【導(dǎo)讀】隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對生活水平和空氣質(zhì)量提出了更大挑戰(zhàn)。的，也可能是在工作過程中產(chǎn)生的。有時，某些物質(zhì)的短期突然揮發(fā)還會出現(xiàn)一些。莫名其妙的物質(zhì)，因此密閉空間內(nèi)的有毒氣體的種類可能是多種多樣的。刺激性氣體的種類甚多，最常見的有氯、氨、氮氧化物、光氣、氟化氫、二氧。化硫、三氧化硫和硫酸二甲酯等。窒息性氣體，是指能造成機(jī)體缺氧的有毒。氣體，窒息性氣體可分為單純窒息性氣體、血液窒息性氣體和細(xì)胞窒息性氣體。質(zhì)可以對人造成兩種時間段的癥狀：急性或慢性。因此必須制訂工作空間中各類物。質(zhì)的暴露水平為安全防護(hù)提供依據(jù)。在其中所待的時間和有毒氣體的存在濃度有一。定的關(guān)系，超過這些規(guī)定的暴露水平就會對人身安全構(gòu)成極大的威脅?；谝陨峡梢钥闯觯嘘P(guān)氣體的濃度問題顯得尤為重要。為便于設(shè)計和測量，案基于STC89C52單片機(jī)，有關(guān)氣體濃度傳感器來實(shí)現(xiàn)。信號通過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，由LCD顯示濃度值。

　　

【正文】 1)為增強(qiáng)人機(jī)對話功能，發(fā)出各種控制命令控制系統(tǒng)運(yùn)行，本設(shè)計采用鍵盤輸入指令和數(shù)據(jù)的方式，以及和 LCD 連接顯示運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。鍵盤分為：獨(dú)立式和矩陣式兩類，每一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。由于本系統(tǒng)所需按鍵較少，所以選擇獨(dú)立式按鍵。電路圖見圖 ： 鍵盤說明： S2 控制通道轉(zhuǎn)換 S3 串口通信傳輸數(shù)據(jù)的開關(guān) S4 保留未用 圖 按鍵電路圖 (2)獨(dú)立式按鍵是直接用 I/O 口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨(dú)立式按鍵占有一根 I/O 口線。各根 I/O 口線之間不會相互影響。在此電路中，按鍵輸入部采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時， I/O 口線有確定的高電平，（ STC89C52 .P1口內(nèi)部接有上拉電阻）所以就不需要再外接上拉電阻。 (3)鍵盤抖動的消除：抖動的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。 ①硬件削抖是采用硬件電路的方法對鍵盤的按下抖動及釋放抖動進(jìn)行削抖，經(jīng)過削抖電路后使按鍵的電平信號只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。 ②軟件削抖的基本 原理是當(dāng)檢測出鍵盤閉合時，先執(zhí)行一個延時子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的延時，待接通時的前沿抖動消失后再判別是否有健按下。當(dāng)按鍵釋放時，也要經(jīng)過數(shù)毫秒延時，待后沿抖動消失后再判別鍵是否釋放。 ③由于應(yīng)用硬件削抖還需要外加器件，成本相對較高，所以本系統(tǒng)選擇軟件延時削抖的方法。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 22 LCD1602 液晶顯示設(shè)計 LCD1602 液晶顯示模塊與計算機(jī)的接口電路有兩種方式。它與單片機(jī)的接口方法分為直接訪問方式和間接控制方式。 直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲器或 I/O 設(shè)備直接接在單片機(jī)的總線上，單片機(jī)以訪問存儲器或 I/O 設(shè)備的方 式操作液晶顯示模塊的工作。間接控制方式則不使用單片機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的 I/0 口來實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的 P0 口連接作為數(shù)據(jù)總線，另外三根時序控制信號線通常利用單片機(jī)的 P2 口中未被使用的 I/O 口來控制。這種訪問方式不占用存儲器空間，它的接口電路與時序無關(guān)，其時序完全靠軟件編程實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用間接控制方式： 以下為液晶顯示電路接線原理圖見圖 : 圖 LCD 電路接線圖 在主電路圖中接在 P0 口處有一個排阻 RP1 ，由于 P0 口沒有內(nèi)接上拉電阻，為了為 P0 口外接 線路有確定的高電平，所以要接上排阻 RP1，使用的是 10K 的排阻，以確保有 P0 口有穩(wěn)定的電平。 