【正文】 H：顯示模式設(shè)置 寫指令 08H：顯示關(guān)閉 寫指令 01H：顯示清屏 寫指令 06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置 寫指令 0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置 LCD1602 的具體接線路圖如圖 222 所示。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。高電平表示有效，低電平則無效。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，夜景模塊執(zhí)行命令。 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。 CLK 時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為 500KHz）。如果與釋放熱量的電子元件共用一個(gè)印刷線路板，在安裝時(shí)應(yīng)盡可能將 傳感器 遠(yuǎn)離電子元件，并安裝在熱源下方，同時(shí)保持外殼的良好通風(fēng)。 電阻式濕度傳感器的感應(yīng)層會(huì)受到化學(xué)蒸汽的干擾，化學(xué)物質(zhì)在感應(yīng)層中的擴(kuò)散可能導(dǎo)致測量值漂移和靈敏度下降。格式見下面圖示 ， 如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平 ， 則傳感器沒有響應(yīng) ， 請(qǐng)檢查線路是否連接正常 。 串行接口 (單線雙向 ) DATA 用于微處理器與 傳感器 之間的通訊和同步 ， 采用單總線數(shù)據(jù)格式 ， 一次通訊時(shí)間 4ms左右 ， 數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分 ， 具體格式在下面說明 ， 當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展 ， 現(xiàn)讀出為零 .操作流程如下 ： 一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為 40bit， 高位先出。如對(duì)傳感器使用要求極高或用于安全應(yīng)用，則校準(zhǔn)工作可能相對(duì)頻繁些。在儀器不供電時(shí)，如果工作電極和參比電極不再短連接，一旦再次使用，傳感器就需要很長的一段“啟動(dòng)時(shí)間”。在 設(shè) 計(jì)任何電化學(xué)氣體傳感器時(shí)，很重要的一點(diǎn)是，通過氣體擴(kuò)散通過障礙限制速率，而其它各階段速率應(yīng)該有顯著的增加。 電化學(xué)氣體傳感器檢測原理 電化學(xué)氣體傳感器是一種新型的傳感器技術(shù)，它是利用電解池原理，將空氣中某種化學(xué)氣體通過氧化或還原反應(yīng)將濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過監(jiān)測電信號(hào)的大小得到相應(yīng)氣體的濃度，常用于測量二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等氣體濃度。 (7)光學(xué)式氣體傳感器 光學(xué)式氣體傳感器主要包括紅外吸收型、 光譜吸收型、熒光型等等，主要以紅外吸收型為主。 (4)半導(dǎo)體傳感器和電化學(xué)傳感器的區(qū)別 半導(dǎo)體傳感器因其簡單低價(jià)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是又因?yàn)樗倪x擇性差和穩(wěn)定性不理想目前還只是在民用級(jí)別使用。不足之處是必須在高溫下工作、對(duì)氣體或氣味的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不理想、功率高等方面。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地工作。工作電壓為 5V，另有 AT89C51工作電壓則是 , 引腳功能一樣。而在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL。片內(nèi)含 4k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。單片機(jī)對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)字處理后驅(qū)動(dòng)液晶顯示器分別顯示出被測空氣中二氧化硫氣體濃度值。 8051 單片機(jī) 電源電路模塊 串口通信模塊 信號(hào)采集 AD 轉(zhuǎn)換 傳感器 液晶顯示模塊 報(bào)警電路模塊 第二章 硬件部分設(shè)計(jì)方案 硬件設(shè)計(jì)概述 硬件電路的設(shè)計(jì)是本課題的一個(gè)重點(diǎn)，硬件電路的設(shè)計(jì)要考慮到傳感器的特性，放大電路的放大倍數(shù)，共模干擾， AD 轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)的穩(wěn)定性，電源電路的穩(wěn)定性，單片機(jī)端口的特性等問題。缺點(diǎn)是易受干擾。優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高。 二氧化硫監(jiān)測儀器的現(xiàn)狀 目前對(duì)二氧化硫的監(jiān)測手段有很多種，常用的方法有分光光度法，碘量法，熒光光度法，紫外熒光法，離子檢譜法，電化學(xué) SO2 傳感器法。它們之間的換算公式為： 氣體分子量氣體摩 爾體摩11 3 ??? mmgp p m () 所以對(duì)于二氧化硫， 3m g/m =ppm 1 。會(huì)造成土壤的酸化、腐蝕各種建筑物材料。二氧化硫?qū)θ藗兊娜粘Ｉ?、工作、娛樂等方面也有不同?度的影響。 concentration。