【正文】 U D C： D10621408（ 2020） 07190 密 級(jí)：公 開 編 號(hào)： 2020023018 成都信息工程學(xué)院 學(xué)位論文 室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 論文作者姓名： 申請(qǐng)學(xué)位專業(yè)： 生物醫(yī)學(xué)工程 申請(qǐng)學(xué)位類別： 工學(xué)學(xué)士 指導(dǎo)教師姓名（職稱）： 論文提交日期： 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作 及取得的研究成果。本人授權(quán)成都信息工程學(xué)院可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 目前，居室內(nèi)空氣質(zhì)量問(wèn)題主要來(lái)自兩個(gè)方面：一方面是由于房屋裝修、玩具、殺蟲噴霧劑等帶來(lái)的有害氣體，如甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物 （ VOCs：包含苯系物）等致癌物質(zhì)；另一方面，是人們?nèi)粘Ｉ钪杏捎诖中幕蛟O(shè)備故障引起的諸如水煤氣、天然氣、液化石油氣之類的有害氣體泄露，給人體帶來(lái)危害。 通過(guò)安裝調(diào)試， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)甲醛、甲苯、水煤氣、天然氣、液化石油氣濃度的監(jiān)測(cè)、顯示以及超限及時(shí)報(bào)警等功能 ,達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果 。s health and property. This paper first analyzes the sources of indoor air formaldehyde, toluene and other volatile anic pounds and their impact on human health and the safety hazards that household gas leak caused。 indoor harmful gas。尤其到了夏季， 30℃ 或以上時(shí)，裝修材料 、家具等釋放出的有毒氣體增多，室內(nèi)污染相對(duì)較重，由此而造成的心腦血管疾病激增，突發(fā)癥狀以中風(fēng)、常見的半身不遂、口眼歪斜為多。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《居室空氣中甲醛的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：居室空氣中甲醛的最高允許濃度為(=60ppb）， WHO 提出的甲醛氣體濃度室內(nèi)環(huán)境指導(dǎo)限值為 mg/m3(=74ppb） [1]。血液中血紅蛋白與一氧化碳的結(jié)合能力比與氧的結(jié)合能力要強(qiáng)２００多倍，而且，血紅蛋白與氧的分離速度卻很慢。所以，如果能夠及時(shí)測(cè)試到這些氣體的濃度超過(guò)正常狀態(tài)，并報(bào)警提醒人們做出一定措施，那么很多家庭災(zāi)難是可以 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 2 避免的。 國(guó)內(nèi)外 應(yīng)用與研究 現(xiàn)狀 在測(cè)試甲醛、甲苯等害氣體方面，國(guó)外比較出名的有：美國(guó) interscan 公司生產(chǎn)的 型甲醛分析儀、美國(guó) ESC 公司生產(chǎn)的 甲醛檢測(cè)儀、英國(guó) PPM公司生產(chǎn)的 PPM40 甲醛檢測(cè)儀；國(guó)內(nèi)的有：江蘇安普電子工程有限公 司生產(chǎn)的400 型甲醛分析儀、北京賓達(dá)綠創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的甲醛測(cè)定儀 、長(zhǎng)春吉大小天鵝有限公司生產(chǎn)的全自動(dòng)室內(nèi)空氣甲醛、氨測(cè)定儀等。目前國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的設(shè)計(jì)差異主要集中在監(jiān)測(cè)傳感器和控制單片機(jī)芯片的選用，操作方面國(guó)外的產(chǎn)品操作界面方便，功能更加完備 [3]。達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)的有毒氣體的 目的。這樣，系統(tǒng)在家人還沒有發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)到來(lái)之前就能夠進(jìn)行相關(guān)的提示操作，避免一定的危險(xiǎn)事故的發(fā)生，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)報(bào)警實(shí)現(xiàn)未卜先知的目的。 第二章 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本章介紹了本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方案。 第六章 總結(jié)， 對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 GND：接地。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出 其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /EA/VPP ：當(dāng) /EA 保 持 低 電 平 時(shí) ， 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 led 數(shù)碼管常用段數(shù)一般為 7 段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于 3 位 “+1”型。 LED 數(shù)碼管廣泛用于儀表 ，時(shí)鐘，車站，家電等場(chǎng)合。 總 PCB 圖如下： 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 11 圖 39 總 PCB 圖 電源模塊及聲光報(bào)警模塊 蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用 直流電壓 供電，廣泛應(yīng)用于 計(jì)算機(jī) 、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、 電子玩具 、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、 定時(shí)器 等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲 器件 。當(dāng)接通 電源 后（ ~15V直流工作電壓） ,多諧振蕩器起振 ,輸出 ~ 的 音頻信號(hào) ，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。 圖 315 MQ2 氣體傳感器模塊實(shí)物圖 簡(jiǎn)要說(shuō)明： 尺寸：長(zhǎng) 32mm *寬 22mm *高 27mm 長(zhǎng) X 寬 X 高 主要芯片： LM39 ZYMQ2 氣體傳感器 工作電壓：直流 5 伏 特點(diǎn)： （ 1）具有信號(hào)輸出指示。 （ 6）具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 （ 7）快速的響應(yīng)恢復(fù)特性 其原理圖如下： 圖 316 MQ2 氣體傳感器模塊電路圖 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 15 MQ2 一氧化碳傳感器模塊 MQ7 一氧化碳傳感器 MQ7 氣體傳感器的氣敏材料， 是用在清潔空氣中電導(dǎo)率低的二氧化錫（ SnO2） 。 