【正文】 器來(lái)監(jiān)測(cè)二氧化硫的濃度，該傳感器是三電極的電化學(xué)傳感器。本次設(shè)計(jì)所采用的方法是二氧化硫電化學(xué)傳感器的方法。實(shí)物如圖24，使用時(shí)的連接電路如圖25?；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。由于不同氣體對(duì)紅外波吸收程度不同，通過(guò)測(cè)量紅外吸收波長(zhǎng)來(lái)監(jiān)測(cè)氣體。后者因?yàn)榇呋瘎┑年P(guān)系具有廣普特性應(yīng)用更廣。(6)接觸燃燒式氣體傳感器接觸燃燒式氣體傳感器只能測(cè)量可燃?xì)怏w。它介于半導(dǎo)體和電化學(xué)之間。而電化學(xué)傳感器因其良好的選擇性和高靈敏度被廣泛應(yīng)用在幾乎所有工業(yè)場(chǎng)合。不足之處是有壽命的限制一般為兩年。(3)電化學(xué)氣體傳感器的工作原理電化學(xué)氣體傳感器是通過(guò)監(jiān)測(cè)電流來(lái)監(jiān)測(cè)氣體的濃度，分為不需供電的原電池式以及需要供電的可控電位電解式，目前可以監(jiān)測(cè)許多有毒氣體和氧氣，后者還能監(jiān)測(cè)血液中的氧濃度。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)。(2)半導(dǎo)體傳感器需要加熱的原因半導(dǎo)體傳感器是利用一種金屬氧化物薄膜制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量不同而變化。 (1)半導(dǎo)體型氣體傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)半導(dǎo)體氣體傳感器具有成本低廉、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、對(duì)濕度敏感低和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。167。其電路如圖23所示：圖23 復(fù)位電路模塊167。其電路如圖22所示：圖22 時(shí)鐘電路模塊復(fù)位電路是使單片機(jī)的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài)，并從這狀態(tài)開(kāi)始工作，除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位電路以重新啟動(dòng)。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。 4k字節(jié)在系統(tǒng)編程(ISP)Flash閃速存儲(chǔ)器 1000次擦寫(xiě)周期 全境態(tài)工作模式：0Hz33MHz 三級(jí)程序加密鎖 1288字節(jié)內(nèi)部RAM 32個(gè)可編程I／O口線 2個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源1全雙工串行UART通道1低功耗空閑和掉電模式1中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)1看門狗(wDT)及雙數(shù)據(jù)指針1掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性1靈活的在線系統(tǒng)編程STC90C51芯片管腳如圖21。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。 XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。Vcc電源端,GND 接地端。除此之外P3端口還用于一些專門功能。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。(4) P3端口[－] 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。在訪問(wèn)外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址。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。(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。(2) P1端口[－] P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。校驗(yàn)程序時(shí)輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程(ISP)也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。由于高度的通用性和出色的穩(wěn)定性，本系統(tǒng)采用宏晶公司產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)的STC90C51作為控制器。二是要有較高的性價(jià)比。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。若被測(cè)空氣有害氣體氣體的濃度有超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)定的危險(xiǎn)值超出設(shè)定范圍時(shí)報(bào)警電路對(duì)應(yīng)的發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)?？