【正文】 機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地工作。本設(shè)計(jì)采用的是按鍵復(fù)位電路?，F(xiàn)在傳感器的種類有很多種的，大致的分為電阻傳感器、電容傳感器、電感傳感器以及半導(dǎo)體傳感器等。1．氣體傳感器基礎(chǔ)知識(shí)按照氣敏特性來分，氣體傳感器主要分為：半導(dǎo)體型、電化學(xué)型、固體電解質(zhì)型、接觸燃燒型、光化學(xué)型等氣體傳感器，又以前兩種最為普遍。不足之處是必須在高溫下工作、對氣體或氣味的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不理想、功率高等方面。氣體分子在薄膜表面進(jìn)行還原反應(yīng)以引起傳感器電導(dǎo)率的變化。傳感器內(nèi)的加熱器可以加速氧化過程，這也是為什么有些低端傳感器總是不穩(wěn)定，其原因就是沒有加熱或加熱電壓過低導(dǎo)致溫度太低反應(yīng)不充分。電化學(xué)傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是氣體的高靈敏度以及良好的選擇性。(4)半導(dǎo)體傳感器和電化學(xué)傳感器的區(qū)別半導(dǎo)體傳感器因其簡單低價(jià)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是又因?yàn)樗倪x擇性差和穩(wěn)定性不理想目前還只是在民用級別使用。(5)固態(tài)電解質(zhì)氣體傳感器顧名思義，固態(tài)電解質(zhì)就是以固體離子導(dǎo)電為電解質(zhì)的化學(xué)電池。選擇性，靈敏度高于半導(dǎo)體而壽命又長于電化學(xué)，所以也得到了很多的應(yīng)用，不足之處就是響應(yīng)時(shí)間過長。又分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式，原理是氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃?xì)怏w在表面或者在催化劑作用下燃燒，由于燃燒使氣敏材料溫度升高從而電阻發(fā)生變化。(7)光學(xué)式氣體傳感器光學(xué)式氣體傳感器主要包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型等等，主要以紅外吸收型為主。目前因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)關(guān)系一般造價(jià)頗高。本設(shè)計(jì)選用3SF CT傳感器，具有極高的靈敏度和穩(wěn)定性，體積小巧。 圖24 二氧化硫傳感器實(shí)物圖 圖25傳感器接線圖對幾種二氧化硫監(jiān)測方法的優(yōu)缺點(diǎn)的比較，考慮到工作量和可操作性的問題。 電化學(xué)氣體傳感器是一種新型的傳感器技術(shù)，它是利用電解池原理，將空氣中某種化學(xué)氣體通過氧化或還原反應(yīng)將濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過監(jiān)測電信號(hào)的大小得到相應(yīng)氣體的濃度，常用于測量二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等氣體濃度。3SF CT傳感器是一種新型的定電位電解化學(xué)氣體傳感器，它基于伽伐尼電池基本原理，具有體積較小、重量輕、線性度好、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖3SF CT傳感器是由三個(gè)電極構(gòu)成，三個(gè)電極分別為：T作電極(Sensing Electrode)、參比電極(Reference Electrode)、對電極(Counter Electrode)．City Technology公司的電化學(xué)毒氣傳感器(包括3SF CT傳感器)是微燃料元件，不必保養(yǎng)而可以保持長期的穩(wěn)定性。電極能對到達(dá)它表面的所有目標(biāo)氣體進(jìn)行反應(yīng)，并且仍然有儲(chǔ)備的電化學(xué)活動(dòng)。在設(shè)計(jì)任何電化學(xué)氣體傳感器時(shí)，很重要的一點(diǎn)是，通過氣體擴(kuò)散通過障礙限制速率，而其它各階段速率應(yīng)該有顯著的增加。所有CT產(chǎn)品具有高度活躍電極，并且給傳感器非常高的能量儲(chǔ)備，這就保證了傳感器的長期穩(wěn)定性。 傳感器參數(shù)正常監(jiān)測范圍0200ppm最大過載濃度5000ppm使用壽命空氣中2年輸出信號(hào)／ppm精度lppm溫度范圍2050壓力范圍：空氣壓力10％響應(yīng)時(shí)間(t90)30秒相對濕度范圍15％to 90％非結(jié)露標(biāo)準(zhǔn)基線范圍(純空氣中)相當(dāng)于02ppm最大的零點(diǎn)移動(dòng)(+20 _+40)相當(dāng)于5ppm長時(shí)間的輸出漂移2％信號(hào)失真／月建議的負(fù)載電阻3k輸出線性度線性為了使傳感器處于“準(zhǔn)備工作”的狀態(tài)，3SF CT傳感器供電時(shí)，在工作電極與參比電極之間有一短連接(用一導(dǎo)線直接連接起來)。