，数码管在应用中是没有办法被单片机直接驱动显示，它需要和单片机之间外界驱动电路来实现驱动显示功能。在我们的这个设计中显示器的主要作用是显示我们设定的温度值还有测量的实时温度值。但是针对我们这个设计，我们本着低成本以及显示数值较多，并且需要直观的独处，所以还是选用数码管了实现。我们选用2个数码管来显示甲醛浓度以及天然气气体浓度，显示数值为当前环境下的污染气体实际值

62、，电路设计如下图4-9所示：图4-9 显示模块报警电路：声光报警装置是一种应用在危险的场所，通过光和声音来发出示警信号的一种报警装置。防暴声光报警装置适用在含有C级T6温度的组别的爆炸性气体的环境，还可以在化工、石油等行业有防爆要求的防爆场所里使用，同样还可以在室外使用。防暴的产品需要符合GB3836系列标准的要求，经过国家指定的监测机构鉴定，并且取得防暴的资格证。报警器的外壳为全不锈钢，灯的抗冲击能力好，超强的蜂鸣器，可视度高的LED发光管，而且具有功耗低，不受污染物和水的影响，使用寿命长等特点报警电路如下图所示，由LED指示灯和蜂鸣器发出声光报警信号指示系统工作状态有些危险。这个电路的设计

63、使用了一个小功率的三极管做驱动蜂鸣器，如果单片机发现系统处于危险状态时，P1.7就会输出高电平脉冲，使三极管的大于三极管的导通电压，三极管导通，蜂鸣器发出声音，我们就会发觉危险，并做相应的处理。报警电路如下图4-10所示：图4-10 报警电路4.7 电源电路模块单片机系统需要5V电压来支持运行，但是我们的主要电源是220V的交流电，所以我们就需要通过一定的降压和蒸馏电路来将220V的交流电转变成我们单片机所需要的5V电压。如图4-11所示，我们通过变压器把电压从220V转化成24V，然后通过桥式整流电路把交流电转化成直流电，再通过芯片7805把24V的直流电转变成5V的电压。图4-11电源电路模块5软件设计5.1编程语言的选择当我们对