【正文】 1 摘 要 本文研究設(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)警功能的甲醛智能測(cè)試儀。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/S10甲醛傳感器。系統(tǒng)將傳感器輸出的 4~20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過(guò)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(guò)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(guò)程。系統(tǒng)對(duì)于采樣地點(diǎn)超出規(guī)定的甲醛容許濃度時(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(guò)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 010ppm,精度為 。 關(guān)鍵詞 : 甲醛檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，硬件電路，軟件設(shè)計(jì)， A/D轉(zhuǎn)換器，AT89C52 單片機(jī) 2 目 錄 第１章 緒論 ........................................................ 3 引言 ........................................................ 3 第２章 概述 ........................................................ 4 系統(tǒng)總概述 ................................................... 4 總體方案設(shè)計(jì) ................................................. 4 硬件設(shè)計(jì) ..................................................... 5 軟件設(shè)計(jì) ..................................................... 5 硬件結(jié)構(gòu)框圖 ............................................. 5 軟件結(jié)構(gòu)框圖 ............................................. 5 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) ................................................... 6 硬件選擇 ............................................... 6 MCU 的選擇與簡(jiǎn)介 ........................................ 6 單片機(jī)最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) .................................... 8 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ........................................... 14 模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇與簡(jiǎn)介 ................................... 15 按鍵選擇與簡(jiǎn)介 .......................................... 17 外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器 ......................................... 18 時(shí)鐘芯片選擇與簡(jiǎn)介 ..................................... 19 上拉電阻 ............................................... 21 液晶顯示器簡(jiǎn)介。 ....................................... 21 報(bào)警電路 ................................................ 24 硬件仿真環(huán)境介紹 ........................................ 25 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) .................................................. 27 編寫(xiě)語(yǔ)言的選擇 .............................................. 27 編譯軟件介紹 ............................................... 27 主程序模塊 .................................................. 31 模數(shù)轉(zhuǎn)換 .................................................... 32 按鍵模塊 .................................................... 32 時(shí)鐘模塊 .................................................... 33 液晶顯示模塊 ................................................ 33 第 5 章 系統(tǒng)仿真 ................................................. 34 第 6 章 結(jié)束語(yǔ) ................................................... 36 致 謝 ....................................................... 37 參考文獻(xiàn) ..................................................... 38 附錄 ........................................................ 39 3 第１章 緒論 引言 甲醛的特性及危害 甲醛是一種無(wú)色，有強(qiáng)烈刺激性氣味的氣體。化學(xué)式（ HCHO ）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 ℃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(guó)有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單中甲醛列居第二位。 甲醛的來(lái)源 ，如膠合板、細(xì)木工板、高密度板、刨花板。這些板材中甲醛起膠合劑、防腐劑的作用，主要用于加強(qiáng)板材的硬度、防蟲(chóng)、防腐。板材中殘留的和未參與反應(yīng)的甲醛逐漸向周圍環(huán)境釋放，是室內(nèi)空氣中甲醛的主要來(lái)源。 ，廠家為了追求利潤(rùn)使用不合格的板材，再粘貼面材料時(shí)使用 不合格的膠水，造成家具中甲醛含量超標(biāo)。 ，如壁紙、地毯、油漆。 4 第２章 概述 本論文主要完成 甲醛檢測(cè)儀 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) 便攜式甲醛檢測(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(kāi)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。 室內(nèi)甲醛污染對(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(guò)程復(fù)雜、大多數(shù)過(guò)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)的便攜式甲醛測(cè)試儀，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，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(guò)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。由于 甲醛含量 超量的話，將對(duì)人體健康造成很大的影響。 具有 民 用價(jià)值的便攜式甲醛 檢測(cè)儀 的研制受到了人們的高度重視。 設(shè)計(jì)能夠滿足生活需要，攜帶方便的 便攜式甲醛檢測(cè)儀 迫在眉睫。針對(duì)目前的現(xiàn)狀，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵守體積小，質(zhì)量輕，性價(jià)比高的原則。 5 系統(tǒng)初始化 、 按鍵掃描顯示選擇菜單測(cè)量相關(guān)設(shè)置數(shù)據(jù)處理 顯示數(shù)據(jù)串行通信上位機(jī)軟件對(duì)數(shù)據(jù)處理AT 89 C 52LCD傳感器信號(hào)調(diào)制A / D按鍵時(shí)鐘外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器 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)。 設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)部分主要包括：編寫(xiě)語(yǔ)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(xiě)、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。 硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 圖 硬件結(jié)構(gòu)框圖 軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖 6 圖 軟件結(jié)構(gòu)框圖 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 硬件選擇 MCU 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(lái)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 7 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(shuō)來(lái)，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(wú)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(lái)也開(kāi)始出現(xiàn)了在片內(nèi)固化有 BASIC 解釋程序的單片機(jī)。 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(lái)單片微型計(jì)算機(jī)有了飛速的發(fā)展。歸納起來(lái)，它是沿著兩條路發(fā)展的： ，提高芯片的工作速度，降低工作電壓和降低功耗： 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)。另外在單片 機(jī)的應(yīng)用中，可靠性是首要因素，為了擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，提高單片機(jī)自身的可靠性是一種有效方法。近年來(lái)，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(Electrical Fast Transient)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 總之，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(lái)越高，和 inter 連接已是一種明顯的走向； ? 所集成的部件越來(lái)越多； ? 功耗越來(lái)越低； ? 和模擬電路結(jié)合越來(lái)越多。 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常 8 規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 功能及特性 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k字節(jié) Fla