【文章內(nèi)容簡介】 要像往常那樣把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成模擬信號再行輸出了。理論上，這會使色彩和定位都更加準確完美。 (6)“身材”勻稱小巧：傳統(tǒng)的陰極射線管顯示器，后面總是拖著一個笨重的射線管。液晶顯示器突破了這一限制，給人一種全新的感覺。傳統(tǒng)顯示器是通過電子槍發(fā)射電子束到屏幕，因而顯像管的管頸不能做得很短，當屏幕增加時也必然增大整個顯示器的體積。而液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示目的，即使屏幕加大，它的體積也不會成正比的增加，而且在重量上比同等顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。(7)功率消耗?。簜鹘y(tǒng)的顯示器內(nèi)部由許多電路組成，這些電路驅(qū)動著陰極射線顯像管工作時，需要消耗很大的功率，而且隨著體積的不斷增大，其內(nèi)部電路消耗的功率肯定也會隨之增大。相比而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比傳統(tǒng)顯示器也要小得多。LED數(shù)碼管顯示，它是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。LED數(shù)碼管顯示與LCD顯示相比，LED在亮度、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢。LED與LCD的功耗比大約為10：1，而且更高的刷新速率使得LED在視頻方面有更好的性能表現(xiàn)，能提供寬達160176。的視角，可以顯示各種文字、數(shù)字、彩色圖像及動畫信息，也可以播放電視、錄像、VCD、DVD等彩色視頻信號，多幅顯示屏還可以進行聯(lián)網(wǎng)播出。有機LED顯示屏的單個元素反應速度是LCD液晶屏的1000倍，在強光下也可以照看不誤，并且適應零下40度的低溫。綜合分析，本設計選用了液晶顯示屏，由于本設計是為了設計便于攜帶的一種環(huán)境監(jiān)測儀，其電源是由兩節(jié)電池提供，所以需要用功耗比較低的顯示屏，相對于數(shù)碼管顯示，液晶顯示屏驅(qū)動電壓低、功耗微小、無閃爍、對人體無危害、生產(chǎn)過程自動化、成本低廉等都更具優(yōu)勢， 更適合設計。 本論文的內(nèi)容 本設計簡要介紹本文設計一種基于單片機的石化企業(yè)環(huán)境監(jiān)測儀，具有結構簡單、價格低廉、易于操作等特點。它利用8051 系列單片機的強大功能和可擴充性為后盾，可以實現(xiàn)對石化企業(yè)前端環(huán)境監(jiān)測，可有效實時監(jiān)測環(huán)境中溫濕度和硫化氫氣體濃度，能夠?qū)崟r顯示環(huán)境中的溫濕度和硫化氫氣體濃度，當檢測到環(huán)境中溫濕度超出所限制的范圍內(nèi)或硫化氫氣體濃度超限時，監(jiān)測儀自帶的蜂鳴器發(fā)出報警提示和LED報警提示，有利于提醒工作人員現(xiàn)場的環(huán)境情況，有效地防止了各種損失及事故的發(fā)生。 本論文的內(nèi)容結構第一章緒論，介紹該課題的研究背景，說明研究的目的與意義，并對該課題相關設計現(xiàn)狀分析及對不同方案做出說明和比較，最后簡述了本論文的內(nèi)容與結構。第二章主要介紹了本設計當中用到的相關知識和原理，需要達到的技術指標，然后簡述了設計時需要注意的技術問題。第三章主要對系統(tǒng)的硬件進行設計，包括傳感器的檢測模塊，電源的供電模塊、顯示模塊等各部分硬件的設計。第四章主要對系統(tǒng)的軟件進行設計，包括總體軟件設計的結構圖和各個模塊的流程圖及驅(qū)動程序代碼。第五章簡述對本設計的總結。第二章 系統(tǒng)組成及工作原理本設計的基于單片機的石化企業(yè)環(huán)境監(jiān)測儀的硬件電路主要由溫濕度檢測電路、硫化氫氣體檢測電路、顯示電路、報警電路、按鍵電路等部分組成。當監(jiān)測儀檢測到空氣中的硫化氫時，硫化氫氣體擴散到傳感器中，與其中的電解液發(fā)生化學反應產(chǎn)生電信號。電子線路板將電信號處理成大小與硫化氫氣體濃度成線性關系的標準信號。