【正文】 識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是由于傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。因此，國外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，美國1996年—2002年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為（27～30）％。 目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)集中表現(xiàn)為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡(jiǎn)化電路，與應(yīng)用整機(jī)相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的目標(biāo)。如日本費(fèi)加羅公司推出了檢測(cè)（～10）10－6硫化氫低功耗氣體傳感器，美國IST提供了壽命達(dá)10年以上的氣體傳感器，美國FirstAlert公司推出了生物模擬型（光化反應(yīng)型）低功耗CO氣體傳感器等。二是增強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展MEMS技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)適用的變送器和智能型傳感器。如美國GeneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實(shí)現(xiàn)了智能化；還有前已涉及的美國IST公司的具有微處理器的“MegaGas”傳感器實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。氣敏元件傳感器作為新型敏感元件傳感器在國家列為重點(diǎn)支持發(fā)展的情況下，國內(nèi)已有一定的基礎(chǔ)。其現(xiàn)狀是： （1）燒結(jié)型氣敏元件仍是生產(chǎn)的主流，占總量90％以上；接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產(chǎn)基礎(chǔ)和能力；電化學(xué)氣體傳感器有了試制產(chǎn)品。 （2）在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以及制作表面催化反應(yīng)層和修隔離層等工藝，使燒結(jié)型元件由廣譜性氣敏發(fā)展成選擇性氣敏；在結(jié)構(gòu)方面研制了補(bǔ)償復(fù)合結(jié)構(gòu)、組合差動(dòng)結(jié)構(gòu)以及集成化陣列結(jié)構(gòu)；在氣敏材料方面SnO2和Fe2O3材料已用于批量生產(chǎn)氣敏元件，新研究開發(fā)的Al2O3氣敏材料、石英晶體和有機(jī)半導(dǎo)體等也開始用于氣敏材料。 （3）低功耗氣敏元件（如一氧化碳，甲烷等氣敏元件）已從產(chǎn)品研究進(jìn)入中試。 （4）國內(nèi)氣敏元件傳感器產(chǎn)量已超過“九五”初期的400萬支。產(chǎn)量超過20萬支的主要廠家有5家，黑龍江敏感集團(tuán)、太原電子廠、云南春光器材廠、天津費(fèi)加羅公司（合資）、北京電子管廠（特種電器廠），其中前四家都超過100萬支，據(jù)行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，1998年全國氣敏元件總產(chǎn)量已超過600萬支?？偟目磥恚覈鴼饷粼鞲衅骷捌鋺?yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國外先進(jìn)水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距，與日本比較仍要落后10年。（1）超聲波技術(shù)超聲原理測(cè)量氣體濃度是近10年來隨著電子技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新技術(shù)，同時(shí)具有測(cè)量范圍寬、精度高、無節(jié)流、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。超聲波技術(shù)是利用超聲波在某種氣體中的傳播速度與當(dāng)前氣體溫度和氣體性質(zhì)的關(guān)系，通過測(cè)量超聲波在氣體中的傳播速度以及氣體溫度，進(jìn)而推算出氣體的大概濃度。超聲波技術(shù)測(cè)量氣體濃度克服了傳統(tǒng)氣體檢測(cè)方法的缺點(diǎn)。在大流量、大管徑的氣體濃度檢測(cè)方面，完全可以適應(yīng)未來工業(yè)生產(chǎn)中的高精度測(cè)量。目前，影響該技術(shù)測(cè)量精度的因素主要是工作環(huán)境的差異，極易受到周圍壓力、溫度、濕度等因素的影響。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必須采用補(bǔ)償措施，盡量減小誤差，以此來保證測(cè)量精度。（2）氣敏法在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過將被測(cè)氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出。根據(jù)被測(cè)氣體的種類，其分析方法也不同。氣敏技術(shù)主要應(yīng)用于氣敏傳感器檢測(cè)氣體的濃度。氣敏元件性能與敏感功能材料的種類、結(jié)構(gòu)以及制作工藝密切相關(guān)。其中采用金屬氧化敏感材料制作的半導(dǎo)體氣敏元件具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)。但是采用氣敏法檢測(cè)氣體濃度也存在不足。由于在氣體檢測(cè)儀中一般將氣敏元件與標(biāo)準(zhǔn)元件組成測(cè)量電橋電路，所以電橋電路的非線性以及電橋供電電壓的大小會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生很大的影響。除此之外，在檢測(cè)時(shí)還需要考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度、空氣擾動(dòng)等因素，為此必須采取補(bǔ)償電路等措施。該方法適合對(duì)測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)所。（3）光干涉法光干涉法是利用光的折射率與被測(cè)氣體的含量有關(guān)來檢測(cè)氣體濃度的。當(dāng)被測(cè)氣體的氣室與空氣室同時(shí)充入空氣時(shí)，如果兩束光所經(jīng)過的光程相同，則干涉條紋不產(chǎn)生移動(dòng)。如果改變氣室中被測(cè)氣體的成分、溫度或壓力，折射率會(huì)發(fā)生改變，光程也隨之改變，干涉條紋從而發(fā)生移動(dòng)。而當(dāng)兩氣室溫度和壓力相等時(shí)，干涉條紋的移動(dòng)量與氣體濃度成正比，只要測(cè)得移動(dòng)量，便可測(cè)得氣體溫度。在采用光干涉法對(duì)氣體溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必須考慮到周圍測(cè)量環(huán)境的影響，如溫度、濕度、壓力等。（4）被動(dòng)檢氣管法在檢氣管內(nèi)的惰性載體上涂漬對(duì)被測(cè)氣體有效的顯色劑，氣體通過檢氣管端口擴(kuò)散進(jìn)入管內(nèi)，在經(jīng)過惰性載體時(shí)，與惰性載體上的顯色劑發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生顏色的變化。檢氣管顯色長(zhǎng)度的平方與被測(cè)氣體濃度及采樣時(shí)間的乘積存在一定的線性關(guān)系，從而求出環(huán)境中氣體的時(shí)間加權(quán)濃度。被動(dòng)檢氣管法與傳統(tǒng)的方法相比較，檢氣管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分析快速、操作方便，并且不受被測(cè)環(huán)境的空間大小、有無電源的影響；攜帶非常方便，利于外出測(cè)定和大面積布點(diǎn)測(cè)定；使用后的載體以及主要顯色劑可以進(jìn)行回收循環(huán)利用，不產(chǎn)生環(huán)境污染。一般情況下，被測(cè)氣體的溫度、風(fēng)速、濕度等外部因素對(duì)測(cè)定無明顯影響。除上述介紹的4種非光學(xué)氣體濃度檢測(cè)法外，還有熱催化法、色譜分析法等非光學(xué)分析法。在光學(xué)分析中，主要基于光譜學(xué)，利用光和大氣污染分子相互作用的特性進(jìn)行檢測(cè)，具有大范圍、高組分、連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)的特點(diǎn)，已成為氣體濃度檢測(cè)的理想工具。主要有差分吸收光譜技術(shù)、傅里葉變換紅外光譜技術(shù)、可調(diào)諧激光二極管激光吸收光譜技術(shù)、差分吸收激光雷達(dá)和拉曼散射激光雷達(dá)技術(shù)等等。 單片機(jī)與PC機(jī)串行通信研究背景和意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PC機(jī)以其優(yōu)越的性價(jià)比和豐富的軟件資源成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的主流機(jī)種。