51單片機(jī)的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文定稿

基于單片機(jī)的氣體質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要本論文研究設(shè)計(jì)了一種用于公共場(chǎng)所及室內(nèi)具有檢測(cè)及超限報(bào)警功能的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)方案基于89C51單片機(jī)，選擇瑞士蒙巴波公司的CH20/S-10甲醛傳感器和MQ-5氣體傳感器。系統(tǒng)將傳感器輸出的4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過以AD0832為核心的A/D轉(zhuǎn)換電路調(diào)理后，經(jīng)由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后由LCD顯示甲醛濃度值。文中詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理過程以及數(shù)據(jù)顯示子系統(tǒng)和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)方法和過程。系統(tǒng)對(duì)于采樣地點(diǎn)超出規(guī)定的甲醛容許濃度和天然氣規(guī)定濃度時(shí)采用三極管驅(qū)動(dòng)的單音頻報(bào)警電路提醒監(jiān)測(cè)人員。同時(shí)，操作人員對(duì)于具體報(bào)警點(diǎn)的上限值可以通過單片機(jī)編程進(jìn)行設(shè)置。

另外，該系統(tǒng)對(duì)濃度信號(hào)進(jìn)行了信號(hào)補(bǔ)償?shù)忍幚?，減少了測(cè)量誤差，因此，具有較高的測(cè)量精度，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良。本系統(tǒng)的量程為0-10ppm，精度為0.039ppm。關(guān)鍵詞:甲醛檢測(cè)/天然氣檢測(cè)/AT89C52單片機(jī)ABSTRACTThisthesisdesignofapaperforpublicplacesandindoortestingandover-limitalarmfunctionswithindoorairqualitytestingsystem.Itsdesignisbasedon89C51singlechip,withthechoiceofMQ-5gassensorsandCH20/S-10formaldehydesensorfromSwitzerlandmengbabocompany.Sensorsystemwilloutput4~20mAstandardsignalthroughthecoreADC0832forA/Dconversioncircuitafterconditioning,bythesingle-chipmicrocomputerfordataprocessing,atlastdisplaytheformaldehydeconcentrationontheLCD.Thearticledetailedthedataacquisitionsubsystem,dataprocessinganddatadisplayandalarmsystemcircuitdesignmethodandprocess.WhenthesamplingsiteswhentheformaldehydeandNaturalgasconcentrationexceeded，Tothesingle-transistordrivecircuitaudioalarmwillsoundthealarm，Testingstafftoremind.Atthesametime，Theconcentrationofformaldehyde,Canbesetthroughthesingle-chipprogramming.Inaddition,thesystemsignalsaconcentrationcompensationsignalprocessing,areductionofmeasurementerror,therefore,haveahighmeasurementaccuracy,andsimplestructure,excellentperformance.Therangeofthesystemfor0-10ppm,accuracy0.039ppm.Keywords:Formaldehydedetection,Naturalgasdetection,AT89C52single-chip目錄中文摘要 I英文摘要 II1緒論 11.1引言 1２概述 22.1系統(tǒng)總概述 22.2總體方案設(shè)計(jì) 22.3硬件設(shè)計(jì) 22.4軟件設(shè)計(jì) 32.5硬件結(jié)構(gòu) 32.6軟件結(jié)構(gòu) 33硬件設(shè)計(jì) 43.1硬件設(shè)計(jì)主電路圖 43.2硬件選擇 43.2.1MCU的選擇與簡(jiǎn)介 43.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 63.2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 83.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇與簡(jiǎn)介 113.2.5按鍵選擇與簡(jiǎn)介 133.2.6外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器 133.2.7時(shí)鐘芯片選擇與簡(jiǎn)介 143.2.8上拉電阻 153.2.9液晶顯示器簡(jiǎn)介 153.2.10報(bào)警電路 163.2.11硬件仿真環(huán)境介紹 164軟件設(shè)計(jì) 184.1編寫語言的選擇 184.2編譯軟件介紹 184.3主程序模塊 184.4模數(shù)轉(zhuǎn)換 194.5按鍵模塊 194.6時(shí)鐘模塊 204.7液晶顯示模塊 205系統(tǒng)仿真 21結(jié)束語 23致謝 24參考文獻(xiàn) 25附錄 26附錄一硬件設(shè)計(jì)主電路圖 26附錄二檢測(cè)主程序程序 271緒論1.1引言甲醛是一種無色，有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體。易溶于水、醇和醚。甲醛在常溫下是氣態(tài)，通常以水溶液形式出現(xiàn)。其37%的水溶液稱為福爾馬林，醫(yī)學(xué)和科研部門常用于標(biāo)本的防腐保存。此溶液沸點(diǎn)為19.5℃故在室溫時(shí)極易揮發(fā)，隨著溫度的上升甲醛的揮發(fā)速度加快。在我國有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單中甲醛列居第二位。甲醛已被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)。甲醛是原漿毒物，能與蛋白質(zhì)結(jié)合，吸入高濃度甲醛后會(huì)出現(xiàn)呼吸道的嚴(yán)重刺激和水腫、眼刺痛、頭痛，也可發(fā)生支氣管哮喘皮膚直接接觸甲醛，可引起皮炎、色斑、壞死。經(jīng)常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出現(xiàn)粘膜充血、皮膚刺激癥、過敏性皮炎、指甲角化和脆弱等。全身癥狀有頭痛、乏力、心悸、失眠、體重減輕以及植物神經(jīng)紊亂等。天然氣、液化天然氣（俗稱煤氣罐）是一種多組分的混合氣體，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液體。天然氣在燃燒過程中產(chǎn)生的能影響人類呼吸系統(tǒng)健康的物質(zhì)極少，產(chǎn)生的二氧化碳僅為煤的40%左右，產(chǎn)生的二氧化硫也很少。天然氣易燃易爆和空氣混合后，溫度達(dá)到550℃左右就會(huì)燃燒；其混合物濃度達(dá)到5%－15%，遇到火種就會(huì)爆炸。天然氣熱值高，約8500－10000千卡/米3，天然氣燃燒后發(fā)出的熱量是相同體積的城市煤氣的2.5倍左右。２概述2.1系統(tǒng)總概述本論文主要完成室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：A/D轉(zhuǎn)換器程序、控制程序、超標(biāo)報(bào)警、鍵盤檢測(cè)、數(shù)據(jù)顯示等。本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心，以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的基本控制功能。系統(tǒng)主要功能內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)處理、時(shí)間設(shè)置、開始測(cè)量、超標(biāo)報(bào)警、鍵盤檢測(cè)、自動(dòng)休眠：儀器若不進(jìn)行稱量操作，5分鐘后自動(dòng)進(jìn)入休眠模式，以降低電源消耗。