諝庵杏泻怏w通過(guò)傳感器輸出一個(gè)與氣體濃度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào),該信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路按一定得采樣頻率將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以便進(jìn)行顯示處理，溫濕傳感器直接與單片機(jī)相連。同時(shí)設(shè)計(jì)了聲光報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在參數(shù)超標(biāo)時(shí)及時(shí)的報(bào)警。 空氣質(zhì)量檢測(cè)儀系統(tǒng)簡(jiǎn)介基于STC90C51的智能空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀是以空氣中有毒有害氣體二氧化硫的監(jiān)測(cè)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。本次電路設(shè)計(jì)主要包括信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)，點(diǎn)偏激系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，AD轉(zhuǎn)換器的電路的設(shè)計(jì)，串口電路的設(shè)計(jì)，LCD顯示器的電路設(shè)計(jì)，報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)以及電源電路的設(shè)計(jì)。8051單片機(jī)液晶顯示模塊電源電路模塊串口通信模塊報(bào)警電路模塊傳感器信號(hào)采集AD轉(zhuǎn)換 二氧化硫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖 在進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作的過(guò)程中，以各模塊為單位，來(lái)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和程序的編寫(xiě)，將各個(gè)模塊有機(jī)的連接在一起，在與上位機(jī)連接，形成一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的二氧化硫監(jiān)測(cè)儀是采用3SF ，傳感器與二氧化硫氣體反應(yīng)輸出電流信號(hào)，經(jīng)串聯(lián)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，在經(jīng)過(guò)儀用放大器放大后，傳給TLC2543AD轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)AD將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由單片機(jī)將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，輸出濃度值有1602液晶顯示屏輸出。例如：SO2監(jiān)測(cè)儀,SO2報(bào)警儀及實(shí)驗(yàn)室用監(jiān)測(cè)報(bào)警器等監(jiān)測(cè)含有SO2類氣體的場(chǎng)所或需要SO2氣體濃度數(shù)值的產(chǎn)品。缺點(diǎn)是易受干擾。電化學(xué)氣體傳感器是利用電解池原理，將空氣中某種化學(xué)氣體通過(guò)氧化或還原反應(yīng)將濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)監(jiān)測(cè)電信號(hào)的大小得到相應(yīng)氣體的濃度。因參比電極通過(guò)負(fù)載電阻和陰極連接故陰極電位是參比電極電位和負(fù)載上電壓降之和。紫外熒光法的基本原理為由光源發(fā)射出的紫外光，通過(guò)光源濾光片進(jìn)入反應(yīng)室，樣氣中的SO2 分子吸收紫外光生成激發(fā)態(tài)SO2,當(dāng)它回到基態(tài)時(shí)放射出熒光紫外線,其放射熒光強(qiáng)度與SO2 濃度成正比,通過(guò)第二個(gè)濾光片,用光電倍增管接受熒光紫外線并轉(zhuǎn)化為電信號(hào),經(jīng)過(guò)放大器輸出,即可知道SO2 濃度。優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高。其優(yōu)點(diǎn)是具有測(cè)定濃度范圍寬，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，易操作等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是使用毒性極大的四氯汞鉀作吸收液 ，不僅對(duì)操作人員健康產(chǎn)生影響，而且分析后大量含汞廢液往入會(huì)造成環(huán)境污染。 這幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)如下：分光度法主要基本原理是利用空氣中的SO2 被四氯汞鉀溶液吸收后，與甲醛和鹽酸副玫瑰苯胺(PRA)反應(yīng)生成紫紅色化合物，其顏色深淺與SO2 含量成正比，用分光光度法測(cè)定其顏色成分。 二氧化硫監(jiān)測(cè)儀器的現(xiàn)狀目前對(duì)二氧化硫的監(jiān)測(cè)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。