差動放大器與濾波電路設(shè)計 由于采樣過來的信號，總摻雜著一些干擾信號，故需要一定的線路對其處理。在本設(shè)計中，采用差動放大器對兩個信號的差值進(jìn)行放大。另外采用二級有源低通濾波器，進(jìn)行濾波。線路圖如下圖 所示。其中對于低通濾波器，截止頻率中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 23 f=1/RC=1/（ 10K*） =10K Hz。 圖 信號調(diào)理電路 通信 電路設(shè)計 串口通信基礎(chǔ)理論 隨著微機(jī)特別是單片機(jī)的發(fā)展，其應(yīng)用已從單機(jī) 逐漸向多機(jī)或聯(lián)網(wǎng)，而多機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵又在于微機(jī)之間的相互通訊，互傳數(shù)據(jù)信息。在微型計算機(jī)系統(tǒng)中， CPU與外部的基本通訊方式有兩種 :并行通訊 —— 數(shù)據(jù)的各位同時傳送 。串行通訊 ——數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。在并行通訊中，數(shù)據(jù)有多少位就需要多少條傳送線，而串行通訊只需要一對傳送線，故串行通訊能節(jié)省傳送線，特別是當(dāng)數(shù)據(jù)位數(shù)很多和遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送時，這一優(yōu)點(diǎn)更加突出。但串行數(shù)據(jù)也有缺點(diǎn)，那就是速度比并行通訊要慢。 ，依據(jù)一定的順序逐位進(jìn)行傳送的通訊方法。在串行通訊中，有二種基本的通訊 方式 :異步通訊和同步通訊。 ，要把數(shù)據(jù)從一個地方傳送到另一個地方，必須使用通訊線路。數(shù)據(jù)在通訊線路兩端的工作 (通訊線路或計算機(jī) )之間傳送。按通訊方式，可將數(shù)據(jù)傳輸線路分成三種 : 單工方式 ， 半雙工方式 和 全雙工方式 。 兩種常用接口方式 并行接口是指 8 位數(shù)據(jù)同時通過并行線進(jìn)行傳送，這樣數(shù)據(jù)的傳輸率能得到極大的提高。但在并行傳輸中，干擾會隨線路長度的增加而增加，產(chǎn)生傳輸錯誤。因此，并行傳輸主要應(yīng)用在近距離數(shù)據(jù)傳輸中，如連接打印機(jī)端口。并行接口主要使用 36 針接頭和 25 針 D 形接頭 ，目前以 25 針 D 形接頭為主。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 24 串行口也是計算機(jī)的一種標(biāo)準(zhǔn)接口， PC 機(jī)一般至少有兩個串行口 Com1 和Com2。串行口不同于并行口，它的數(shù)據(jù)和控制信息是一位接一位在一根傳輸線上傳送的，這樣串行口較并行口能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送信息。 由于 CPU 與接口間按并行方式傳輸，接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，要由接收移位寄存器把串行方式轉(zhuǎn)換成并行方式，由發(fā)送移位寄存器把并行方式轉(zhuǎn)換成串行方式。完成這種轉(zhuǎn)換功能的電路叫做通用異步收發(fā)機(jī)UART。 通信模塊電路設(shè)計 CP2102， USB 轉(zhuǎn)串 口芯片，體積小巧，外圍可以不需要任何元件即可夠成一個最簡單的 USBUART 方案，通信速率可達(dá) 1Mbps，很容易把串口產(chǎn)品升級到 USB 口。本設(shè)計引出接口包括 5V、 、 TXD、 RXD、 GND、 RST，其中 TXD， RXD 可直接接 MCU串口， RXD 接 MCU 的 TXD， TXD 接 MCU 的 RXD 即可，也可以接各種帶串口的設(shè)備。RST 用于復(fù)位 CP2102，一般不用，方便用于初期產(chǎn)品的調(diào)試。在本設(shè)計中 接口不用。該模塊使用 USB 公座，可直接接到電腦的 USB 端口。電路圖見圖 ： 圖 CP2102 轉(zhuǎn)接芯片接線圖 硬件設(shè)計總結(jié) ： 這一章比較具體的說明了系統(tǒng)硬件設(shè)計的內(nèi)容，通過模塊化的設(shè)計思想，把一個復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)按照功能劃分成一個個單獨(dú)的電路模型，分別進(jìn)行設(shè)計，最后在集成到一起。這種方法對于設(shè)計復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)很有效。大大提高系統(tǒng)設(shè)計的效率與質(zhì)量。