溫濕度傳感器用于把溫濕度轉(zhuǎn)換成電壓信號，而硫化氫氣敏傳感器用于把氣體濃度轉(zhuǎn)換為電壓信號，由于該電壓非常小，因此添加了放大電路對電壓進行放大，隨后采用ADC 模塊，把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，通過單片機進行采樣數(shù)值的處理，然后驅(qū)動顯示電路顯示溫濕度和測量的氣體的濃度值，并且如果當被測氣體中有毒氣體濃度比報警電路設置的值大時，驅(qū)動報警電路發(fā)出聲、光報警信號，提示操作人員及時采取安全處理措施。本設計的硬件結構框圖如下圖。 監(jiān)測儀的硬件結構框圖 工作的主要技術指標本文設計的基于單片機的石化企業(yè)環(huán)境監(jiān)測儀具有結構簡單、價格低廉、易于操作等特點。它利用8051 系列單片機的強大功能和可擴充性為后盾，可以實現(xiàn)對前端有毒氣體檢測系統(tǒng)的有效對工業(yè)環(huán)境中的有毒氣體的檢測。具體需要達到的指標如下：(1)能夠?qū)崟r監(jiān)測環(huán)境中的有毒氣體濃度；(2)能夠?qū)崟r監(jiān)測環(huán)境中的溫濕度；(3)LCD顯示功能，能夠?qū)崟r顯示環(huán)境的有毒氣體濃度和溫濕度；(4)具備報警功能，當檢測到環(huán)境中的有毒氣體濃度超限時，或當檢測到溫濕度超出所限范圍時，監(jiān)測儀可通過蜂鳴器發(fā)出報警和LED光報警提示。 需注意的技術問題本設計的環(huán)境監(jiān)測儀是設計為便攜式設備，因此儀器是靠電池供電的，所以必須仔細考慮如何延長儀器的工作時間。研發(fā)過程中，除了考慮在硬件電路上使用低功耗器件外，在軟件程序編寫上更是要注意低功耗原則的應用。首先，在滿足數(shù)據(jù)計算和事件處理要求的前提下，盡量降低MCU的工作時鐘，因為較高的驅(qū)動時鐘就意味著較大的電流消耗。其次，關閉MCU內(nèi)部未使用的外設資源，降低不必要的電流損耗。第三，開機狀態(tài)下充分利用MCU睡眠模式，通過定時喚醒的方式來處理數(shù)據(jù)和按鍵請求，可以有效降低MCU功耗。注意各類傳感器的壽命各類氣體傳感器都具有一定的使用年限，即壽命。一般來講，在便攜式儀器中，LEL 傳感器的壽命較長，一般可以使用三年左右；光離子化檢測儀的壽命為四年或更長一些；電化學特定氣體傳感器的壽命相對短一些，一般在一年到兩年；氧氣傳感器的壽命最短，大概在一年左右。電化學傳感器的壽命取決于其中電解液的干涸，所以如果長時間不用，將其密封放在較低溫度的環(huán)境中可以延長一定的使用壽命。固定式儀器由于體積相對較大，傳感器的壽命也較長一些。因此，要隨時對傳感器進行檢測，盡可能在傳感器的有效期內(nèi)使用，一旦失效，及時更換。傳感器輸出的弱小信號易受噪聲的影響，在繪制PCB板時要注意將模擬電路和數(shù)字電路分開布局，模擬信號和數(shù)字信號在各自的區(qū)域內(nèi)走線，盡量相互遠離、不能有交叉跨越，最后模擬地和數(shù)字地通過單點連接起來，以最大程度的降低數(shù)字電路對模擬信號的影響。注意監(jiān)測儀器的測量范圍，各類環(huán)境監(jiān)測儀都有其固定的檢測范圍。只有在其測定范圍內(nèi)完成測量，才能保證儀器準確地進行測定。而長時間超出測定范圍進行測量，就可能對傳感器造成永久性的破壞。第三章 系統(tǒng)硬件設計本設計的這款基于單片機的便攜式石化企業(yè)環(huán)境監(jiān)測儀選用了51系列的AT89S52這款單片機作為處理器，它的系統(tǒng)硬件電路主要包括溫濕度檢測電路、硫化氫氣體檢測電路、顯示電路、報警電路、按鍵電路、電源電路等。3. 1 單片機電路本設計選用了51系列的AT89S52這款單片機作為處理器，它主要是對傳感器傳輸來的信號行進采集，并對信號處理，然后驅(qū)動顯示電路顯示現(xiàn)場的溫濕度和硫化氫氣體的濃度值，并且當環(huán)境的溫濕度超出所限的范圍或硫化氫氣體濃度超過了所設置的極限值時，則會驅(qū)動報警電路發(fā)出聲、光報警信號。 AT89S52單片機本文設計的環(huán)境監(jiān)測儀以單片機為核心構成了一個具有判斷、運算和控制能力及具有存儲、顯示功能的智能儀表，它所處理的信息量和數(shù)據(jù)處理任務并不十分繁重，因此我們選擇了ATMEL公司的COMS工藝的低功耗單片機AT89S52，相對于89C51，AT89S52有更豐富的片內(nèi)資源。例如有8 k 字節(jié)的片內(nèi)EEPROM，以及256字節(jié)的片內(nèi)RAM，對于本系統(tǒng)的控制程序來說已經(jīng)足夠，因此可以省去片外程序存儲器和片外RAM，降低了成本和簡化了控制電路。