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 本設(shè)計(jì)是一種用于監(jiān)測空氣中二氧化硫濃度的儀器，可用作為對(duì)遠(yuǎn)程空氣環(huán)境監(jiān)測中的二氧化硫濃度的監(jiān)測?？諝馐侨祟惿a(chǎn)和生活活 動(dòng)中永遠(yuǎn)都離不開的重要部分，空氣質(zhì)量 狀況對(duì)人們的日常生活和社會(huì)發(fā)展有著重要的作用，必然受到人們的高度重視。工業(yè)生產(chǎn)中的二氧化硫急性中毒，一般僅見于事故發(fā)生時(shí)。酸雨對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、建筑物和材料以及人體健康等方面均有危害，并己造成了較大的損失。在國家環(huán)保部的指導(dǎo)下，環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量保證工作逐步地走向規(guī)范，并陸續(xù)出臺(tái)了一系列各種環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)方法與文件，以及管理規(guī)定和制度。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，選擇性好，易于操作，設(shè)備簡單等。 離子監(jiān)測法工作原理為待 測空氣被連續(xù)地抽入儀器， 經(jīng)過選擇性過濾器，除去干擾物后進(jìn)入庫侖池，庫侖池中有三個(gè)電極鉑絲陽極，鉑網(wǎng)陰極和活性炭參比電極，電解液為，若將一恒流電源加于庫侖池陰陽極之間，則電流將從陽極流入，經(jīng)陰極和參比電極流出。 生物法主要是利用苔蘚等一些對(duì)空氣二氧化硫敏感的植物，利用其對(duì)不同的二氧化硫濃度的變色和變形等特點(diǎn)，對(duì)大氣的二氧化硫濃度進(jìn)行大概的監(jiān)測，其優(yōu)點(diǎn)是綠色環(huán)保，缺點(diǎn)是精度較低，具體標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)施方法尚在試驗(yàn)階段。 空氣質(zhì)量檢測儀系統(tǒng)簡介 基于 STC90C51 的智能空氣 質(zhì)量 監(jiān)測儀是以空氣中有毒有害氣體 二氧化硫 的 監(jiān)測監(jiān)控為背景，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空氣中二氧化硫氣體的實(shí)時(shí)采集處理、顯示、報(bào)警等功能。根據(jù)上述幾方面及本課題的實(shí)際情況，單片機(jī)型號(hào)的選擇主要從以下兩點(diǎn)考慮 : 一是要有較強(qiáng)的抗干擾能力。作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL。 (3) P2端口 [－ ] P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0端口。端口置 1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 在振蕩器運(yùn)行時(shí)，有兩個(gè)機(jī)器周期（ 24 個(gè)振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時(shí)，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個(gè)腳保持高電平， 51芯片便循環(huán)復(fù)位。其電路如圖 23 所示： 圖 23 復(fù)位電路模塊 167。為了消除氣體分子達(dá)到初始狀態(tài)就必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)。它介于半導(dǎo)體和電化 學(xué)之間?；诒疚牡膶?shí)時(shí)要求和性價(jià)比等方面的原因，本系統(tǒng)選用電化學(xué)傳感器中的定電位電解式氣體傳感器。它由浸沒在液體電解液中的三個(gè)電極構(gòu)成，傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 。 SF CT 傳感器的技術(shù)說明 3SF CT傳感器是專門的煙道二氧化硫氣體監(jiān)測用的傳感器，傳感器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表 。這些氧氣經(jīng)常是由采樣來的氣流供應(yīng)的，通過空氣擴(kuò)散到傳感器的前端，或者通過傳感器的周圍和后端擴(kuò)散到傳感器的前端 (通常幾千 ppm的氧氣就足夠了 )。 則可令： }/){( ?DSFZK ???? （ ） 于是有： CKiL ?? （ ） 即極限擴(kuò)散電流與被測氣體濃度之間成正比．因此，通過被測氣體電解時(shí)所產(chǎn)生的電流可推知被測氣體的體積分?jǐn)?shù)和質(zhì)量濃度。 從模式下 ，傳感器 接收到開始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集 ， 如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號(hào) ， 傳感器不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集 ， 采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。 電氣特性 如表 23 表 23 電氣特性 參數(shù) 條件 min typ max 單位 供電 DC 3 5 V 供電電流 測量 mA 平均 1 mA 待機(jī) 100 150 uA 采樣周期 秒 1 次 注 :采樣周期間隔不得低于 1秒鐘。高濃度的化學(xué)污染會(huì)導(dǎo)致傳感器感應(yīng)層的徹底損壞。 DATA信號(hào)線材質(zhì)量會(huì)影響 通訊距離和通訊質(zhì)量 ,推薦使用高質(zhì)量屏蔽線。