【正文】 近些年來空氣污染 、 霧霾等成為人們?nèi)粘Ｓ懻摰闹饕獑栴}之一 ，空氣污染已經(jīng)導(dǎo)致了一些人類健康的問題，而且這種趨勢越來越嚴(yán)重。 本設(shè)計是一種用于監(jiān)測空氣中二氧化硫濃度的儀器，可用作為對遠(yuǎn)程空氣環(huán)境監(jiān)測中的二氧化硫濃度的監(jiān)測。介紹了從方案設(shè)計，器件選擇，電路設(shè)計，程序設(shè)計，及儀器進(jìn)行零點標(biāo)定，濃度標(biāo)定和校準(zhǔn)的一個完整的思路。 關(guān)鍵詞： 空氣污染 ， 二氧化硫；濃度；監(jiān)測； STC90C51 Abstract One of the main problems in recent years, air pollution, haze and so bee an everyday discussion, air pollution has led to a number of human health problems, and this trend is getting worse. Sulphur dioxide is currently the most important pollutants in the air, people are harmful sulfur dioxide monitoring efforts more and more attention, there are many methods for monitoring sulfur dioxide gas. This design is monitoring the concentration of sulfur dioxide in the air for an instrument that can be used as a remote air concentrations of sulfur dioxide in the monitoring of environmental monitoring. A detailed description of the design principles of the current working methods are often used to measure sulfur dioxide and electrochemical sensors used and operating characteristics, features and performance are used STC90C51 microcontroller and RS232 serial munication, AD converter, LCD principles The problems associated. This section describes the zero calibration, calibration and calibration concentration from program design, ponent selection, circuit design, process design, and equipment of a plete thought. 90C51 core designed to achieve the purpose of the measurement system to measure sulfur dioxide, the measurement results are displayed with an LCD screen, and the host puter can municate with the host puter via a serial cable can also change the value of the instrument via serial line alarm, alarm alarm based on preset alarm value. Keywords: air pollution, sulfur dioxide。 monitoring。空氣是人類生產(chǎn)和生活活 動中永遠(yuǎn)都離不開的重要部分，空氣質(zhì)量 狀況對人們的日常生活和社會發(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，更加重對呼吸道粘膜的損害。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，一般僅見于事故發(fā)生時。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)境問題。它對地理和生態(tài)環(huán)境有重大影響，這種影響是直接的和潛在性的。目前中國已有 %的城市，二氧化硫的過量排放己成 為中國酸雨污染的最主要的原因。酸雨對水生生態(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社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。 空氣中二氧化硫的濃度經(jīng)常以每立方米空氣中的二氧化硫含量來表示，可以用質(zhì)量體積比 ( 33 ug/m、mg/m )或者氣態(tài)時的體積比 ( 96 l/ 1 0=ppb l；l/ 1 0=ppm l )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)的時間性和空間性，受人為和空間環(huán)境影響特別大，為了實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、精密性和可比性，以及使監(jiān)測數(shù)據(jù)更具權(quán)威性和法律性。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。這在制度和方法上對空氣環(huán)境的監(jiān)測進(jìn)行了統(tǒng)一，體現(xiàn)了環(huán)境監(jiān) 測的科學(xué)性和嚴(yán)肅性，同時對空氣環(huán)境的質(zhì)量保證也有了明確的規(guī)定。逐步實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量保證工作的系統(tǒng)。生物（苔蘚，薔薇）法等用于 SO2 測量的新技術(shù)也在研發(fā)過程中。其優(yōu)點是靈敏度高，選擇性好，易于操作，設(shè)備簡單等。 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)，利用熒光光度計在 365nm處激發(fā)和 450nm 處測定熒光強(qiáng)度即可計算出 SO2 的濃度。缺點是易受氧氣的干擾。 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。缺點是不易便攜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 二氧化硫傳感器其優(yōu)點是 : 對二氧化硫 氣體有很高的靈敏度，具有良好的重復(fù)性，對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 SO2氣體的監(jiān)測。 生物法主要是利用苔蘚等一些對空氣二氧化硫敏感的植物，利用其對不同的二氧化硫濃度的變色和變形等特點，對大氣的二氧化硫濃度進(jìn)行大概的監(jiān)測，其優(yōu)點是綠色環(huán)保，缺點是精度較低，具體標(biāo)準(zhǔn)及實施方法尚在試驗階段。并由 RS232 串口經(jīng)過串口線交給上位機(jī)（電腦），電路還有濃度報警裝置，上位機(jī)也可以通過串口來設(shè)定報警值。 