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用功能模塊化的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)主要分為總體方案設(shè)計(jì)、硬件和軟件的設(shè)計(jì)三大部分。2.2總體方案設(shè)計(jì)室內(nèi)甲醛污染和天然氣泄露對(duì)人身體健康影響較大，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法絕大多數(shù)是化學(xué)分析法,使用的手段是實(shí)驗(yàn)室分析儀器主要有比色計(jì)、分光光度計(jì)、化學(xué)滴定、氣相和液相色譜。但這些方法費(fèi)力費(fèi)時(shí)、成本高、自動(dòng)化程度低過程復(fù)雜、大多數(shù)過程是人工操作很難做到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制隨著傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)已有了基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量檢測(cè)儀，并且測(cè)試測(cè)試范圍、分辨率、精度、穩(wěn)定性已接近標(biāo)準(zhǔn)要求。因此本設(shè)計(jì)可選用基于電化學(xué)原理的甲醛傳感器與MQ-5氣體傳感器。甲醛傳感器其原理是空氣中的甲醛在電極下發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的擴(kuò)散電極電流與空氣中的甲醛濃度成正比，通過檢測(cè)放大電路和放大倍數(shù)的調(diào)整經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)；MQ-5氣體傳感器由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件組成，通過檢測(cè)放大電路和放大倍數(shù)的調(diào)整經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)，由單片機(jī)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制檢測(cè)并顯示甲醛濃度和煤氣、天然氣主要參數(shù)。2.3硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)部分主要包括：（MCU、A/D、時(shí)鐘芯片、LCD、外圍擴(kuò)展數(shù)據(jù)RAM）等芯片的選擇；硬件主電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、液晶顯示電路設(shè)計(jì)、外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器接口電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、鍵盤接口電路等功能模塊電路設(shè)計(jì)[1]。2.4軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)部分主要包括：編寫語言的選擇、主程序/子程序流程的設(shè)計(jì)、功能模塊程序的編寫、軟/硬件結(jié)合調(diào)試與演示。主要包括一下功能模塊：51驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、液晶顯示、時(shí)鐘、鍵盤、模數(shù)軟換。2.5硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)如圖2-1圖2-1硬件電路結(jié)構(gòu)圖2.6軟件結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)如圖2-2圖2-2軟件結(jié)構(gòu)框圖3硬件設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)主電路圖硬件設(shè)計(jì)住電路圖見附錄一。3.2硬件選擇3.2.1MCU的選擇與簡(jiǎn)介1）.單片機(jī)的概念和特點(diǎn)現(xiàn)代社會(huì)中，盡管PC機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，但是，在工控領(lǐng)域，在日益追求小而精、輕而薄的自動(dòng)化控制器、自動(dòng)化儀器儀表、家電產(chǎn)品等方面,PC機(jī)仍有所不相適宜的地方。而工業(yè)控制、儀器儀表、家電產(chǎn)品等市場(chǎng)廣闊，要求PC機(jī)技術(shù)與之相適應(yīng)。在這種情況下，單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生了（也稱作微型計(jì)算機(jī)）。微型計(jì)算機(jī)的基本機(jī)構(gòu)是由中央處理器、儲(chǔ)存器、和I/O設(shè)備構(gòu)成的。所謂的單片機(jī)是指將微型計(jì)算機(jī)3個(gè)單元的多個(gè)分體中的主要功能用1個(gè)集成電路芯片來實(shí)現(xiàn)，該芯片具有一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。這種超大規(guī)模集成電路芯片即稱為單片微型計(jì)算機(jī)，通常簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：(1)受集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)容量較小，一般8位單片機(jī)的ROM小于8/16K字節(jié)，RAM小于256字節(jié)，但可在外部擴(kuò)展，通常ROM、RAM可分別擴(kuò)展至64K字節(jié)。(2)可靠性好。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般通用CPU；程序指令及常數(shù)、表格固化在ROM中不易破壞；許多信號(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。(3)易擴(kuò)展。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。(4)控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中具有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。一般說來，單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微處理器。(5)一般單片機(jī)內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，只放置有用戶調(diào)試好的應(yīng)用程序。但近年來也開始出現(xiàn)了在片內(nèi)固化有BASIC解釋程序的單片機(jī)[4]。2）.單片機(jī)的發(fā)展與趨勢(shì)由于單片機(jī)具有以上特點(diǎn)，因此在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、智能化設(shè)備和各種家用電器等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著微電子工藝水平的提高，近十年來單片微型計(jì)算機(jī)有了飛速的發(fā)展。歸納起來，它是沿著兩條路發(fā)展的：改進(jìn)集成電路制造工藝，提高芯片的工作速度，降低工作電壓和降低功耗：在保留共同的CPU體系結(jié)構(gòu)，最基本的外設(shè)裝置（如異步串行口，定時(shí)器等）和一套公用的指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，把不同的外設(shè)裝置集成到芯片內(nèi)，在同一個(gè)家族內(nèi)繁衍滋生出各種型號(hào)的單片機(jī)。近年來，單片機(jī)的生產(chǎn)廠家在單片機(jī)設(shè)計(jì)上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，主要表現(xiàn)在一下幾點(diǎn)：(1)EFT(ElectricalFastTransient)技術(shù)(2)低噪音布線技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)(3)采用低頻時(shí)鐘單片機(jī)在目前的發(fā)展形勢(shì)下，表現(xiàn)出幾大趨勢(shì)：可靠性及應(yīng)用水平越來越高，和internet連接已是一種明顯的走向；所集成的部件越來越多；功耗越來越低；和模擬電路結(jié)合越來越多。3）.單片機(jī)選擇(1)本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心。單片機(jī)/MCU主要有51基本型和52增強(qiáng)型，而相比之下52型比51型功能更為強(qiáng)大，ROM和RAM存儲(chǔ)空間更大，52還兼容51指令系統(tǒng)。