【正文】 ............... 31 電機排風程 序設計 .............................................................................................. 32 小結 ...................................................................................................................... 32 第 5 章 系統(tǒng)調試 ............................................................................................................. 33 電氣接線檢查 ...................................................................................................... 33 軟件調試 .............................................................................................................. 33 畢業(yè)論文 IV 性能分析 .............................................................................................................. 34 結 論 ................................................................................................................................. 35 參 考 文 獻 ....................................................................................................................... 36 附錄 A 硬件設計圖 ............................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 附錄 B 系統(tǒng)程序 .............................................................................................................. 38 畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒論 設計背景 一氧化碳 (CO)是一種無色、無味、無臭、有爆炸性、有劇毒的氣體，是主要的大氣污染氣體之一，來源于碳基燃料的不完全燃燒 。 城市大氣環(huán)境中的一氧化碳主要來 源于燃煤和機動車尾氣排放。全世界每年人為排放的一氧化碳總量有幾億噸，其中一半以上來自汽車尾氣排放。在大多數(shù)城市地區(qū)，交通運輸車輛排放的一氧化碳占其總排放 90%以上，雖然目前許多國家對一氧化碳的排放采取了越來越嚴格的限制措施，但是機動車數(shù)目以及行駛里程的迅猛增長卻使一氧化碳的污染問題日益嚴重。 在焦爐煉焦的過程中，產生大量的煤氣。由于煤氣是工業(yè)生產及生活的重要能源，隨著生產的發(fā)展，煤的生產、運輸和使用范圍越來越廣，用量越來越大。煤氣的主要成分為一氧化碳，比重為 ，與空氣基本相當，故不易擴散而在一定區(qū)域聚 集，如達 到一定濃度易引起爆炸。一氧化碳氣體無色、無味，不易被人發(fā)覺，所以一氧化碳所引起的傷亡事故很多。 作為一種劇毒性氣體，一氧化碳最重要的危害就是污染大氣，影響人體健康。當空 氣中含量為 %，就會引起中毒，如果含量大于 1%，有可能致人死亡。致毒的原因是一氧化碳與人體血液中的血紅蛋白發(fā)生加合作用，生成羰合血紅蛋白，使血紅蛋白失去輸氧能力，阻礙氧從血液向心肌、腦組織的供應，使人體缺氧，嚴重時可使人窒息。當 大氣中一氧化碳達到一定濃度時，心肌梗塞患者發(fā)病率增高，當濃度達到某一更高濃度時，嚴重心臟病人就會死亡。 可見，對生活、工作環(huán)境以及工業(yè)生產環(huán)境中的一氧化碳實施及時、準確而有效的檢測與報警，是一個與人類生態(tài)和工作環(huán)境密切相關的重要問題。 一氧化碳 檢測儀的種類 人們對 CO的檢測最初采用氣體檢測管測定。氣體檢測管起源于美國， 1919年哈佛大學發(fā)明了第一支 CO氣體檢測管。隨著檢測管技術的目臻完善，其應用范圍也在不斷擴大，由最初的定性檢測一種氣體發(fā)展成為現(xiàn)在可定性定量檢測分析幾百種氣體?