【正文】 出版社,2004：267301．[17][18][19] 李華．MCS51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1993．[20] 瞿生輝,馮毛官．單片機(jī)原理與應(yīng)用[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社,1989．[21] 高偉. AT89單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]．國(guó)防工業(yè)出版社,2008.[22] 何立民. 單片機(jī)高級(jí)教程[M]． 第1版．北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001.[23] 夏繼強(qiáng). 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001. [24] 趙曉安. MCS51單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].天津：天津大學(xué)出版社,2001.[25] 張友德等．單片微型機(jī)原理．應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)[M]．上海：復(fù)旦大學(xué)出版社,1996．101 ~ 184．[26] 吳炳勝．80C51單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社,2003．179 ~ 188.[27] 孫育才．新型AT89S51系列單片機(jī)及其應(yīng)用[M]．北京：清華大學(xué)出版社．2005．[28] 王為青,程國(guó)鋼．單片機(jī)Keil Cx51應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M]．人民郵電出版社,2007 .[29] 丁明亮,唐前輝．51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)與仿真基于Keil C與Proteus[[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2009 .[30] 陳光東等．單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M]．武漢：華中理工大學(xué)出版社[31] Ponce, M. A。使我開闊了視野，積累了知識(shí)，最重要的是磨練了性格：做事更加沉穩(wěn)、自信、敢于表達(dá)自己的觀點(diǎn)。對(duì)于我來說，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我收獲了很多。在此謹(jǐn)表示我最真誠(chéng)的感謝，并祝福所有老師工作順利，萬(wàn)事如意。此外，他傳授給了我許多分析問題、解決問題的方法，在以后的工作中我都將從中受益。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(cè)量二氧化硫濃度的系統(tǒng)，其功能包括二氧化硫濃度的測(cè)量，報(bào)警，串口通信，LCD顯示。為了將本次課設(shè)，我在這僅3個(gè)月的時(shí)間了所做的工作大致分為以下幾個(gè)步驟：首先查閱了有關(guān)文獻(xiàn)，內(nèi)容涉及遠(yuǎn)單片機(jī)，傳感器，AD轉(zhuǎn)換的基本知識(shí)，國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)等等。 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。系統(tǒng)上電LCD初始化，液晶顯示首先需要要按照時(shí)序給定顯示地址，然后傳送數(shù)據(jù)。 AD流程圖本設(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。對(duì)氣體傳感器分段選擇多個(gè)測(cè)試點(diǎn)盡享精確測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)繪制出傳感器的隔斷擬合曲線，為了提高數(shù)據(jù)精度，采用線性插值法。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。AD完成轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，AD應(yīng)用中我們可以有兩種方法來：，AD完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后會(huì)向中斷輸出端輸出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，告訴CPU轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，CPU可以讀取數(shù)據(jù)。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。SBUF=AD開始用定時(shí)器TMOD確定定時(shí)器1等待中斷設(shè)定SMOD值為0開中斷確定工作方式1TI=1RI=1COM=SBUFTI,RI清零N Y Y N 串口中斷在開啟之前要對(duì)其進(jìn)行初始化，在初始化過程中要對(duì)其所采用的定時(shí)器進(jìn)行確定，還有一點(diǎn)重要的是要對(duì)其的波特率進(jìn)行設(shè)定，以保證其通信的正常進(jìn)行，串口中斷在開啟后，串口中斷就開始等待中斷，如果讀中斷 RI 被置1，則開始讀中斷，將緩存寄存器 SBUF 的數(shù)據(jù)傳給設(shè)定的變量 。所以計(jì)算得定時(shí)器的初值為TH=oxfd, TL=oxfd。工作方式為方式1，由定時(shí)器T1的溢出率控制。 結(jié)束 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。_nop_()。開始獲得延時(shí)時(shí)間msi=0否ims是j=0否j250是i++j++_nop_()。其延時(shí)的時(shí)間的單位大約是1ms；。本程序的延時(shí)函數(shù)是采用兩個(gè)for嵌套的新形式，采用4個(gè)空語(yǔ)句_nop_()。 延時(shí)函數(shù)是一個(gè)程序的重要部分，也是大部分的程序設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要步驟，大多數(shù)芯片是有一定的反應(yīng)時(shí)間，所以必須加一些延時(shí)來給芯片一定的反應(yīng)時(shí)間，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。開始端口初始化串口初始化讀AD發(fā)送ADLCD顯示判斷報(bào)警 系統(tǒng)程序框圖主程序主要控制單片機(jī)的整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程，決定了各個(gè)子程序的運(yùn)行先后順序。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。軟件抗干擾措施提高了系統(tǒng)的可靠性。，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理事件能力。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。 ，系統(tǒng)軟件主要由傳感器采集模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)接口模塊、聲光報(bào)警模塊、核心控制器模塊等模塊構(gòu)成。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(yǔ)言能寫出最優(yōu)化程序，且能反映出計(jì)算機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況。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(yǔ)言。目前存在有4種編程語(yǔ)言支持單片機(jī)，即匯編語(yǔ)言、PL/M51語(yǔ)言、C語(yǔ)言和BASI語(yǔ)言。、易維護(hù)性。對(duì)同一硬件電路，配以不同的軟件，它所實(shí)現(xiàn)的功能也就不同，其設(shè)計(jì)軟件基本要求:。當(dāng)輸出電流較大時(shí)，7805應(yīng)配上散熱板。