(2)AT89C52介紹AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(PEROM)和256Kbytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容8K字節(jié)可重擦寫FLASH閃存存儲(chǔ)器1000次寫/擦循環(huán)時(shí)鐘頻率：0Hz—24MHz三級(jí)加密存儲(chǔ)器256字節(jié)內(nèi)部RAM32個(gè)可編程I/O口線3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行UART通道低功耗的空閑和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路圖3-1引腳圖3.2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)介紹完以上的單片機(jī)系統(tǒng)的核心芯片之后，我們采用AT89C52來實(shí)現(xiàn)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能運(yùn)行起來的需求最小的系統(tǒng)，電路圖見圖3-2：圖3-2單片機(jī)最小系統(tǒng)圖上圖由晶振電路和復(fù)位電路，AT89C52芯片組成，構(gòu)成最小的單片機(jī)系統(tǒng)，下面詳細(xì)介紹其中的兩個(gè)電路。（1）晶振電路單片機(jī)工作的過程中各指令的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序稱作時(shí)序，單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種微操作提供時(shí)間基準(zhǔn)，89c52的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式即在單片機(jī)的外部接一個(gè)晶振電路與單片機(jī)里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，此方式常用于多片89C52單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步，一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns.且為頻率低于12MHz的方波。對(duì)于CHMOS工藝的單片機(jī)，外部時(shí)鐘要由XTAL1端引入，而XTAL2端應(yīng)懸空。本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式。電路圖如圖3-3：圖3-3晶振電路圖在89C52單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，圖中電容器C1和C2穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5—30pF，典型值是22pF，晶振CYS選擇的是12MHz。（2）復(fù)位電路復(fù)位的意義：片機(jī)開始工作的時(shí)候，必須處于一種確定的狀態(tài)，否則，不知哪是第一條程序和如何開始運(yùn)行程序。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設(shè)備誤動(dòng)作，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制寄存器（專用寄存器）內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)……..因此，任何單片機(jī)在開始工作前，都必須進(jìn)行一次復(fù)位過程，使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài)。復(fù)位電路原理：當(dāng)在89C52單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位，上電復(fù)位位見圖3-4，要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如下圖所示。上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容C1的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降。圖3-4上電復(fù)位電路圖RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。該電路典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振為12MHz時(shí)，C1為22uF：R1為8.2；振為6MHz時(shí)，C1為22uF，R1為1.本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路采用的是開關(guān)復(fù)位電路，開關(guān)S9未按下是上電復(fù)位電路，上電復(fù)位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容處于充電（導(dǎo)通）狀態(tài)，故RST腳的電壓與VCC相同。隨著電容的充電，RST腳上的電壓才慢慢下降。選擇合理的充電常數(shù)，就能保證在開關(guān)按下時(shí)是RST端有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平從而使AT89C52內(nèi)部復(fù)位。開關(guān)按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路，RST端通過電阻與VCC電源接通，通過電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。復(fù)位電路圖如圖3-5：圖3-5復(fù)位電路圖3.2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從傳感器過來的電壓信號(hào)，必須放大，濾波，采集，轉(zhuǎn)換才能被MCU識(shí)別和處理。由于假若每一路都設(shè)置放大、濾波等器件，那么成本會(huì)很大，所以信號(hào)的采集一般用多路模擬通路進(jìn)行選擇。然而選擇多路模擬開關(guān)時(shí)必須考慮以下的幾個(gè)因素：通道數(shù)量、切換速度、開關(guān)電阻和器件的封裝形式?？傊?dāng)?shù)據(jù)采集與硬件的選擇有很大的關(guān)系[4]。甲醛傳感器的選擇：甲醛傳感器由甲醛探頭CH20傳感器組成。甲醛傳感器/甲醛模塊（CH2O傳感器）詳細(xì)介紹如下表3-3：MQ-5氣體傳感器的選擇：MQ-5氣體傳感器由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件組成。MQ-5氣體傳感器詳細(xì)介紹如下表3-4。(3)測(cè)量電路測(cè)量電路由CH20/S-10甲醛傳感器，MQ-5氣體傳感器，ADC0832組成。甲醛傳感器由甲醛探頭和CH20傳感器組成。當(dāng)空氣被內(nèi)部的采樣系統(tǒng)吸收后，產(chǎn)生一個(gè)與甲醛濃度成正比的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)AD0832與AT89C52單片機(jī)相連，在顯示器上顯示出甲醛的濃度值，當(dāng)超過國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)報(bào)警。MQ-5傳感器通過+熱氣對(duì)敏感層加熱，當(dāng)有煙霧性煤氣接觸單敏感層會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)經(jīng)AD0832與AT89C52單片機(jī)相連超過國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)報(bào)警。表3-3甲醛傳感器參數(shù)表名稱甲醛傳感器CH2O/S-10:測(cè)量范圍0-10ppm最大負(fù)荷50ppm工作壽命空氣中3年輸出1200±300nA/ppm4-20mA(甲醛模塊分辨率0.05ppm溫度范圍-20℃to45℃壓力范圍大氣壓±10%響應(yīng)時(shí)間(T90)〈50seconds濕度范圍-20℃to45℃零點(diǎn)輸出(純凈空體，20℃)〈0.1ppm最大零點(diǎn)漂移(20℃to40℃)0.1ppm長(zhǎng)期漂移〈2%/每月推薦負(fù)載值10Ω線性度輸出線性重量約32克表3-4MQ-5氣體傳感器參數(shù)表名稱MQ—5氣體傳感器加熱電壓5.0V±0.2VACorDC負(fù)載電阻可調(diào)加熱電阻31Ω±3Ω室溫加熱功耗≤900mW回路電壓≤15VACorDC使用溫度-10℃-50℃儲(chǔ)存溫度-20℃-70℃相對(duì)濕度小于95%Rh氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)敏感體電阻10KΩ-60KΩ濃度斜率≤0.6標(biāo)準(zhǔn)工作條件溫度：20℃±2℃Vc:5.0V±0.1V相對(duì)濕度：65%±5%Vh:5.0V±0.1V預(yù)熱時(shí)間不少于24小時(shí)探測(cè)范圍300-5000ppm液化氣，天然氣，煤氣。3.