單片機(jī)自誕生以來以其性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、功能強(qiáng)大，在智能儀器、工業(yè)裝備以及日用電子消費(fèi)品中得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代化集中管理需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、制表、打印、繪圖、報(bào)警等,同時(shí)，又要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，完成各種規(guī)定操作，達(dá)到集中管理的目的。由于單片機(jī)的計(jì)算能力有限，難以進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。因此在功能比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，通常以PC機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)為下位機(jī)，由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集及對(duì)裝置的控制，而由上位機(jī)完成各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理及對(duì)單片機(jī)的控制，二者結(jié)合，使得單片機(jī)的應(yīng)用已不僅僅局限于傳統(tǒng)意義上的自動(dòng)監(jiān)測(cè)或控制，而形成了向以網(wǎng)絡(luò)為核心的分布式多點(diǎn)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。在一般的利用PC機(jī)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制的場(chǎng)合，采用Windows作為上位機(jī)的平臺(tái)，其優(yōu)點(diǎn)是界面友好，編程和操作都比較容易。因此研究PC機(jī)與單片機(jī)串行通信具有重要的現(xiàn)實(shí)及工業(yè)意義。本論文主要完成氣體濃度測(cè)試儀軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：A/D轉(zhuǎn)換程序、超標(biāo)報(bào)警、鍵盤檢測(cè)控制、數(shù)據(jù)顯示、串口通信程序等。本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心，以實(shí)現(xiàn)氣體濃度測(cè)試儀的基本控制功能。系統(tǒng)主要功能內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)信號(hào)采集濾波、開始測(cè)量、超標(biāo)報(bào)警、鍵盤檢測(cè)控制、串口通信、PC機(jī)處理數(shù)據(jù)等。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用功能模塊化的設(shè)計(jì)思想，本論文內(nèi)容分為以下幾個(gè)章節(jié)：設(shè)計(jì)器件簡(jiǎn)介和選擇；硬件的設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試。并利用Proteus Professional單片機(jī)仿真軟件對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的顯示模塊進(jìn)行仿真調(diào)試。第2章 方案器件簡(jiǎn)介硬件設(shè)計(jì)部分主要包括：MCU、A/D、LCD、電源電平轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)據(jù)選擇器等芯片的選擇，以下做一些器件的比較。 MCU簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集以及控制部分以單片機(jī)為核心。我們選擇單片機(jī)STC89C52為控制核心，主要基于考慮STC89C52低功耗、超低價(jià)高速度、高可靠、超強(qiáng)抗靜電，超強(qiáng)抗干擾、無法解密等優(yōu)點(diǎn)。此外，其8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器，512字節(jié)RAM對(duì)于本系統(tǒng)的程序大小而言，已基本夠用。STC89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，STC89C5X可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。同時(shí)STC89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)本。STC單片機(jī)有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。STC89C52單片機(jī)引腳功能圖如圖21所示:VCC:電源電壓VSS:即地XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。圖21單片機(jī)引腳圖P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問器件激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口：P1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。（）和輸入()。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。表21為 。 表21引腳號(hào)功能特性T2： 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入，時(shí)鐘輸出T2EX： 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2捕獲重裝載觸發(fā)和方向控制 P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，同時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（IIL）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3口：P3口時(shí)一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入1時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表22所示。此外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程器件，改引腳還用于輸入編程脈沖（ ）。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位復(fù)位，可禁止ALE操作。該位置復(fù)位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。 ：程序儲(chǔ)存允許（）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)89C5X單片機(jī)由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在次期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。 /VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 端狀態(tài)。如 端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上＋12V的編程允許電源Vpp,當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。表22 P3口的第二功能 端口引腳具體第二功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）（外中斷0）（外中斷1）T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介實(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)換具有速度快，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)數(shù)模轉(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。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05V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。鑒于其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，所以在本設(shè)計(jì)中采用ADC0832作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器件。其具體特點(diǎn)如下： 8位分辨率； 雙通道A/D轉(zhuǎn)換； 輸