在儀器不供電時(shí)，如果工作電極和參比電極不再短連接，一旦再次使用，傳感器就需要很長的一段“啟動(dòng)時(shí)間”。為使傳感器正確的工作，3SF CT傳感器的對電極和參比電極需要很少量的氧氣供應(yīng)。如果傳感器沒有后端氧氣供應(yīng)通路，持續(xù)暴露在厭氧性的采樣氣體中，則傳感器就會(huì)失靈。最初校準(zhǔn)和再校準(zhǔn)的時(shí)間間隔長短取決于許多因素，通常包括傳感器的使用溫度、濕度、壓力，被暴露于何種氣體，及被暴露于氣體的時(shí)間長短。如對傳感器使用要求極高或用于安全應(yīng)用，則校準(zhǔn)工作可能相對頻繁些。 （）反應(yīng)中有電流流動(dòng)，電流的大小由氣體的擴(kuò)散決定，由菲克斯擴(kuò)散定律碰綴出極限擴(kuò)散電流與氣體濃度的關(guān)系為： （）其中：為極限擴(kuò)散電流； 為電子轉(zhuǎn)移數(shù)；為法拉第常數(shù)；為氣體擴(kuò)散面積；為氣體擴(kuò)散系數(shù)； 為氣體擴(kuò)散層厚度；為被測氣體濃度．在一定工作條件下、均為常數(shù)。3SF三電極傳感器用的是無偏操作的外接電路，對于二氧化硫氣體在工作電極發(fā)生氧化反應(yīng)的，該電路輸出為正．對于在工作電極發(fā)生還原反應(yīng)的氣體輸出為負(fù)．三電極設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)在于催化了電化學(xué)反應(yīng)較弱氣體的氧化還原反應(yīng)。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。串行接口 (單線雙向)DATA 用于微處理器與 傳感器之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，：一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。用戶MCU發(fā)送一次開始信號(hào)后，傳感器從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后，傳感器發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號(hào)采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)?？偩€空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待傳感器響應(yīng),主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒，保證傳感器能檢測到起始信號(hào)。主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)結(jié)束后，延時(shí)等待2040us后，讀取傳感器的響應(yīng)信號(hào)，主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。格式見下面圖示，如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平，則傳感器沒有響應(yīng)，請檢查線路是否連接正常。 測量分辨率測量分辨率分別為 8bit。應(yīng)用信息超出建議的工作范圍可能導(dǎo)致高達(dá)3%RH的臨時(shí)性漂移信號(hào)。要加速恢復(fù)進(jìn)程/“恢復(fù)處理”。電阻式濕度傳感器的感應(yīng)層會(huì)受到化學(xué)蒸汽的干擾，化學(xué)物質(zhì)在感應(yīng)層中的擴(kuò)散可能導(dǎo)致測量值漂移和靈敏度下降。下文所述的恢復(fù)處理將加速實(shí)現(xiàn)這一過程。置于極限工作條件下或化學(xué)蒸汽中的傳感器，通過如下處理程序，可使其恢復(fù)到校準(zhǔn)時(shí)的狀態(tài)。氣體的相對濕度，在很大程度上依賴于溫度。如果與釋放熱量的電子元件共用一個(gè)印刷線路板，在安裝時(shí)應(yīng)盡可能將傳感器遠(yuǎn)離電子元件，并安裝在熱源下方，同時(shí)保持外殼的良好通風(fēng)。長時(shí)間暴露在太陽光下或強(qiáng)烈的紫外線輻射中，會(huì)使性能降低。封裝信息如圖212，圖212 傳感器封裝圖 傳感器引腳說明見表24。其管腳定義如圖214所示。CLK時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。ADC0809的時(shí)序接口為51系列單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線接口，操作方便，如同對存儲(chǔ)器或I/O操作一樣，A/D轉(zhuǎn)換精度為8比特，滿足本課題要求。ADC0809與單片機(jī)及VOC傳感器的接線方式如圖215：圖215 ADC0809接線原理圖為了使本系統(tǒng)對室內(nèi)空氣品質(zhì)的監(jiān)測更為直觀，采用了如圖216由2個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴器構(gòu)成的聲光報(bào)警電路。圖216 聲光報(bào)警電路 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)本課題所要顯示的數(shù)據(jù)選用2行16個(gè)字符的LCD1602作為顯示模塊，滿足顯示要求。 