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇與簡(jiǎn)介（1）實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的基本方法很多，有計(jì)數(shù)法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。由于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換具有速度，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，而且采用這種方法的ADC芯片成本低，所以我們采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型ADC包括1個(gè)比較器、一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、1個(gè)逐次逼近寄存器（SAR）和1個(gè)邏輯控制單元。逐次逼近型是將采樣信號(hào)和已知電壓不斷進(jìn)行比較，一個(gè)時(shí)鐘周期完成1位轉(zhuǎn)換，依次類推,轉(zhuǎn)換完成后，輸出二進(jìn)制數(shù)。這類型ADC的分辨率和采樣速率是相互牽制的。優(yōu)點(diǎn)是分辨率低于12位時(shí)，價(jià)格較低，采樣速率也很好。（2）由于ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換、輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容、5V電源供電時(shí)輸入電壓在0～5V之間、工作頻率為250KHZ、轉(zhuǎn)換時(shí)間為32微秒、一般功耗僅為15MW等優(yōu)點(diǎn)，適合本系統(tǒng)的應(yīng)用，所以我們采用ADC0832為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。電路圖見圖3-6如下：圖3-6模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖ADC0832具有以下特點(diǎn)：·8位分辨率；·雙通道A/D轉(zhuǎn)換；·輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；·5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間；·工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS；·一般功耗僅為15mW；·8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC多種封裝；·商用級(jí)芯片溫寬為0°Cto+70°C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為?40°Cto+85°C；芯片接口說明：·CS_片選使能，低電平芯片使能；·CH0模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用；·CH1模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用；·GND芯片參考0電位（地）；·DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制；·DO數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出；·CLK芯片時(shí)鐘輸入；·Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）；ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。單片機(jī)對(duì)ADC0832的控制原理：正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第2、3個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，（4）測(cè)量量程本系統(tǒng)的量程為0-10ppm。由于我所使用的是8位ADC0832,所以本系統(tǒng)的精度為：10ppm/256=0.039ppm。3.2.5按鍵選擇與簡(jiǎn)介本系統(tǒng)應(yīng)用有人機(jī)對(duì)話功能，該功能即能隨時(shí)發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及和LCD連接顯示運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。鍵盤分為：獨(dú)立式和矩陣式兩類，每一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。由于本系統(tǒng)只有UP、DOWN、OK、CANCEL4個(gè)控制命令，所需按鍵較少，所以本系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。電路圖見圖3-7：圖3-7按鍵電路圖獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根I/O口線。各根I/O口線之間不會(huì)相互影響。在此電路中，按鍵輸入部采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時(shí)，I/O口線有確定的高電平，（AT89C52.P1口內(nèi)部接有上拉電阻）所以就不需要再外接上拉電阻。鍵盤抖動(dòng)的消除：抖動(dòng)的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。硬件削抖是采用硬件電路的方法對(duì)鍵盤的按下抖動(dòng)及釋放抖動(dòng)進(jìn)行削抖，經(jīng)過削抖電路后使按鍵的電平信號(hào)只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。軟件削抖的基本原理是當(dāng)檢測(cè)出鍵盤閉合時(shí)，先執(zhí)行一個(gè)延時(shí)子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的延時(shí)，待接通時(shí)的前沿抖動(dòng)消失后再判別是否有健按下。當(dāng)按鍵釋放時(shí)，也要經(jīng)過數(shù)毫秒延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后再判別鍵是否釋放。由于應(yīng)用硬件削抖還需要外加器件，成本相對(duì)較高，所以本系統(tǒng)選擇軟件延時(shí)削抖的方法。3.2.6外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器基于AT89C52單片機(jī)具有8KB的程序存儲(chǔ)器（ROM），256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），由于考慮到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)所需的容量，現(xiàn)在需要擴(kuò)充存儲(chǔ)器的容量。在應(yīng)用中要保存一些參數(shù)和狀態(tài)，據(jù)了解基于EEPROM的存儲(chǔ)芯片是一種很好的選擇，選定了AT24C128存儲(chǔ)器。電路圖見圖3-8：圖3-8外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)電路圖3.2.7時(shí)鐘芯片選擇與簡(jiǎn)介因?yàn)榇讼到y(tǒng)需要記錄測(cè)量發(fā)生的時(shí)間，所以需要時(shí)鐘芯片來記錄不同人在不同時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此我們?cè)谙到y(tǒng)中加入了時(shí)鐘芯片。對(duì)時(shí)鐘芯片的要求首先是低功耗，其次是編程簡(jiǎn)單，縮短程序開發(fā)時(shí)間，實(shí)際上也就縮短了系統(tǒng)用于實(shí)際生產(chǎn)所用的開發(fā)周期以及成本，在本系統(tǒng)，我們選擇了DS1302時(shí)鐘芯片。時(shí)鐘電路選擇的芯片是DS1302，其內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機(jī)通信。而通信時(shí)，僅需要3個(gè)口線：（1）RES（復(fù)位），（2）I/O數(shù)據(jù)線，（3）SCLK（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達(dá)31字節(jié)的字符組方式通信。其工作時(shí)功耗很低，廣泛應(yīng)用于電話，傳真，便攜式儀器等產(chǎn)品領(lǐng)域[3]。DS1302主要性能有：時(shí)實(shí)時(shí)鐘能計(jì)算2100年之前的秒、分、時(shí)、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年的調(diào)整能力；讀/寫時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)時(shí)，有單字節(jié)和多字節(jié)傳送兩種方式；與DS1202/TTL兼容。