特別是近期《環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證管理規(guī)定》、《環(huán)境監(jiān)測(cè)人員上崗證管理規(guī)定》等制度的出臺(tái)，在很大程度上，一方面規(guī)范了環(huán)境監(jiān)測(cè)的科學(xué)方法，另一方面又對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)人員提出了更高的要求。如《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》、《環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證手冊(cè)》。加強(qiáng)空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的質(zhì)量保證尤為重要。它們之間的換算公式為： ()所以對(duì)于二氧化硫。因此，對(duì)周圍環(huán)境中二氧化硫進(jìn)行監(jiān)測(cè)是斷定二氧化硫污染程度、進(jìn)行二氧化硫污染治理的必要工作。80年代，中國(guó)的酸雨主要發(fā)生在西南地區(qū)，面積約為170萬(wàn)平方公里，到了90年代，酸雨污染擴(kuò)展到華中、華南、華東、華北和東北等地區(qū)，面積已占全國(guó)面積的40%。形成酸雨的主要物質(zhì)是二氧化硫和氮氧化物，而我國(guó)酸雨以硫酸為主，當(dāng)二氧化硫經(jīng)液相氧化或者氣相氧化反應(yīng)生成，被降水洗脫降到地面后形成酸雨。會(huì)造成土壤的酸化、腐蝕各種建筑物材料。當(dāng)空氣中的二氧化硫(還有氮氧化物)轉(zhuǎn)換為酸性降水，形成酸雨。吸入極高濃度時(shí)可立即引起發(fā)射性聲門痙攣而致窒息死亡。輕微時(shí)會(huì)發(fā)生流淚、畏光、咳嗽嚴(yán)重者則可在數(shù)小時(shí)內(nèi)發(fā)生肺水腫而出現(xiàn)呼吸困難。二氧化硫?qū)θ藗兊娜粘Ｉ睢⒐ぷ?、娛?lè)等方面也有不同程度的影響。二氧化硫通過(guò)呼吸進(jìn)入氣管，對(duì)局部組織產(chǎn)生刺激和腐蝕作用，影響呼吸道，誘發(fā)支氣管等疾病。為了更進(jìn)一步的解空氣環(huán)境質(zhì)量，達(dá)到保護(hù)、管理和改良環(huán)境的目的，就必須有計(jì)劃地進(jìn)行空氣環(huán)境的調(diào)查研究和監(jiān)測(cè)，以便得到明確的認(rèn)識(shí)，同時(shí)有效地采取措施，控制和減少空氣污染?；趩纹瑱C(jī)的空氣質(zhì)量遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 關(guān)于二氧化硫監(jiān)測(cè)的背景和應(yīng)用隨著現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)的發(fā)展，空氣污染致使空氣質(zhì)量的越來(lái)越差。空氣是人類生產(chǎn)和生活活動(dòng)中永遠(yuǎn)都離不開(kāi)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?？諝馕廴疚镏械亩趸?qū)θ梭w健康的影響很大。特別是當(dāng)它與煙塵等氣溶膠共存時(shí)，更加重對(duì)呼吸道粘膜的損害。高濃度二氧化硫中毒主要引起不同程度的呼吸道及眼的刺激癥狀。工業(yè)生產(chǎn)中的二氧化硫急性中毒，一般僅見(jiàn)于事故發(fā)生時(shí)。二氧化硫排放導(dǎo)致了嚴(yán)重的酸雨、光化學(xué)煙霧等全球環(huán)境問(wèn)題。它對(duì)地理和生態(tài)環(huán)境有重大影響，這種影響是直接的和潛在性的。%的城市，二氧化硫的過(guò)量排放己成為中國(guó)酸雨污染的最主要的原因。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。二氧化硫及其所形成的酸雨已成為制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一?？諝庵卸趸虻臐舛冉?jīng)常以每立方米空氣中的二氧化硫含量來(lái)表示，可以用質(zhì)量體積比()或者氣態(tài)時(shí)的體積比()表示。由于環(huán)境條件復(fù)雜，隨機(jī)變化明顯，濃度范圍較寬，二氧化硫的濃度值具有極強(qiáng)的時(shí)間性和空間性，受人為和空間環(huán)境影響特別大，為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、精密性和可比性，以及使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更具權(quán)威性和法律性。在國(guó)家環(huán)保部的指導(dǎo)下，環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法與文件，以及管理規(guī)定和制度。這在制度和方法上對(duì)空氣環(huán)境的監(jiān)測(cè)進(jìn)行了統(tǒng)一，體現(xiàn)了環(huán)境監(jiān)測(cè)的科學(xué)性和嚴(yán)肅性，同時(shí)對(duì)空氣環(huán)境的質(zhì)量保證也有了明確的規(guī)定。逐步實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證工作的系統(tǒng)。生物（苔蘚，薔薇）法等用于SO2 測(cè)量的新技術(shù)也在研發(fā)過(guò)程中。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，選擇性好，易于操作，設(shè)備簡(jiǎn)單等。