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。一般1602字符型液晶顯示器實(shí)物如圖217：圖217 1602字符型液晶顯示器實(shí)物圖 LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖218所示：圖218 1602LCD尺寸圖1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量：16x2個(gè)字符芯片工作電壓：—工作電流：（5V）模塊兒最佳工作電壓：字符尺寸：(WH)mm引腳功能說明：1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（有背光）接口，各引腳說明如表26所示：表26 1602引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，夜景模塊執(zhí)行命令。第15腳：背光源正極。 LCD1602的指令說明及時(shí)序1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如表27所示：表27 控制命令表序號(hào)指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。高電平表示有效，低電平則無效。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令10：寫數(shù)據(jù)。 1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。圖221 1602LCD內(nèi)部顯示地址第二行第一個(gè)字符的地址是40H，寫入顯示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是：01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。延時(shí)15mS寫指令38H（不檢測忙信號(hào)）延時(shí)5mS寫指令38H（不檢測忙信號(hào)）延時(shí)5mS寫指令38H（不檢測忙信號(hào)）以后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作均需要檢測忙信號(hào)寫指令38H：顯示模式設(shè)置寫指令08H：顯示關(guān)閉寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置LCD1602的具體接線路圖如圖222所示。圖223 按鍵電路本設(shè)計(jì)采用集成穩(wěn)壓器7805，C2C30分別為輸入端和輸出端濾波電容，D1為續(xù)流二極管。電源電路如圖224所示：圖224 電源電路第三章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)在系統(tǒng)硬件電路確定以后，其主要功能的實(shí)現(xiàn)將依賴于軟件來實(shí)現(xiàn)?？煽啃允擒浖O(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。編制的軟件要求易閱讀，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤，容易修改和補(bǔ)充。系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生并能及時(shí)做出處理結(jié)果。保證系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算數(shù)據(jù)的精度。其中匯編語言和C語言應(yīng)用的較多，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語言主要有以下特點(diǎn)：用C語言編制的程序效率高，占用存儲(chǔ)空間小，運(yùn)行速度快。C語言能直接與存儲(chǔ)器、接口電路打交道，也能申請中斷?；贑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。 各功能模塊功能描述功能模塊功能描述傳感器采集模塊對空氣質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測AD轉(zhuǎn)換模塊核心控制器模塊人機(jī)接口模塊無線通訊模塊根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的基本要求,采取了如下的措施:。，C支持浮點(diǎn)運(yùn)算，可以保證數(shù)據(jù)計(jì)算的精度。、硬件抗干擾。以下就對一些主要模塊進(jìn)行詳細(xì)的闡述。由主程序流程圖可以看出，軟件要實(shí)現(xiàn)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析、送液晶進(jìn)行顯示。完成初始化后，液晶顯示各個(gè)參數(shù)為零，CPU等待傳感器傳入信號(hào)及AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，從而完成當(dāng)前監(jiān)測參數(shù)的正確顯示。本課題的程序時(shí)機(jī)包括，端口的初始化，串口中斷的初