DS1302引腳概述：X1,X2：振蕩源，外接32。768KHZ晶振；SCLK：串行時(shí)鐘輸入端。其電路圖如圖3-9：圖3-9時(shí)鐘電路圖3.2.8上拉電阻在主電路圖中接在P0口處有一個(gè)排阻RP1，由于P0口沒有內(nèi)接上拉電阻，為了為P0口外接線路有確定的高電平，所以要接上排阻RP1，以確保有P0口有穩(wěn)定的電平。電路連接圖如圖3-10:圖3-10上拉電阻電路圖3.2.9液晶顯示器簡(jiǎn)介對(duì)于本系統(tǒng)要有顯示裝置完成顯示功能。顯示器最好能夠顯示數(shù)據(jù)、圖形?？紤]到同種LCD顯示器的屏幕越大體積越大，功耗越大的特點(diǎn)，在同類產(chǎn)品中選用了AMPIRE128X64液晶顯示模塊。該型號(hào)顯示器消耗電量比較低，可以滿足系統(tǒng)要求。該類液晶顯示模塊采用動(dòng)態(tài)的液晶驅(qū)動(dòng)，可用5V供電。以下為液晶顯示電路接線原理圖如圖3-11 圖3-11液晶電路圖在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)有點(diǎn)：顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕的多。功耗低：相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其他顯示器要少的多[5]。3.2.10報(bào)警電路報(bào)警信號(hào)通常有三種類型：一是閃光報(bào)警，因?yàn)殚W動(dòng)的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報(bào)警，發(fā)出特定的音響，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強(qiáng)警覺；三是語音報(bào)警，不僅能起到報(bào)警作用，還能直接給出警報(bào)種類的信息。其中，前兩種報(bào)警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件編程方便，常常在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用；而語音報(bào)警雖然警報(bào)信息較直接，但硬件成本高，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軟件量也增加。單頻音報(bào)警：實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警的接口電路比較簡(jiǎn)單，其發(fā)音元件通?？刹捎脡弘姺澍Q器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加3～15V直流工作電壓，就能產(chǎn)生3kHZ左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗電少，更適于在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。壓電式蜂鳴器，約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可在某端口接上一只三極管和電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng),基于本系統(tǒng)的需求和功耗要求，只需要基本的報(bào)警功能即可，我選擇采用的是三極管驅(qū)動(dòng)的單音頻報(bào)警電路。以下為報(bào)警電路接線圖如圖3-12圖3-12報(bào)警電路圖3.2.11硬件仿真環(huán)境介紹ProteusISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如KeilC51uVision2等軟件。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。本章介紹ProteusISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。本章小結(jié)本章具體的說明了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容，通過模塊化的設(shè)計(jì)思想，把一個(gè)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)按照功能劃分成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的電路模型，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后在集成到一起。這種方法對(duì)于設(shè)計(jì)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)很有效。大大提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率與質(zhì)量。4軟件設(shè)計(jì)4.1編寫語言的選擇對(duì)于單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用中，逐漸引入了高級(jí)語言，C語言就是其中的一種。匯編語言的可控性較高級(jí)語言來說更具優(yōu)越性。程序編寫語言比較常見的有C語言、匯編語言。匯編語言的機(jī)器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C語言編寫的程序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習(xí)慣。還有很多處理器都支持C編譯器，這樣意味著處理器也能很快上手。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫的模塊程序易于移植。基于C語言和匯編語言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語言編寫方法。軟件編寫的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分，然后根據(jù)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能寫各個(gè)子程序。整個(gè)軟件程序的編寫采用查詢式方式編寫的。4.2編譯軟件介紹Keil軟件簡(jiǎn)介：?jiǎn)纹瑱C(jī)開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變?yōu)镃PU可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機(jī)器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機(jī)器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C(jī)器碼，用于MCS-51單片機(jī)的匯編軟件有早期的A51，隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級(jí)語言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)[5]。4.3主程序模塊主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：與硬件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)便攜式甲醛檢測(cè)儀的各個(gè)功能。主要是檢測(cè)與顯示，時(shí)間調(diào)整與顯示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。功能子函數(shù)的調(diào)用。見圖4-1初始化時(shí)鐘初始化時(shí)鐘初始化LCD顯示開機(jī)畫面顯示時(shí)間顯示主菜單初始化CPU開始讀鍵圖4-1主程序流程圖4.4模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能就是將經(jīng)放大器放大的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為MCU能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并傳送給MCU。ADC0832轉(zhuǎn)換的流程圖如下圖4-2圖4-2數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖4.5按鍵模塊按鍵時(shí)顯現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的一個(gè)控制按鈕，通過按鍵的操作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送操作指令，后經(jīng)與MCU串行通信，然后在液晶上顯示。按鍵查詢式的流程圖如下圖: 圖4-3按鍵查詢式的流程圖4.6時(shí)鐘模塊DS1302模塊主要是用于設(shè)置時(shí)間和與MCU通信經(jīng)LCD顯示時(shí)間。