碘量法的基本原理是利用氨基磺酸銨硫酸銨混合溶液吸收SO2 是固定污染源排氣的SO2 濃度和SO2 排放速率測(cè)定的經(jīng)典方法。 熒光光度法是根據(jù)奎寧與SO2 反應(yīng)能夠生成熒光物質(zhì)，利用熒光光度計(jì)在365nm處激發(fā)和450nm 處測(cè)定熒光強(qiáng)度即可計(jì)算出SO2 的濃度。缺點(diǎn)是易受氧氣的干擾。離子監(jiān)測(cè)法工作原理為待測(cè)空氣被連續(xù)地抽入儀器， 經(jīng)過(guò)選擇性過(guò)濾器，除去干擾物后進(jìn)入庫(kù)侖池，庫(kù)侖池中有三個(gè)電極鉑絲陽(yáng)極，鉑網(wǎng)陰極和活性炭參比電極，若將一恒流電源加于庫(kù)侖池陰陽(yáng)極之間，則電流將從陽(yáng)極流入，經(jīng)陰極和參比電極流出。缺點(diǎn)是不易便攜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。二氧化硫傳感器其優(yōu)點(diǎn)是:對(duì)二氧化硫氣體有很高的靈敏度，具有良好的重復(fù)性，對(duì)二氧化硫氣體有很好的選擇性，體積小集成化高，易便攜?？捎糜诠I(yè)、民用對(duì)SO2氣體的監(jiān)測(cè)。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(cè)，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。并由RS232串口經(jīng)過(guò)串口線交給上位機(jī)（電腦），電路還有濃度報(bào)警裝置，上位機(jī)也可以通過(guò)串口來(lái)設(shè)定報(bào)警值。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(wèn)題。并考慮到其中的一些有關(guān)穩(wěn)定性的問(wèn)題。儀器采用鋰電池供電，具有良好的便攜性和通用性，并且使用LCD點(diǎn)陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機(jī)對(duì)話界面。本文研究的智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀是以STC工公司的一款8位超低功耗單片機(jī)STC90C51為控制核心。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(cè)空氣中二氧化硫氣體濃度值。 STC90C51單片機(jī)簡(jiǎn)介隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)因具有集成度高、體積小、速度快、價(jià)格低等特點(diǎn)而在許多領(lǐng)域如過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用，從而使這些領(lǐng)域的技術(shù)水平、自動(dòng)化程度大大提高。由于一般室內(nèi)電子電器產(chǎn)品比較多，這對(duì)單片機(jī)的干擾較大，所以應(yīng)采用抗干擾性能較好的單片機(jī)機(jī)型。單片作為整個(gè)系統(tǒng)的中央處理器，承擔(dān)著整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和過(guò)程控制，以及通信等功能。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。(1) P0端口[] P0是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O端口，端口置1（對(duì)端口寫(xiě)1）時(shí)作高阻抗輸入端。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收指令字節(jié)。在訪問(wèn)外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口是分時(shí)轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問(wèn)期間內(nèi)部的上拉電阻起作用。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8位地址信息。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收到高8位地址和控制信息。而在訪問(wèn)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。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接到控制信息。 P3端口引腳兼用功能表P3引腳兼用功能串行通訊輸入（RXD）串行通訊輸出（TXD）外部中斷0（ INT0）外部中斷1（INT1）定時(shí)器0輸入(T0)定時(shí)器1輸入(T1)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通RD 單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)是由電源、復(fù)位、晶振、/EA=1組成，下面介紹一下每一個(gè)組成部分。工作電壓為5V，, 引腳功能一樣。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻。經(jīng)過(guò)上述介紹，結(jié)合一般用的比較多的情況。 圖21 STC90C51引腳布置 單片機(jī)外圍電路時(shí)鐘電路由一個(gè)晶體振蕩器12MHZ和兩個(gè)30pF的瓷片電容組成。單片