【正文】 安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）快速檢測(cè)甲醛裝置的硬件設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄第１章 緒論 4 引言 4 4 5 5 6 6 6第２章 概述 7 7 7 8 硬件結(jié)構(gòu)框圖 8第3章 單片機(jī)簡(jiǎn)介 9 單片機(jī)的定義和特點(diǎn) 9 單片機(jī)的定義 9 單片機(jī)的特點(diǎn) 10 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 10 單片機(jī)的發(fā)展與趨勢(shì) 12（AT89C52） 12第4章 硬件設(shè)計(jì) 16 16 單片機(jī)最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 16 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 19 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇與簡(jiǎn)介 20 按鍵選擇與簡(jiǎn)介 23 外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器 24 時(shí)鐘芯片選擇與簡(jiǎn)介 24 液晶顯示器簡(jiǎn)介 26 硬件仿真環(huán)境介紹 28第5章 軟件設(shè)計(jì) 30 30 30 31 32 32第6章 結(jié)束語(yǔ) 33致 謝 34參考文獻(xiàn) 35附錄 36附錄一 硬件設(shè)計(jì)主電路圖 36附錄二 英文文獻(xiàn) 37附錄三 檢測(cè)主程序程序 49附錄四 ADC0832程序 54附錄五 按鍵程序 58附錄六 時(shí)鐘程序 59附錄七 液晶程序 64附錄八 主程序嵌套子程序 69第１章 緒論 引言甲醛為較高毒性的物質(zhì)，在我國(guó)有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單上甲醛高居第二位。甲醛已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)，是公認(rèn)的變態(tài)反應(yīng)源，也是潛在的強(qiáng)致突變物之一。 由于甲醛對(duì)人體的巨大危害，我國(guó)在1995年就制定了針對(duì)甲醛的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T161271995《居室空氣中甲醛的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定居室內(nèi)空氣中甲醛衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(最高容許濃度) mg/m3。所以我們對(duì)甲醛的測(cè)定是十分必要的，這同時(shí)也是對(duì)甲醛污染的控制與治理提供依據(jù)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)針對(duì)基于單片機(jī)的快速甲醛檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)；以期達(dá)到熟悉單片機(jī)、智能儀器設(shè)計(jì)的目的。 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：傳感器、放大電路、直流電源、ADC、單片機(jī)、LCD顯示器、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路、鍵盤(pán)設(shè)計(jì)，串行通信電路等。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容，必須完成電路原理圖、信號(hào)調(diào)試、性能驗(yàn)證等。 設(shè)計(jì)完成的書(shū)面材料應(yīng)包括：設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)、設(shè)計(jì)程序編寫(xiě)等；完成12000字以上的畢業(yè)論文。，有強(qiáng)烈刺激型氣味。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)。35～40％的甲醛水溶液叫做福爾馬林。福爾馬林具有殺菌和防腐能力，可浸制生物標(biāo)本，其稀溶液（％）農(nóng)業(yè)上可用來(lái)浸種，給種子消毒。 甲醛分子發(fā)生醛基生縮聚反應(yīng)，得到酚醛樹(shù)脂（電木）。甲醛是一種重要的有機(jī)原料，主要用于塑料工業(yè)/涂料/制膠（如制酚醛樹(shù)脂、脲醛塑料電玉）、合成纖維（如合成維尼綸聚乙烯醇縮甲醛）、皮革工業(yè)、醫(yī)藥、燃料等。： a. 刺激作用 甲醛的主要危害表現(xiàn)為對(duì)皮膚粘膜的刺激作用，甲醛是原漿毒物質(zhì)，能與蛋白質(zhì)結(jié)合、高濃度吸入時(shí)出現(xiàn)呼吸道嚴(yán)重的刺激和水腫、眼刺激、頭痛。 b. 致敏作用：皮膚直接接觸甲醛可引起過(guò)敏性皮炎、色斑、壞死，吸入高濃度甲醛時(shí)可誘發(fā)支氣管哮喘。 c. 致突變作用：高濃度甲醛還是一種基因毒性物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在實(shí)驗(yàn)室高濃度吸入的情況下，可引起鼻咽腫瘤。 、細(xì)木工板、中密度纖維板、刨花板等人造板材。因?yàn)榧兹┚哂休^強(qiáng)的粘合性，具有加強(qiáng)板材的硬度及防蟲(chóng)、防腐的功能，所以目前生產(chǎn)人造板使用的膠粘劑是以甲醛為主要成份的脲醛樹(shù)脂，板材中殘留的未參與反應(yīng)的甲醛會(huì)逐漸向周?chē)h(huán)境釋放，從而導(dǎo)致室內(nèi)空氣中甲醛含量超標(biāo)。 2. 來(lái)自于人造板材制造的家具，特別是一些家具生產(chǎn)廠家為求利潤(rùn)，使用不合格的板材，以及制造工藝不規(guī)范，使家具成了甲醛的排放站。 3. 來(lái)自于含有甲醛成分的其他各類(lèi)型裝飾材料，比如白乳膠、泡沫塑料、油漆和涂料等。 ，包括床上及 用品，墻布，墻紙，化纖地毯，窗簾和布藝家具。在紡織生產(chǎn)中，為了增加抗皺性能，防水性能，防火性能常加入一些含有甲醛助劑，在使用時(shí)會(huì)釋放出甲醛。目前在測(cè)定甲醛常采用以下6種檢測(cè)方法，分別是：測(cè)定工業(yè)廢氣和環(huán)境空氣中甲醛的乙酰丙酮分光光度法，本法使用與樹(shù)脂制造、涂料、人造纖維、塑料、橡膠、染料、制藥、油漆、制革等行業(yè)的排放廢氣以及做醫(yī)藥消毒、防腐、熏蒸時(shí)產(chǎn)生的甲醛蒸汽測(cè)定。測(cè)定居住區(qū)和公共場(chǎng)所空氣大氣中甲醛濃度的AHMT(4氨基3聯(lián)氮5硫基1，2，4三氮雜茂)分光光度法。適用于公共場(chǎng)所空氣中甲醛濃度的酚試劑（MBTH）分光光度法。氣相色譜法用于測(cè)定紡織品中游離甲醛含量的水萃取法。適用為游離甲醛含量為20mg/kg到3500mg/kg之間的紡織品。用于測(cè)定紡織品中釋放的甲醛含量的蒸氣吸收法。適用為游離甲醛含量為20mg/kg到3500mg/kg之間的紡織品。甲醛檢測(cè)的方法比較多，其中較常見(jiàn)的是采用試驗(yàn)紙光電光度法，即：當(dāng)甲醛氣體吹到浸有發(fā)色劑的試紙上時(shí),與浸有發(fā)色劑的TAB組合就會(huì)因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而變色。甲醛同試紙接觸后含在紙里的試藥就會(huì)同甲醛反應(yīng)生成化合物，顏色就會(huì)從白色變成黃色。變色的程度可反映出所受光的反射光量，反射光量的強(qiáng)度變化率可以作為被測(cè)氣體的甲醛含量的應(yīng)答值。預(yù)先設(shè)定檢測(cè)線，便可通過(guò)測(cè)量其反應(yīng)率來(lái)測(cè)出甲醛氣體的濃度值。在氣體的采集方面有的是采用自動(dòng)吸引式（內(nèi)藏微型氣泵），有的采用擴(kuò)散式。