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 25 第 4 章 軟件設(shè)計 編譯語言的選擇 對于單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用中，逐漸引入了高級語言， C語言就是其中的一種。匯編語言的可控性較高級語言來說更具優(yōu)越性。程序編寫語言比較常見的有 C語言、匯編語言。匯編語言的機(jī)器代碼生成效率 高，控制性好，但就是移植性不高。 C語言編寫的程序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習(xí)慣。還有很多處理器都支持 C編譯器，這樣意味著處理器也能很快上手。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫的模塊程序易于移植?；?C語言和匯編語言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用 C語言編寫方法。 程序設(shè)計 軟件編寫的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分，然后根據(jù)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能 ,按一定的順序組合成一個整體。下面介紹各模塊的具體功能、工作時序等。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能就是將經(jīng)放大濾波后的模擬電壓 信號轉(zhuǎn)化為 MCU 能夠處理的數(shù)字信號，并傳送給 MCU。 A/D 芯片的數(shù)據(jù) CS 口，連接單片機(jī)的 口，CLK 接 口， D1 和 D0 接 口。 工作時序如下所示： ADC0832 有 8 只引腳， CH0 和 CH1 為模擬輸入端， CS 為片選引腳，只有 CS 置低才能對 ADC0832 進(jìn)行配置和啟動轉(zhuǎn)換。 CLK 為 ADC0832 的時鐘輸入端。 CS 在整個轉(zhuǎn)換過程中都必須為低，當(dāng) CS 為低時，在數(shù)據(jù)輸入端 DI（數(shù)據(jù)輸入端）加一個高電平，接著在 CLK 上加一個時鐘， DI 上的邏輯 1 就會使ADC0832 的 DI 脫離高阻態(tài)，然后通道配置數(shù)據(jù)伴隨 著時鐘通過 DI 端移入多路器，當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)移入多路器時， DI 變?yōu)楦咦钁B(tài)，在這以前 DO（數(shù)據(jù)輸出端）都為高阻態(tài)。在經(jīng)過一個時鐘， DO 脫離高阻態(tài)，從而啟動轉(zhuǎn)換。接著從處理器接收時鐘信號，每經(jīng)過一個時鐘，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)就會從高位到低位依次從 DO 移出，經(jīng)過8 個時鐘后，數(shù)據(jù)又以從低位到高位的形式從 DO 移出（也是每個時鐘移一位）。當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)移出時轉(zhuǎn)換完成。當(dāng) CS 從低變?yōu)楦邥r， ADC0832 內(nèi)部所有寄存器清零。如想要進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)換， CS 必須做一個從高到低的跳變，后跟著地此配置數(shù)據(jù)重復(fù)上面的過程。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 26 模塊轉(zhuǎn)換流程圖 見 ： 圖 AD 轉(zhuǎn)換模塊 流程圖 按鍵模塊 按鍵時顯現(xiàn)人機(jī)對話的一個控制按鈕，通過按鍵的操作，對系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送指令，后經(jīng)與 MCU 串行通信，然后在液晶上顯示。以查詢的方式進(jìn)行工作。流程圖如 圖： 圖 按鍵流程圖 結(jié)束 選定通道號 開始轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換結(jié)束將得到的數(shù)據(jù)發(fā)送給串口 開始 初始化液晶、定時器，開中斷，設(shè)置串口波 特率 鍵盤檢測，控制液晶顯示內(nèi)容 啟動 AD 轉(zhuǎn)換，并返回 AD 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù) 處理 AD 轉(zhuǎn)換過來的數(shù)據(jù)，并送液晶顯示 若控制串口通信的鍵按下，則開中斷進(jìn)行串口數(shù)據(jù)傳輸 開始 結(jié)束 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 27 液晶顯示模塊 液晶顯示 D0到 D7 口接 到 ，單獨(dú)使用一個口，為了避免數(shù)據(jù)的干擾，由于 P0 口沒有上拉電阻，所以需要一個排阻進(jìn)行電壓的擴(kuò)大。