，F(xiàn)在氣體檢測管可以廣泛應用于礦井、化工、冶金、地質等領域。到目前為止，畢業(yè)論文 2 氣體檢測管法仍是氣體快速檢測的一種重要方法。隨著靈敏度更 高的檢測方法的出現(xiàn)，氣體檢測管法逐漸被光譜法、電化學和化學傳感器法等所代替。 根據(jù)檢測原理的不同，目前 CO的檢測方法有電化學傳感器法、化學傳感器法 (催化可燃氣體傳感器、固態(tài)傳感器 )和紅外吸收光譜法四種。下面對這四種檢測方法的優(yōu)缺點進行比較： (1)電化學氣體傳感器： 該傳感器最顯著優(yōu)點是功耗小，但對目標氣體有一定的選擇性；缺點是容易受雜質氣體干擾，且電化學氣體傳感器需定期標定。 (2)催化可燃氣體傳感器： 適用于大多數(shù)烴類的氣體檢測，穩(wěn)定好；缺點是催化劑易中毒而使傳感器失效；選擇性差。 (3)固態(tài)傳感器： 結構簡單，壽命長；可檢測多種氣體；不能用于泄漏氣體的檢測；定標困難。 (4)紅外吸收光譜法： 紅外吸收光譜法具有測量精度高、靈敏度高、響應速度快、適用范圍廣、測量范圍大等諸多優(yōu)點，且所用設備穩(wěn)定性高、可靠性好，即可實現(xiàn)快速檢測，又可進行連續(xù)監(jiān)測，所以倍受人們關注。 由此可見，前面提到的前三種傳感器探測范圍小，探頭容易中毒老化，不能有效地進行大空間的可燃氣體的安全監(jiān)控，因此三者均不是最理想的 CO檢測方式。目前國內只有少量的 CO檢測報警儀使用于現(xiàn)場，特別是在煤礦井下顯得更加落后，大部分煤礦采用人工井下采樣、地 面分析化驗的方法，甚至還有采用檢測管檢測的方法。井下缺少對 CO的安全監(jiān)測儀器，難以適應工作面的推進及新工作面的開拓。也很難滿足煤礦井下采空區(qū)、火區(qū)密閉區(qū)等具有高濃度 CO監(jiān)測的需要。 隨著紅外檢測技術的發(fā)展， CO 紅外吸收檢測越來越受到人們的重視。從監(jiān)測技術的發(fā)展趨勢來看，光譜學技術是最具發(fā)展前途的污染氣體監(jiān)測方法，其代表性的監(jiān)測方法就是非分散紅外吸收法和調諧二極管激光吸收光譜方法。 本設計提出的就是采用點調制 非分散紅外吸收法 （ NDIR）氣體成分分析技術檢測一氧化碳氣體的方法，該方法提高了檢測精度，大大降低了檢測 儀的尺度和功耗，延長了電池供給時間，體畢業(yè)論文 3 積和功耗的有效降低。 研究內容及預期目標 本課題設計主要完成一氧化碳 監(jiān)控系統(tǒng) 軟件和硬件設計，設計內容包括： A/D 轉換器程序、控制程序、超標報警、鍵盤檢測、數(shù)據(jù)顯示開關信號，電機排風等。 主要功能內容包括：數(shù)據(jù)處理、時間設置、開始測量、超標報警、鍵盤檢測、自動休眠，儀器若不進行測量操作， 5 分鐘后自動進入休眠模式，以降低電源消耗。 其設計方案基于 AT89C52 單片機，選擇瑞士蒙吧波公司的 CO/CF1000 一氧化碳傳感器。系統(tǒng)將傳感器的標準信號通過 AD0832 為核心 的 A/D 轉換電路調理后，經由單片機進行數(shù)據(jù)處理，由 LCD 顯示一氧化碳濃度值，最后再由開關信號通過電機排風系統(tǒng)進行控制一氧化碳的濃度。 課題總體設計 本課題擬采用單片機為控制核心，以實現(xiàn)一氧化碳 監(jiān)控系統(tǒng) 的基本控制功能。本課題擬采用功能模塊化的設計思想，系統(tǒng)主要分為總體方案設計、硬件和軟件的設計三大部分?？傇O計方案分為以下幾個步驟： （ 1）硬件系統(tǒng)電路的設計； （ 2）軟件系統(tǒng)主程序及其相關子程序的編寫； （ 3）系統(tǒng)電路及軟件的調試。 畢業(yè)論文 4 第 2 章 主芯片的選型及最小系統(tǒng)設計 主控芯片選型 單片機全 稱為單片微型計算機 (Single Chip Microputer)，又稱微控制器 (Micro Controller Unit)或嵌入式控制器 (Embedded Controller)。它是將計算機的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計算機，通常片內都含有 CPU、 ROM、 RAM、并行 I/O、串行 I/O、定時器 /計數(shù)器、中斷控制、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。隨著單片機技術的發(fā)展，其功能越來越強大。它在芯片內集成了許多面對測控對象的接口電路，如 ADC、DAC、 PWM、高速 I/O口等，并朝著 SoC(片上系統(tǒng) )方 向發(fā)展。 單片機主要面對的是測控對象，突出的是控制功能。所以在設計生產時，其功能和形態(tài)都是針對控制領域的應用要求的。它是以單芯片形態(tài)作為嵌入式應用的計算機。