對(duì)于試驗(yàn)紙光電光度法來(lái)分析甲醛的濃度，它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，操作簡(jiǎn)便，測(cè)定速度快。而該方法在分析甲醛濃度時(shí)往往采用的是目視比色法，它的缺點(diǎn)是：，不能久存，經(jīng)常需要在測(cè)定的同時(shí)配制溶液，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)事。，一般相對(duì)誤差為177。5～20%。本論文設(shè)計(jì)的快速甲醛檢測(cè)裝置的工作原理是當(dāng)甲醛擴(kuò)散至傳感器內(nèi)部時(shí)，與內(nèi)部液體發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)微弱的電流信號(hào)，電流信號(hào)通過(guò)工作電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，電壓信號(hào)再經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路（這樣就可以將微弱的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以測(cè)量的穩(wěn)定的電壓信號(hào)，增強(qiáng)了電信號(hào)的穩(wěn)定性），輸出到A/D，經(jīng)過(guò)A/D采集到單片機(jī)內(nèi)，進(jìn)行信號(hào)處理，通過(guò)按鍵和LCD與操作者進(jìn)行通信。第２章 概述本次設(shè)計(jì)即是利用傳感器和單片機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醛濃度這個(gè)物理量的測(cè)量。本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心，以實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)甲醛的基本控制功能。本裝置由氣敏傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、存儲(chǔ)器、顯示器、時(shí)鐘電路、I/O電路、電源電路等組成。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)、硬件設(shè)計(jì)和仿真三大部分。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)的快速甲醛檢測(cè)裝置，并且調(diào)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)值的快速甲醛檢測(cè)裝置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，快速方便的甲醛檢測(cè)裝置迫在眉睫。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?xún)r(jià)比高的原則。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(pán)接口電路等功能模塊電路設(shè)計(jì)。 硬件結(jié)構(gòu)框圖傳感器信號(hào)調(diào)制A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)（AT89C52）外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器液晶顯示器（LCD）按鍵時(shí)鐘電路 第3章 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī)的定義和特點(diǎn) 單片機(jī)的定義 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 單片機(jī)也被稱(chēng)為微控制器（Microcontroler），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專(zhuān)用處理器發(fā)展而來(lái)。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專(zhuān)用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 早期的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開(kāi)始出現(xiàn)了16位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢(xún)r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是后來(lái)的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機(jī)迅速取代16位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過(guò)300MHz，性能直追90年代中期的專(zhuān)用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至1美元，最高端也只有10美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開(kāi)發(fā)和使用，大量專(zhuān)用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專(zhuān)用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。 單片機(jī)比專(zhuān)用處理器最適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)代人類(lèi)生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有12部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車(chē)上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過(guò)PC機(jī)和其他計(jì)算的綜合，甚至比人類(lèi)的數(shù)量還要多。 單片機(jī)的特點(diǎn) 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(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(hù)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)。 單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個(gè)范疇： 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類(lèi)型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備（功率計(jì)，示波器，各種分析儀）。 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。 可以這樣說(shuō)，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門(mén)，無(wú)所不在。 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車(chē)無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見(jiàn)的移動(dòng)電話，集群移動(dòng)通信，無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。此外，單片機(jī)在工商，金融，科研、教育，國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。 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：，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)，