時(shí)鐘模塊操作流程圖如下圖：圖4-4時(shí)鐘模塊操作流程圖4.7液晶顯示模塊LCD模塊在本系統(tǒng)中主要起著開界面漢字顯示，以及各控制效果的顯示。采用直接訪問方式。液晶顯示的操作流程圖如下圖4-5：圖4-5液晶顯示的操作流程圖5系統(tǒng)仿真前面已經(jīng)把單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)完成了，下一步就可以著手進(jìn)行仿真，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的過程之中肯定有許多的錯(cuò)誤，需要進(jìn)行仿真來發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和調(diào)試錯(cuò)誤。這樣才能使單片機(jī)低功耗計(jì)數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加完善，本次系統(tǒng)仿真采用的是軟件仿真，使用的是proteus軟件。Proteus軟件由ISIS和ARES兩個(gè)軟件構(gòu)成，其中ISIS是原理圖編輯與仿真軟件，ARES是布線編輯軟件。本次系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)其中的原理圖編輯和PCB布線就是在這個(gè)軟件環(huán)境中完成的，至于軟件設(shè)計(jì)，則是采用proteus軟件中的ISIS和KeiluVision進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試[8]。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)都完成的時(shí)候就可以看到虛擬的基于單片機(jī)的低功耗計(jì)數(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行，以下為仿真效果：一、編譯結(jié)束，添加HEX文件單擊PROTEUS運(yùn)行按鈕，本系統(tǒng)主界面顯示圖如圖5-1所示圖5-1主界面顯示圖二、系統(tǒng)接下來顯示，4個(gè)基本操作功能，小對(duì)號(hào)為該操作顯示項(xiàng)，如圖5-2圖5-2功能界面三、選擇“開始測(cè)量”，單擊“OK”鍵，便有下面測(cè)量選擇界面，如圖5-3圖5-3測(cè)量選擇界面四、再按“OK”，則顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)，范圍0-10ppm.如圖5-4圖5-4測(cè)量界面顯示圖五、4個(gè)功能的操作和演示是相同的，以下為“時(shí)間設(shè)置”顯示圖，如圖5-5圖5-5當(dāng)前時(shí)間顯示圖六、小結(jié)：本系統(tǒng)原先打算設(shè)計(jì)“開始測(cè)量”、“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”、“時(shí)間設(shè)置”“通訊設(shè)置”等4個(gè)基本功能，后由于條件所限，我們并未做出全部的功能，但這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，收獲還是很多的！今后我們會(huì)進(jìn)一步進(jìn)完善該系統(tǒng)。結(jié)束語目前，公共場(chǎng)所民用建筑室內(nèi)需要檢測(cè)甲醛氣體，同樣建筑材料中甲醛含量也需要檢測(cè)。由于甲醛含量超量的話，將對(duì)人體健康造成很大的影響。隨著使用天然氣的居民越來越多，天然氣存在的潛性危害、天然氣泄露也在一步步威脅著居民的身體健康，設(shè)計(jì)能夠滿足生活需要，攜帶方便的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀迫在眉睫。針對(duì)目前的現(xiàn)狀，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵守體積小，質(zhì)量輕，性價(jià)比高的原則[9]。室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)前對(duì)該系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)功能的要求，綜合考慮采用AT89C52單片機(jī)為控制核心。由于所學(xué)知識(shí)的限制，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能不是很健全，但在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的過程中，讓我學(xué)會(huì)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，和養(yǎng)成了系統(tǒng)思考的思維方式。首先要了解系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能；其次根據(jù)功能去選擇相應(yīng)的硬件資源；再次將一個(gè)大的系統(tǒng)進(jìn)行模塊化劃分，然后逐一去攻破。最后把所有模塊進(jìn)行優(yōu)化整合，便得到了一個(gè)完整的系統(tǒng)。基于這樣的思路，我們共同完成了室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)。同時(shí)由于本設(shè)計(jì)是采用在proteus上進(jìn)行仿真，在keil軟件上進(jìn)行編程，最后二者聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)，但在仿真是無法實(shí)現(xiàn)甲醛傳感器和MQ-5氣體傳感器的，因此本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)變阻器模擬傳感器檢測(cè)甲醛和天然氣時(shí)輸出的模擬信號(hào)，經(jīng)AD0832轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)。致謝本論文是在李銳君老師的悉心指導(dǎo)下完成的。李老師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。。我的畢業(yè)課題是室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是一個(gè)實(shí)際的小工程。作為一個(gè)本科生，我對(duì)實(shí)際的工程設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)不夠，經(jīng)驗(yàn)不足，難免在設(shè)計(jì)的整體框架中，有很多的細(xì)節(jié)沒有考慮。我們的指導(dǎo)老師：李銳君老師并沒有指責(zé)，而是給予我們鼓勵(lì)和很多寶貴的建議，并且悉心引導(dǎo)，給予我一個(gè)比較清晰的設(shè)計(jì)思路。我們沿著這條經(jīng)驗(yàn)之路，不斷地嘗試摸索，慢慢地也掌握了設(shè)計(jì)的基本流程和思考的方法。我們遇到了很多的難題，比如硬件器件的選擇，功能的實(shí)現(xiàn)等。然而這樣的問題并不是我一個(gè)能所能解決的，幸運(yùn)的是有我們的指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和小組搭檔的全心幫助，所以一個(gè)個(gè)看似復(fù)雜的問題便迎刃而解。最后我還要再次深深地感謝李銳君老師，正是基于李老師的悉心指點(diǎn)和大家的全心的幫助，我才能比較順利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。謝謝你們！參考文獻(xiàn)何立民.《MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)》、系統(tǒng)配置與接口技術(shù).郭強(qiáng)．《液晶顯示應(yīng)用技術(shù)》北京：電子工業(yè)出版社，2000年．新民.《智能儀器原理及設(shè)計(jì)》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995。華成英.童詩白.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第三版》北京:高等教育出版社,2004.4.馬忠梅等.《單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1997李剛林凌王焱編著新概念單片機(jī)教程.天津大學(xué)出版社，2004年彭愛華.《單片機(jī)高級(jí)語言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》〔M〕.北京工業(yè)出版社，1999。何立民.《MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)》、系統(tǒng)配置與接口技術(shù).arek,H.P.Trah,Y.Suzuki.SensorsforAutomotiveechnology[M],2004.