輸入的模擬電壓為0~5V，一次 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μS。 第 2 腳： VDD 接 +5V正電源。 第 16 腳：背光源負(fù)極。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo) 。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖 221 是 1602 的內(nèi)部顯示地址。當(dāng)輸出電流較大時(shí)， 7805 應(yīng)配上散熱板。 。 具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫的模塊程序易于移植。軟件抗干擾措施 提高了系統(tǒng)的可靠性。主程序流程圖如圖。 圖 延時(shí)函數(shù)程序框圖 串口程序設(shè)計(jì) 串口通信的主要是波特率的設(shè)定，一般情況下，所選用的串口的波特率為 9600pbs，信號(hào)在 9600pbs下的傳輸距離大約為 50m，可以滿足儀器到子站之間的距離。所以計(jì)算得定時(shí)器的初值為 TH=oxfd, TL=oxfd。 綜合考慮各方面的因素，本研究采用第一種方法：中斷查詢法。 A /D轉(zhuǎn) 換轉(zhuǎn) 換 是 否 允 許轉(zhuǎn) 換 是 否 結(jié) 束數(shù) 據(jù) 輸 出 1 6 0 2 初 始 化送 顯 示 指 令指 向 數(shù) 據(jù) 地 址送 顯 示 數(shù) 據(jù)顯 示 數(shù) 據(jù)返 回 圖 工作流程圖 聲音報(bào)警 模塊 采用的是蜂鳴器，光報(bào)警是通過 2 個(gè)發(fā)光二極管來顯示， 當(dāng)毒氣含量沒超標(biāo)時(shí)則二極管不閃爍 ， 但是當(dāng)濃度 超標(biāo)時(shí) 二極管開始閃爍并 顯示紅色并啟動(dòng)蜂鳴器，報(bào)警子程序執(zhí)行之前，設(shè)定的報(bào)警閾值存放在兩個(gè)變量中，傳感器輸入 AD 轉(zhuǎn)換值后，調(diào)用比較程 序，小于閾值則執(zhí)行顯示程序，若大于閾值進(jìn)行聲光報(bào)警。在此謹(jǐn)表示我最真誠的感謝，并祝福所有老師工作順利，萬事如意。主要工作成果：設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心電化學(xué)傳感器測量二氧化硫濃度的系統(tǒng)，其功能包括二氧化硫濃度的測量，報(bào)警，串口通 信， LCD顯示。 圖 AD 流程圖 液晶顯示模塊 本設(shè)計(jì)所用的顯示器件為 1602 液晶面板，該液晶能顯示 32 個(gè)字符，滿足顯示要求。在串口通信結(jié)束后， TI 和 RI 都置零，串口中斷繼續(xù)等待下一次中斷。_nop()_。來實(shí)現(xiàn)延時(shí)。程序開始時(shí)，先關(guān)閉中斷，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括單片機(jī)的各寄存器、 RAM、定時(shí)器裝載初值、中斷設(shè)置及各模塊初始化等。軟件設(shè)計(jì)中包含有：主程序模塊、顯示模塊、 A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、中斷處理模塊等。 結(jié)合本系統(tǒng)的特點(diǎn)，這里選用了功能強(qiáng) 、效率高的 C 語言。 、易維護(hù)性。 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形 ，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的 大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼 。 指令 9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。當(dāng) RS 和 R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電 平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。 圖 214 ADC0809管腳示意圖 ADC0809 各腳功能如 表 25： 表 25 ADC0809各腳功能 引腳 功能介紹 D7D0 IN0IN7 8 位數(shù)字量輸出引腳 8 位模擬量輸入引腳 VCC +5V工作電壓 REF（ +） 參考電壓正端 REF（ ） 參考電壓負(fù)端 START A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端 ALE 地址鎖存允許 信號(hào)輸入端 EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平 OE 輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。因此在測量濕度時(shí)，應(yīng)盡可能保證濕度傳感器在同一溫度下工作。在非正常工作條件下長時(shí)間使用會(huì)加速產(chǎn)品的老化過程。 總線為低電平 ， 說明傳感器發(fā)送響應(yīng)信號(hào) ， 傳感器發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后 ， 再把總線拉高 80us，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù) ， 每一 bit數(shù)據(jù)都以 50us低電平時(shí)隙開始 ， 高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是 0還是 1。電源引腳（ VDD， GND）之間可增加一個(gè) 100nF 的電容，用以去耦濾波。但 3SFCT傳感器能在較長時(shí)間內(nèi)提供非常 穩(wěn)定的信號(hào)，使用 3SFCT傳感器只需要定期校準(zhǔn)，如每年一次。傳感器在儲(chǔ)藏過程中必須保留此短連接