AT89S52有3個16位的時鐘（計數(shù)器），而且32 個I /O 線全部可編程，時鐘可高達24M，和89C51相比，它的使用更加靈活[12]。AT89S52的主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST（9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源和接地。P0~P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，P0 端口（32~39 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能[13]。 單片機電路單片機電路是整個便攜式環(huán)境監(jiān)測儀的核心，它在設計中的功能主要是對傳感器傳輸來的信號行進采集，并對信號處理，然后驅(qū)動顯示電路顯示溫濕度和測量的氣體的濃度值，當被測氣體中有毒氣體濃度比報警電路設置的值大時，驅(qū)動報警電路發(fā)出聲、光報警信號。為了保證單片機的正常工作必須給它提供時鐘，單片機的時鐘方式有兩種內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。常用的方式是內(nèi)部時鐘方式，在本單片機系統(tǒng)中采用的時鐘電路方式就是內(nèi)部時鐘方式。單片機芯片內(nèi)部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體一起構成一個自激振蕩器。外接晶體與電容Cl和C6構成并聯(lián)式諧振電路，接在單片機內(nèi)部放大器的反饋回路中，這時內(nèi)部振蕩器便自激振蕩。復位電路也是單片機系統(tǒng)必需的部分，沒有正確的復位信號，單片機就不能正常工作。通常的單片機復位操作有上電復位、人工手動復位和運行監(jiān)視復位等。電復位是指單片機系統(tǒng)在上電時的復位操作，此復位必須保證單片機上電后能立即進入規(guī)定的復位狀態(tài)。人工復位是指單片機運行過程中出現(xiàn)異?；蚱渌樾蜗?，需要開始運行程序時，在復位引腳RST加以復位信號而產(chǎn)生復位。按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復位是通過使復位端經(jīng)電阻與VCC電源接通而實現(xiàn)的，本系統(tǒng)的復位電路采用按鍵電平復位方式。 單片機電路圖3. 2硫化氫濃度檢測電路本設計選用了7H2S50電化學式硫化氫傳感器，用來檢測硫化氫這種有毒氣體的濃度，并轉(zhuǎn)換為電壓信號，接著通過運算放大電路對電壓進行放大，隨后通過A/D轉(zhuǎn)換電路把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后送進單片機里處理。氣體傳感器的主要特性：第一穩(wěn)定性，穩(wěn)定性是指傳感器在整個工作時間內(nèi)基本響應的穩(wěn)定性，取決于零點漂移和區(qū)間漂移。零點漂移是指在沒有目標氣體時，整個工作時間內(nèi)傳感器輸出響應的變化。理想情況下，一個傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點漂移小于10%。第二靈敏度，靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比，主要依賴于傳感器結構所使用的技術。大多數(shù)氣體傳感器的設計原理都采用生物化學、電化學、物理和光學。首先要考慮的是選擇一種敏感技術，它對目標氣體的閥限制或最低爆炸限的百分比的檢測要有足夠的靈敏性。第三選擇性，選擇性也被稱為交叉靈敏度?？梢酝ㄟ^測量由某一種濃度的干擾氣體所產(chǎn)生的傳感器響應來確定。這個響應等價于一定濃度的目標氣體所產(chǎn)生的傳感器響應。這種特性在追蹤多種氣體的應用中是非常重要的，因為交叉靈敏度會降低測量的重復性和可靠性，理想傳感器應具有高靈敏度和高選擇性。第四抗腐蝕性，抗腐蝕性是指傳感器暴露于高體積分數(shù)目標氣體中的能力。在氣體大量泄漏時，探頭應能夠承受期望氣體體積分數(shù)10～20倍。在返回正常工作條件下，傳感器漂移和零點校正值應盡可能小。氣體傳感器的基本特征，即靈敏度、選擇性以及穩(wěn)定性等，主要通過材料的選擇來確定。選擇適當