[10]R.C.etal.DynamicMulti-sensorDataFusionSystemforIntelligentRoboticsandAutomation[M],1998附錄附錄一硬件設(shè)計(jì)主電路圖附錄二檢測(cè)主程序程序#include<AT89X52.H>//調(diào)用外函數(shù)//#include<ctype.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<stdio.h>#include<math.h>#include<LCD.h>/**********初始化CPU************/voidinit_cpu()//初始化cPu{EA=1; TR0=1; TR1=1; TMOD=0x11; TH1=0x3c; TL1=0xb0;}/*voidtime1(void)interrupt3using1 {TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256;keyval=P1;}*//初始化CPU結(jié)束//voidmain_menu_initial() //LCD主菜單初始化.//{ main1_menu[0].menu_count=4; //有4個(gè)菜單項(xiàng).// main1_menu[0].display=measurearray;//定義一個(gè)”開始測(cè)量“數(shù)組// main1_menu[0].subs=NULL; main1_menu[0].children_menus=measure_menu; //當(dāng)前菜單子菜單的指針 main1_menu[0].parent_menus=NULL; ……//還有“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”、“時(shí)間設(shè)置”……//}voidmeasure_menu_initial()//“開始測(cè)量”菜單設(shè)置//{measure_menu[0].menu_count=2;measure_menu[0].display=qr; //開始測(cè)量函數(shù),確認(rèn). measure_menu[0].subs=start_measure_function;//開始測(cè)量函數(shù) measure_menu[0].children_menus=NULL; measure_menu[0].parent_menus=main1_menu; measure_menu[1].menu_count=2; measure_menu[1].display=qx; //開始測(cè)量函數(shù),取消.measure_menu[1].subs=NULL;measure_menu[1].children_menus=NULL; measure_menu[1].parent_menus=main1_menu; }……//還有voidstore_menu_initial()、voidtime_menu_initial()//voidled_menu_pro(){ max_item=menu_led->menu_count; switch(keyval) { case0:break; case1: //向上鍵. if(user_choosen==0) { user_choosen=max_item; } shuaxin=1; user_choosen--; break; }……//“向上”“向下”“確認(rèn)”“取消”鍵//if(shuaxin) //是否需要刷新LCD標(biāo)志位. {Clr_Scr(); shuaxin=0; } led_menu_show(); }voidled_menu_show() { ucharn; max_item=menu_led->menu_count; if(max_item>=4) //菜單項(xiàng)為3則表示為主菜單. { for(n=0;n<4;n++) {draw_bmp(n*2,20,96,0,menu_led[n].display); } select_item(user_choosen); //標(biāo)記出當(dāng)前菜單項(xiàng). } else { switch(temp_choosen) {case0: draw_bmp(0,20,96,0,measurearray);//“開始測(cè)量”數(shù)組// break; …… default: break; } for(n=0;n<max_item;n++) { draw_bmp((n+1)*2,20,32,0,menu_led[n].display); } select_item(user_choosen+1); } } voidselect_item(ucharn){ draw_bmp(n*2,2,16,0,curflag);}voidstart_measure_function(void)//開始測(cè)量函數(shù)//{main_Menu();}……/*主函數(shù)*/main(){init_cpu();Init_Clock();init_lcd();Disp_Img(FirstPage);delay(2000);//延時(shí)//ClockMsg();Refresh();delay(2500);Clr_Scr();main_Menu();Clr_Scr();main_menu_initial();measure_menu_initial();store_menu_initial();time_menu_initial();communication_menu_initial(); while(1){keyval=get_key(); //讀鍵. led_menu_pro();}}//適當(dāng)延時(shí)防止因?yàn)椴粩嗖槊Χ馁M(fèi)大量CUP資源//

附錄資料：不需要的可以自行刪除目的為了確定與設(shè)計(jì)和過程相關(guān)的潛在失效模式，評(píng)價(jià)潛在失效對(duì)顧客產(chǎn)生的后果，編制一個(gè)潛在失效模式的分級(jí)表，以便建立一個(gè)考慮預(yù)防/糾正措施的優(yōu)選體系。范圍適用于XX電子客戶要求的所有過程潛在失效模式及后果分析。定義3.1FMEA：潛在失效模式及后果分析（PotentialFailureModeandEffectsAnalysis.）在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)策劃階段對(duì)產(chǎn)品的各部份逐一進(jìn)行分析，找出失效模式，分析可能產(chǎn)生的后果，鑒定失效的原因，評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)程度（RPN）從而采取相應(yīng)的措施，減少失效的危害，提高產(chǎn)品/過程質(zhì)量，確保顧客滿意的一種系統(tǒng)化的管理方法。包括設(shè)計(jì)FMEA（DFMEA）和過程FMEA（PFMEA）。3.2潛在失效模式：是指過程有可能不能滿足過程功能/要求欄中所描述的過程和/或設(shè)計(jì)意圖。3.3失效的潛在后果：是指失效模式對(duì)產(chǎn)品功能的影響，就如顧客的感受一樣。3.4嚴(yán)重度（S）：嚴(yán)重度是指失效模式發(fā)生時(shí)對(duì)產(chǎn)品的功能/產(chǎn)品的生產(chǎn)過程或顧客影響后果的嚴(yán)重程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。3.5失效的潛在起因：是指失效是怎樣發(fā)生的，并應(yīng)依據(jù)可以糾正或可以控制的原則予以描述。3.6頻度（O）：指某一特定的起因/機(jī)理發(fā)生的可能性。3.7探測(cè)度（D）：是指產(chǎn)品在投產(chǎn)之前，利用現(xiàn)行控制方法來探測(cè)失效的潛在起因/機(jī)理的能力評(píng)價(jià)指標(biāo)。職責(zé)DFMEA小組：負(fù)責(zé)組織編制設(shè)計(jì)FMEA。PFMEA小組：負(fù)責(zé)組織編制過程FMEA。過程FMEA的編制5.1編制過程FMEA的時(shí)機(jī)5.1.1在可行性階段或之前進(jìn)行；5.1.2在生產(chǎn)用工裝到位之前；5.1.3建立或修改PMP（質(zhì)量管理計(jì)劃）之前應(yīng)進(jìn)行。5.2編制過程FMEA的基本要求5.2.1負(fù)責(zé)的工程師要有一定的FMEA和團(tuán)隊(duì)工作推進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。5.2.2過程FMEA假定所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能夠滿足設(shè)計(jì)要求。5.2.3過程FMEA不依靠改變產(chǎn)品設(shè)計(jì)來克服過程中的薄弱環(huán)節(jié)，但是它要考慮與計(jì)劃的制造或裝配過程有關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性，以最大限度的保證產(chǎn)品能夠滿足顧客的要求和期望。5.2.4應(yīng)考慮從單件部件到總成的所有的制造工序。5.3編制過程FMEA5.3.1根據(jù)產(chǎn)品要求或工序做出產(chǎn)品流程圖，這件流程圖應(yīng)明確與每一工序相關(guān)的產(chǎn)品/過程特性。5.3.2FMEA編號(hào)：填入FMEA文件的編號(hào)，以便查詢。5.3.3項(xiàng)目：注明正在進(jìn)行過程分析的產(chǎn)品或部件的名稱和編號(hào)。