在本設(shè)計中，由于不需要讀液 晶操作，故只介紹寫操作。 LCD1602 的寫工作時序圖如圖 所示： 圖 LCD1602 寫操作時序 當(dāng)處于 寫指令 時， RS 為低脈沖 ， R/W 為低脈沖 ， D0D7=指令碼， E=高脈沖 。 當(dāng)處于 寫數(shù)據(jù) 時， RS 為高脈沖 ， R/W 為低脈沖 ， E 為高脈沖， D0D7=數(shù)據(jù) 。 流程圖如圖 ： 圖 顯示模塊流程圖 通信模塊 CP2102 UART 接口包括 TX (發(fā)送 )和 RX(接收 )數(shù)據(jù)信號以及 RTS、 CTS、 DSR、DTR、 DCD 和 RI 控制信號。 UART 支持 RTS／ CTS、 DSR／ DTR 和 XOn／ XOff 握手。顯示個位 顯示十分位 顯示百分位 顯示小數(shù)點(diǎn) 開始 結(jié)束 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 28 其 程序設(shè)計包括 3部分：單片機(jī)程序開發(fā)、 USB 設(shè)備的驅(qū)動程序開發(fā)、主機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)，三者相互配置才能完成可靠、快速的數(shù)據(jù)傳輸。其中 USB 設(shè)備驅(qū)動程序可以從 Silicon 公司的官方網(wǎng)站上下載，驅(qū)動程序安裝完后，系統(tǒng)會自動增加一個COM 口，用戶可以按照傳統(tǒng)的串行口控制方式來使用這個帶有 5V和 3V 供電的 COM口。 單片機(jī) STC89C52 的串行通信程序，即對波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位、有無奇偶校驗等通信協(xié)議及單片機(jī)串行通信功能的設(shè)置 ,其中 CP2102 芯片 可獲得的 數(shù)據(jù)格式和波特率見表 41。 波特率通常采取 9600；另一部分為上位機(jī)數(shù)據(jù)采集和界面應(yīng)用程序，這一部分我們用 STCISP 的串口助手來采集數(shù)據(jù)， 按串行口方式設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)接口通訊。 表 數(shù)據(jù)格式和波特率 數(shù)據(jù)位 8 停止位 1 校驗位 無校驗，偶校驗，奇校驗 波特率 300,600,1200,1800,2400,4800,7200,9600,14400，19200,28800,38400,56000,57600,115200,128000,230400,460800, 921600 流程圖如圖 ： 圖 串口流程圖 產(chǎn)生中斷并發(fā)送數(shù)據(jù) 對數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理 結(jié)束 開始 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 29 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 在前面幾章中，詳細(xì)討論了氣體濃度測試儀的硬件和軟件設(shè)計，但是要系統(tǒng)真正的運(yùn)行起來達(dá)到預(yù)期的指標(biāo)和功能，就必須對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。系統(tǒng)的調(diào)試包括系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。 軟件仿真 在進(jìn)行焊接之前，并不能確認(rèn)之前所畫的原理圖的正確性，所選器件的合適性以及所編程序是否可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。在這里軟件仿真顯得尤為重要。我們采用Protues 進(jìn)行仿真。在仿真過程中，傳感器用特定的激勵電壓源代替。此外，串口通信模塊不進(jìn)行仿真。仿真連接圖見附錄圖一。仿真結(jié)果圖如下圖 。 圖 仿真圖 由以上兩圖可以看到液晶顯示、 AD 轉(zhuǎn)換、線路切換功能的實(shí)現(xiàn)。即此系統(tǒng)的功中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 30 能可基本實(shí)現(xiàn)。從而驗證了系統(tǒng)原理圖和程序的正確性。 硬件調(diào)試 焊接前對電阻、電容的量值要進(jìn)行測量、篩選，選擇與電路中參數(shù)值一致的元器件，在選擇芯片時，要注意芯片與設(shè)計要求的型號、規(guī)格和安裝是否一致。在焊接時，應(yīng)將印制的電路板認(rèn)真對照原理圖，查看元器件的引腳 焊接是否正確。電路板焊接完成后，需要對每個元器件的引腳逐個進(jìn)行檢查，一方面是檢查有沒有引腳虛焊或與其他信號線短路，另一方面是對器件引腳功能的再檢查，查看設(shè)計是否正