圖222 LCD1602接線電路圖考慮到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中不同環(huán)境對(duì)氣體濃度及溫濕度范圍要求不同，故設(shè)置了按鍵功能，用于實(shí)現(xiàn)測(cè)量范圍的調(diào)整，參考單片機(jī)引腳使用情況，共設(shè)置五個(gè)獨(dú)立按鍵如圖223，實(shí)現(xiàn)功能為設(shè)定鍵可進(jìn)行設(shè)定的進(jìn)入與退出，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)三種范圍的切換，另設(shè)左右移位鍵、上下調(diào)值鍵各兩個(gè)，與此同時(shí)考慮到用戶可能需要在一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)量一種量，故設(shè)計(jì)了上調(diào)鍵的第二功能：當(dāng)只有上調(diào)鍵按下時(shí)完成顯示的自動(dòng)與手動(dòng)的切換以實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)對(duì)話。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。在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無(wú)需人工干預(yù)。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。指令11：讀數(shù)據(jù)。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7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。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)。指令4：顯示開關(guān)控制。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。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。第16腳：背光源負(fù)極。第7~14腳：D0~D7為八位雙向數(shù)據(jù)線。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)。第4腳：PS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第2腳：VDD接+5V正電源。下面以長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子有限公司的1602字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。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。其中VOC氣體含量超標(biāo)時(shí)雙燈閃爍蜂鳴器報(bào)警，溫度超標(biāo)時(shí)D1燈亮蜂鳴器報(bào)警，濕度超標(biāo)時(shí)D2燈亮蜂鳴器報(bào)警。輸入的模擬電壓為0~5V，一次A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μS。A、B、C地址輸入線ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。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D7D0IN0IN78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STARTA/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。表24 引腳說明Pin名稱注釋1VDD供電 3－2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，請(qǐng)懸空4GND接地，電源負(fù)極本設(shè)計(jì)采用的為傳感器模塊，原理圖為圖213：圖213 傳感器模塊接線圖氣體傳感器出來的信號(hào)是模擬信號(hào)，而微處理器STC90C51只能處理數(shù)字信號(hào)，故需要對(duì)模擬信號(hào)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為處理器能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，由于測(cè)試電路出來的模擬電壓變化范圍在0~5V，故選擇性價(jià)比比較合適的ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。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。為降低熱傳導(dǎo)，傳感器與印刷電路板其它部分的銅鍍層應(yīng)盡可能最小，并在兩者之間留出一道縫隙。因此在測(cè)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5060℃和 10%RH的濕度條件下保持2小時(shí)（烘干）；隨后在2030℃和70%RH的濕度條件下保持5小時(shí)以上。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。在一個(gè)純凈的環(huán)境中，污染物質(zhì)會(huì)緩慢地釋放出去。在非正常工作條件下長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)加速產(chǎn)品的老化過程。返回正常工作條后，傳感器會(huì)緩慢地向校準(zhǔn)狀態(tài)恢復(fù)。電氣特性如表23表23 電氣特性參數(shù)條件mintypmax單位供電DC35V供電電流測(cè)量mA平均1mA待機(jī)100150uA采樣周期秒1次注:采樣周期間隔不得低于1秒鐘。當(dāng)最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，傳感器拉低總線50us，隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)?？偩€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(zhǎng)短定了數(shù)據(jù)位是0還是1。傳感器接收到主機(jī)的開始信號(hào)后，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束，然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號(hào)。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。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF 的電容，用以去耦濾波。接口說明 電源引腳傳感器的的供電電壓為 3－。則可令： （）于是有： （）即極限擴(kuò)散電流與被測(cè)氣體濃度之間成正比．因此，通過被測(cè)氣體電解時(shí)所產(chǎn)生的電流可推知被測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)和質(zhì)量濃度。 3SF CT傳感器的檢測(cè)原理 所以本文主要介紹如何利用3SF傳感器監(jiān)測(cè)二氧化硫氣體含量．3SF傳感器采用的是電化學(xué)傳感器，該傳感器的總反應(yīng)公式。但3SFCT傳感器能在較長(zhǎng)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。3SF CT傳感器一定不能被完全地放入到樹脂中或整個(gè)地浸入到厭氧性的氣體混合物中。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)。在傳感器電路設(shè)計(jì)中，可以通過一個(gè)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管來實(shí)現(xiàn)短連接和斷開的功能(繼電器功Og)，當(dāng)電路不供電時(shí)，這個(gè)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管可以保持工作電極和參比電極短路。傳感器在儲(chǔ)藏過程中必須保留此短連接，而且只有當(dāng)準(zhǔn)備使用傳感器的時(shí)候，才能去掉這個(gè)短連接。 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(cè)用的傳感器。所以，為保證傳感器電化學(xué)反應(yīng)的速度，必須使用具有高催化作用的電極材料。這種高活動(dòng)儲(chǔ)備保證CT產(chǎn)品的長(zhǎng)使用壽命和溫度穩(wěn)定性。傳感器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是氣體擴(kuò)散通過障它限制了氣體迸入工作電極。它由浸沒在液體電解液中的三個(gè)電極構(gòu)成。 3SF CT傳感器在本課題中，目前用來測(cè)量二氧化硫的電化學(xué)傳感器有很多種，其中最為著名的是美國(guó)的AGE和英國(guó)的CITY兩家公司，他們的原理基本相同，只是輸出信號(hào)的大小有所不同，測(cè)量范圍有所差異，所以我們選用英國(guó)City Technology公司生產(chǎn)的3SF CT電化學(xué)傳感