5.3.4過程責(zé)任：填入部門和小組。5.3.5編制者：填入負(fù)責(zé)編制FMEA的工程師的姓名。5.3.6產(chǎn)品/項(xiàng)目：填入所分析的設(shè)計(jì)/過程將要應(yīng)用和/或影響的產(chǎn)品/項(xiàng)目（如已知）。5.3.7關(guān)鍵日期：填入初次FMEA應(yīng)完成的時(shí)間，該日期不應(yīng)超過計(jì)劃的投入生產(chǎn)日期；對(duì)于組織，初始的FMEA日期不應(yīng)超過顧客要求的生產(chǎn)件批準(zhǔn)過程（PPAP）的提交日期。5.3.8FMEA日期：填入編制FMEA原始稿的日期及最新修訂的日期。5.3.9核心小組：列出有權(quán)確定和/或執(zhí)行任務(wù)的責(zé)任部門的名稱和件人的姓名。5.3.10過程功能/要求根據(jù)產(chǎn)品流程圖確定每件工序的要求或功能，并填入被分析過程或工序簡(jiǎn)要說明。5.3.11潛在失效模式:按照產(chǎn)品、部件、工序或過程特性，列出特定工序的每一件潛在的失效模式，前提是這種失效可能發(fā)生，但不一定發(fā)生的；且應(yīng)以規(guī)范化或技術(shù)術(shù)語來描述。5.3.12潛在失效后果:要根據(jù)顧客可能發(fā)生或經(jīng)歷的情況來描述失效后果，顧客既可能是內(nèi)部的顧客也可能是最終用戶。如果失效模式可能影響安全性或?qū)Ψㄒ?guī)的符合性，要清楚地予以說明。對(duì)于最終使用者來說，失效的后果應(yīng)一律采用產(chǎn)品或系統(tǒng)的性能來描述。如果顧客是下一道工序或后續(xù)序/工位，失效的后果應(yīng)用過程/工序性能來描述。5.3.13嚴(yán)重度(S)是單一的FMEA范圍內(nèi)的相對(duì)定級(jí)結(jié)果。嚴(yán)重度數(shù)值的降低只有通過設(shè)計(jì)更改或重新設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)。相同的失效后果，嚴(yán)重度分值是相同的。推薦的過程FMEA嚴(yán)重度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則見附件。5.3.14級(jí)別：可用于對(duì)那些可能需要附加的過程控制的部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)的特殊產(chǎn)品或過程特性的分級(jí)；也可用于突出高優(yōu)先度的失效模式以進(jìn)行工程評(píng)定。如果過程FMEA中確定了分級(jí)，應(yīng)通告負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的工程師，因?yàn)檫@可能影響涉及控制項(xiàng)目辨別的工程文件。5.3.15失效的潛在起因/機(jī)理：盡可能地列出可歸結(jié)到每一失效模式的每一件潛在起因。起因列出的方式應(yīng)有利于有針對(duì)性對(duì)起因采取補(bǔ)救的努力。5.3.16頻度：描述出現(xiàn)的可能性的級(jí)別數(shù)具有相對(duì)意義，而不是絕對(duì)的。通過設(shè)計(jì)更改或過程更改來預(yù)防或控制失效模式的起因/機(jī)理是可能導(dǎo)致發(fā)生頻度數(shù)降低的唯一的途徑。為保證連續(xù)性，應(yīng)采用一致的發(fā)生頻度定級(jí)方法。推薦的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則見附件。5.3.17現(xiàn)行過程控制：是對(duì)盡可能地防止失效模式或其起因/機(jī)理的發(fā)生或者探測(cè)將發(fā)生的失效模式或其起因/機(jī)理的控制的說明。有兩類過程控制可以考慮：預(yù)防：防止失效的起因/機(jī)理或失效模式出現(xiàn)，或者降低其出現(xiàn)的幾率。探測(cè)：探測(cè)出失效的起因/機(jī)理或者失效模式，導(dǎo)致采用糾正措施5.3.18探測(cè)度是一個(gè)在某一FMEA范圍內(nèi)的相對(duì)級(jí)別。為了獲得一個(gè)較低的定級(jí)，通常計(jì)劃的過程控制必須予以改進(jìn)。5.3.19風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)：風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)（RPN）是嚴(yán)重度（S），頻度（O）和探測(cè)度（D）的乘積，也就是（S）X（O）X（D）=RPN，（1≤RPN≤1000）。根據(jù)實(shí)際需要，現(xiàn)規(guī)定當(dāng)RPN>120時(shí)，或S>8時(shí)，就一定有采取糾正/預(yù)防措施。5.3.20建議的措施針對(duì)高嚴(yán)重度，高RPN值和小組指定的其它項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)防/糾正措施的工程評(píng)價(jià)如果工程評(píng)價(jià)認(rèn)為無需建議措施，則應(yīng)在本欄內(nèi)注明“無”。5.3.21建議措施的責(zé)任填入每一項(xiàng)建議措施的責(zé)任者以及預(yù)計(jì)完成的目標(biāo)日期。5.3.22采取的措施在實(shí)施了措施之后，填入實(shí)際措施的簡(jiǎn)要說明以及生效日期5.3.23措施結(jié)果在確定了預(yù)防/糾正措施以后，估算并記錄嚴(yán)重度、頻度和探測(cè)度值的結(jié)果。計(jì)算并記錄RPN的結(jié)果。如果沒有采取任何措施，將相關(guān)欄空白即可。5.4跟蹤措施5.4.1負(fù)責(zé)過程的工程師應(yīng)負(fù)責(zé)保證所有的建議措施已被實(shí)施或已妥善落實(shí)。6.0編制設(shè)計(jì)FMEA6.1編制過程FMEA的時(shí)機(jī)6.1.1在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段或之前進(jìn)行；6.2編制過程FMEA的基本要求6.2.1負(fù)責(zé)的工程師要有一定的FMEA和團(tuán)隊(duì)工作推進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。6.3編制過程6.3.1根據(jù)產(chǎn)品要求的設(shè)計(jì)輸入要求編寫DFMEA6.3.2FMEA編號(hào)：填入DFMEA文件的編號(hào)，以便查詢。6.3.3項(xiàng)目：注明正在進(jìn)行設(shè)計(jì)分析的產(chǎn)品或部件的名稱和編號(hào)。6.3.4過程責(zé)任：填入部門和小組。6.3.5編制者：填入負(fù)責(zé)編制DFMEA的工程師的姓名、電話和所在公司的名稱。6.3.6產(chǎn)品/項(xiàng)目：填入所分析的設(shè)計(jì)（如已知）。6.3.7關(guān)鍵日期：填入初次DFMEA應(yīng)完成的時(shí)間。6.3.8FMEA日期：填入編制DFMEA原始稿的日期及最新修訂的日期。6.3.9核心小組：列出有權(quán)確定和/或執(zhí)行任務(wù)的責(zé)任部門的名稱和負(fù)責(zé)人的姓名。6.3.10設(shè)計(jì)功能/要求根據(jù)設(shè)計(jì)輸入的要求確定每一參數(shù)的要求或功能，并填入被分析的產(chǎn)品部件簡(jiǎn)要說明。6.3.11潛在失效模式:按照部件的設(shè)計(jì)參數(shù)列出特定參數(shù)的每一件潛在的失效模式，前提是這種失效可能發(fā)生，但不一定發(fā)生的；且應(yīng)以規(guī)范化或技術(shù)術(shù)語來描述。6.3.12潛在失效后果:要根據(jù)顧客可能發(fā)生或經(jīng)歷的情況來描述失效后果，顧客既可能是內(nèi)部的顧客也可能是最終用戶。如果失效模式可能影響安全性或?qū)Ψㄒ?guī)的符合性，要清楚地予以說明。對(duì)于最終使用者來說，失效的后果應(yīng)一律采用產(chǎn)品或系統(tǒng)的性能來描述。6.3.13嚴(yán)重度(S)是單一的DFMEA范圍內(nèi)的相對(duì)定級(jí)結(jié)果。嚴(yán)重度數(shù)值的降低只有通過設(shè)計(jì)更改或重新設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)。相同的失效后果，嚴(yán)重度分值是相同的。推薦的設(shè)計(jì)FMEA嚴(yán)重度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則見附件。6.3.14級(jí)別：可用于對(duì)那些可能需要附加的過程控制的部件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)的特殊產(chǎn)品或設(shè)計(jì)特性的分級(jí)；也可用于突出高優(yōu)先度的失效模式以進(jìn)行工程評(píng)定。6.3.15失效的潛在起因/機(jī)理：盡可能地列出可歸結(jié)到每一失效模式的每一件潛在起因。起因列出的方式應(yīng)有利于有針對(duì)性對(duì)起因采取補(bǔ)救的努力。6.3.16頻度：描述出現(xiàn)的可能性的級(jí)別數(shù)具有相對(duì)意義，而不是