它有唯一的、專門為嵌入式應用而設計的體系結構和指令系統(tǒng)。又因為它的芯片級體積的優(yōu)點和在現(xiàn)場環(huán)境下高速可靠運行的特點，因此單片機又稱為嵌入式微控制器。在國內，還是普遍稱其為單片機。把它理解為一個單芯片形態(tài)的微控制器，一個典型的嵌入式應用計算機系統(tǒng)。根據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界嵌入式處理器的品種數(shù)量已經超過 1000多種，流行體系結構有 30幾個系列，其中 8051體系 的占有多半。生產 8051單片機的半導體廠家有 20多個，共 350多種衍生產品。 單片機的優(yōu)點顯著，如體積小、功耗低、功能強、編程簡單、性價比高等。目前使用單片機實現(xiàn)自動檢測技術正以其速度快、精度高、功能齊全、操作簡便等特點而得到越來越廣泛的應用，成為甲烷濃度檢測的一個發(fā)展方向。 按單片機內部數(shù)據(jù)通道的寬度，可分為 4 位、 8 位、 16 位及 32 位單片機。 MCS51單片機就是常用的單片機系列，它是美國 Intel 公司于 1980 年推出的一種 8 位單片機系列。近年來 C51 獲得了飛速的發(fā)展， C51 的發(fā)源公司 Intel 由于忙于開 發(fā) PC 及高端微處理器而無精力繼續(xù)發(fā)展自己的單片機。因為其優(yōu)越的性能和完善的結構，導致后來的許多廠商多沿用或參考了其體系結構，將其發(fā)展起來，最典型的是 PHILIPS和 ATMEL 公司， PHILIPS 公司主要是改善其性能，在發(fā)展 C51 的低功耗，高速度和增強型功能上作了不少貢獻。并在原來的基礎上發(fā)展了高速 I/O 口， A/D 轉換器，PWM(脈寬調制 )、 WDT 等增強功能，并在低電壓、微功耗、擴展串行總線 (I2C)和控畢業(yè)論文 5 制網絡總線 (CAN)等功能加以完善。 ATMEL 公司推出的 AT89Cxx 系列兼容 C51 的單片機，完美地將 Flash(非易失閃存技術 )EEPROM 與 80C51 內核結合起來，仍采用 C51的總體結構和指令系統(tǒng)， Flash 的可反擦寫程序存儲器能有效地降低開發(fā)費用，并能使單片機作多次重復使用。所以， C51 單片機系列是一個兼容性強，實用性好，并且有廣闊發(fā)展前景的單片機系列。 MCS51 具有比較大的尋址空間，地址線寬達 16 條，即外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址范圍達 64kB，這作為單片機控制來說已是比較大的，這同時具備對 I/O 口的訪問能力。此外， MCS51 采用模塊化結構，可方便地增刪一個模塊就可引腳和指令兼容的新產品。從而容 易使產品形成系列化。 由于 MCS51 集成了幾乎完善的 8 位中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機及各種邏輯運算和轉移指令，這給應用提供了極大的便利。 本系統(tǒng)采用 AT89C52 單片機。而目前世界上較為著名的 8 位單片機的生產廠家和主要機型如下： 美國 Intel 公司： MCS— 51 系列及其增強型系列； 美國 Motorola 公司： 6801 系列和 6805 系列； 美國 Atmel 公司： 89C51 等單片機； 美國 Zilog 公司： Z8 系列及 SUPER8； 美國 Fairchild 公司： F8 系列和 3870 系列； 美國 Rockwell 公司： 6500/1 系列； 美國 TI（德克薩司儀器儀表）公司： TMS7000 系列； NS（美國國家半導體）公司： NS8070 系列等等。 盡管單片機的品種很多，但是在我國使用最多的還是 Intel 公司的 MCS— 52 系列單片機和美國 Atmel 公司的 89C52 單片機。 MCS— 51 系列單片機包括三個基本型 803 805 8751。 本系統(tǒng)采用 AT89C52 單片機為控制核心。而相比之下 52 型功能更為強大， ROM和 RAM 存儲空間更大， 52 還兼容 51 指 令系統(tǒng)。基于本系統(tǒng)設計內容的需要，綜合考慮后， 本文 選擇單片機 ATME 公司的 AT89C52 為控制核心；主要基于考慮 AT89C52是一個低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內含 8KB 的可反復擦寫的 Flash 只讀程畢業(yè)論文 6 序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）、 6 個中斷源；時鐘頻率 0～24MHz；器件采用高密度、非易失性存儲技術生產，并兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，功能強大。 AT8