其結(jié)構(gòu)和外形如圖： 圖 317 MQ7 一氧化碳傳感器外形圖 圖 318 MQ7 一氧化碳傳感器結(jié)構(gòu)圖 MQ7 一氧化碳傳感器模塊 下圖為 MQ7 一氧化碳傳感器模塊實(shí)物圖： 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 16 圖 319 MQ7 一氧化碳傳感器模塊實(shí)物圖 簡(jiǎn)要說(shuō)明： 尺寸： 長(zhǎng) 32mm *寬 22mm *高 27mm 主要芯片： LM39 MQ7 氣體傳感器 工作電壓 ：直流 5 伏 特點(diǎn)： （ 1） 具有信號(hào)輸出指示。 （ 6） 具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 其原理圖如下： 圖 320 MQ7 一氧化碳傳感器模塊電路圖 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 17 MQ138 醛、酮、醇類氣體傳感器模塊 MQ138 醛 、 酮 、 醇類氣體傳感器 MQ138 醛 、 酮 、 醇類氣體傳感器 使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 (SnO2)。是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。在制作第三塊電路板時(shí)汲 取了前兩塊電路板的失敗經(jīng)驗(yàn)，所做出的電路板工作正常。 通過(guò)調(diào)試，電路板無(wú)斷線，焊盤未脫落。實(shí)物圖如下： 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 22 圖 329 調(diào)試傳感器模塊電路圖 打 開電腦，打開 Uvision 軟件編寫調(diào)試程序，利用 if 語(yǔ)句使系統(tǒng)能夠達(dá)到當(dāng)有害氣體的測(cè)試濃度大于設(shè)定濃度時(shí)，單片機(jī) 口輸出低電平將 LED 排燈點(diǎn)亮。軟件和硬件在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是相輔相成關(guān)系，硬件的結(jié)構(gòu)決定著軟件的算法，軟件特定的算法處理也決定了硬件的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)在一般狀態(tài)下能正常運(yùn)行，進(jìn)入低功耗模式后同樣能正常實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能，這一點(diǎn)對(duì)軟件設(shè)計(jì)是一個(gè)考驗(yàn)。首先對(duì)整個(gè)程序初始化，通過(guò)按鍵選擇工作模式后，在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的工作模式，延時(shí)過(guò)后在數(shù)碼管上顯示目前的空氣質(zhì)量狀態(tài)，默認(rèn)為GOOD，當(dāng)傳感器模塊檢測(cè)到有害氣體時(shí)，數(shù)碼管顯示 BAD，同時(shí)激活 聲光報(bào)警系統(tǒng)，檢測(cè)外部中斷按鍵，通過(guò)外部中斷按鍵來(lái)選擇警報(bào)模式，最后通過(guò)復(fù)位按鍵關(guān)閉警報(bào)并初始化系統(tǒng)。系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)首先定義數(shù)碼管顯示碼以及管腳接口；初始化之后調(diào)用選擇函數(shù)，利用 while 循環(huán)語(yǔ)句判斷 選擇按鍵是否按下。 具體程序代碼如附錄。 首先將 STC_ISP_V483 這個(gè)串口通信軟件打開，選擇打開程序文件選項(xiàng)，找到需要錄入單片機(jī)的 hex 文件，選擇下載選項(xiàng)， 點(diǎn)擊后給單片機(jī)上電復(fù)位，等待信息框中顯示已下載成功，說(shuō)明程序已經(jīng)錄入單片機(jī)。 6 結(jié)論 全文總結(jié) 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)有毒害氣體、易燃易爆氣體濃度，如果實(shí)測(cè)濃度超限，則及時(shí)進(jìn)行聲 光報(bào)警。同時(shí)，通過(guò)對(duì) 51 單片機(jī)的硬件安裝和軟件編寫等操作，使我更加熟悉 51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作方式，并且更加熟悉硬件的安裝流程及軟件的編寫規(guī)范和語(yǔ)法，對(duì)我以后參加工作有很大的 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 28 幫助。 可以考慮將濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與室內(nèi)換氣系統(tǒng)連接，這樣就不僅做到了氣體監(jiān)測(cè)和警報(bào)，還做到了對(duì)有害氣體及時(shí)處理，使整個(gè)室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)更加完善。 //按鍵消抖 while(s1==0)。 //調(diào)用顯示函數(shù) delay(500)。 while(s2==0)。 delay(500)。 while(s3==0)。 delay(500)。 //如果是則調(diào)用顯示函數(shù) if(flag==0) //判斷中斷標(biāo)志位 flag { CHOO=0。 //關(guān)閉 LED } else if(flag==2) { 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 33 CHOO=0。 //關(guān)閉 LED BELL=1。 } else if(flag==1) { BELL=0。 } } 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 34 else { display(tab4)。 if(flag==0) { GASO=0。 } else if(flag==2) { GASO=0。 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 35 BELL=1。i4。 //送位碼 delay(50)。 //調(diào)用選擇函數(shù) while(1) { if(flag1==1) //判斷標(biāo)志位 flag1 { CHO()。 if(flag==3) //判斷 flag是否為 3 { flag=0。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。 （保密論文在解密后遵守此規(guī)定） 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 第 頁(yè) 共 36 頁(yè) 39 致 謝 時(shí)間飛逝，大 學(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過(guò)去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績(jī)的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析問(wèn)題的能力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等方方面面都有很大的進(jìn)步。郭謙功老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。 另外，我還要感謝大學(xué)四年和我 一起走過(guò)的同學(xué)朋友對(duì)我的關(guān)心與支持，與他們一起學(xué)習(xí)、生活，讓我在大學(xué)期間生活的很充實(shí)，給我留下了很多難忘的回憶。再次對(duì)周巍老師表示衷心的感謝。沒有他們的幫助，我將無(wú)法順利完成這次設(shè)計(jì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。 作者簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日