圖 二氧化硫監(jiān)測系統(tǒng)框圖 在進(jìn)行設(shè)計和制作的過程中 ，以各模塊為單位，來進(jìn)行電路設(shè)計和程序的編寫，將各個模塊有機(jī)的連接在一起，在與上位機(jī)連接，形成一個監(jiān)測系統(tǒng)。本次電路設(shè)計主要包括信號采集電路的設(shè)計，點偏激系統(tǒng)的設(shè)計， AD 轉(zhuǎn)換器的電路的設(shè)計，串口電路的設(shè)計， LCD 顯示器的電路設(shè)計，報警驅(qū)動電路的設(shè)計以及電源電路的設(shè)計。 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)對空氣中二氧化硫氣體的實時采集處理、顯示、報警等功能。同時設(shè)計了聲光報警系統(tǒng)，實現(xiàn)在參數(shù)超標(biāo)時及時的報警。 空氣中有害氣體通過傳感器輸出一個與氣體濃度相對應(yīng)的電壓信號 ,該信號 經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換電路按一定得采樣頻率將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機(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。若被測空氣有害氣體氣體的濃度有超過國家標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)定的危險值超出設(shè)定范圍時報警電路對應(yīng)的發(fā)出聲光報警信號。根據(jù)上述幾方面及本課題的實際情況，單片機(jī)型號的選擇主要從以下兩點考慮 : 一是要有較強(qiáng)的抗干擾能力。 二是要有較高的性價比。 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。它集 Flash 程序存儲器既可在線編程 (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，可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。作為輸出口時能驅(qū)動 8個 TTL。校驗程序時輸出指令字節(jié)，要求 外接上拉電阻。 (2) P1端口 [－ ] P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0端口。端口置 1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 (3) P2端口 [－ ] P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0端口。端口置 1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。 在訪問外部程序和 16位外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口送出高 8位地址。 (4) P3端口 [－ ] 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0端口。端口置 1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。除此之外 P3 端口還用于一些專門功能， p3端口的引腳功能如表 。Vcc電源端 ,GND 接地端。 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，外部振蕩信號應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2懸空。 在振蕩器運行時，有兩個機(jī)器周期（ 24 個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平， 51芯片便循環(huán)復(fù)位。 主要性能參數(shù) 與 4k字節(jié)在系統(tǒng)編程 (ISP)Flash閃速存儲器 1000次擦寫周期 全境態(tài)工作模式： 0Hz33MHz 三級程序加密鎖 1288字節(jié)內(nèi)部 RAM 32個可編程 I／ O口線 2個 16位定時器 ／ 計數(shù)器 6個中斷源 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。時鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關(guān)系。其電路如圖 22 所示： 圖 22 時鐘電路模塊 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)由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng) 處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位電路以重新啟動。其電路如圖 23 所示： 圖 23 復(fù)位電路模塊 167。 167。 (1)半導(dǎo)體型氣體傳感器的優(yōu)缺點 半導(dǎo)體氣體傳感器具有成本低廉、制造簡單、靈 敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長、對濕度敏感低和電路簡單等優(yōu)點。 (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。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)。 (3)電化學(xué)氣體傳感器的工作原理 電化學(xué)氣體傳感器是通過監(jiān)測電流來監(jiān)測氣體的濃度，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)測許多有毒氣體和氧氣，后者還能監(jiān)測血液中的氧濃度。不足之處是有壽命的限制一般為兩年。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)場合。它介于半導(dǎo)體和電化 學(xué)之間。 (6)接觸燃燒式氣體傳感器 接觸燃燒式氣體傳感器只能測量可燃?xì)怏w。后者因為催化劑的關(guān)系具有廣普特性應(yīng)用更廣。由于不同氣體對紅外波吸收程度不同，通過測量紅外吸收波長來監(jiān)測氣體?；诒疚牡膶崟r要求和性價比等方面的原因，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。實物如圖 24，使用時的連接電路如圖 25。本次設(shè)計所采用的方法是二氧化硫電化學(xué)傳感器的方法。 3SF CT 傳感器 在本課題中，目前用來測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的 AGE和英國的 CITY兩家公司，他們的原理基本相同，只是輸出信號的大小有所不 同，測量范圍有所差異，所以我們選用英國 City Technology公司生產(chǎn)的 3SF CT電化學(xué)傳感器來監(jiān)測二氧化硫的濃度，該傳感器是三電極的電化學(xué)傳感器。它由浸沒在液體電解液中的三個電極構(gòu)成，傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 。傳感器設(shè)計的重點是氣體擴(kuò)散通過障它限制了氣體迸入工作電極。這種高活動儲備保證 CT 產(chǎn)品的長使用壽命和溫度穩(wěn)定性。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。 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 。 ? 50 C。傳感器在儲藏過程中必須保留此短連接，而且只有當(dāng)準(zhǔn)備使用傳感器的時候，才能去