基于單片機(jī)的甲烷氣體檢測儀設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2024-09-16 08:35本頁面
【正文】 絡(luò)合物，使血紅蛋白喪失了輸送氧氣的能力，從而導(dǎo)致組織低氧癥，甚至死亡。為了保證人們身體健康和環(huán)境潔凈，世界各國都紛紛致力于防止空氣污染的產(chǎn)生。我國環(huán)境保護(hù)大氣污染監(jiān)測和工廠礦井中都要求有連續(xù)、自動(dòng)化的現(xiàn)場檢測儀。氣體檢測技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。美國國際傳感器技術(shù)(IST)公司應(yīng)用一種“MegaCas傳感器和微程序控制單元，可檢測100種以上毒性氣體和可燃性氣體，通過其“氣體檢索”功能掃描，能很快確定是哪一種氣體。因此，國外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展,。如日本費(fèi)加羅公司推出了檢測硫化氫低功耗氣體傳感器，美國IST提供了壽命達(dá)10年以上的氣體傳感器，美國FirstAlert公司推出了生物模擬型(光化反應(yīng)型)低功耗CO氣體傳感器等。如美國GeneralMonitors公司在傳感器中嵌入微處理器，使氣體傳感器具有控制校準(zhǔn)和監(jiān)視故障狀況功能，實(shí)現(xiàn)了智能化；還有前已涉及的美國IST公司的具有微處理器的傳感器實(shí)現(xiàn)了智能化、多功能化。其現(xiàn)狀是：燒結(jié)型氣敏元件仍是生產(chǎn)的主流，占總量90％以上；接觸燃繞式氣敏元件已具備了生產(chǎn)基礎(chǔ)和能力；電化學(xué)氣體傳感器有了試制產(chǎn)品；在工藝方面引入了表面摻雜、表面覆膜以及制作表面催化反應(yīng)層和修隔離層等工藝，使燒結(jié)型元件由廣譜性氣敏發(fā)展成選擇性氣敏；在結(jié)構(gòu)方面研制了補(bǔ)償復(fù)合結(jié)構(gòu)、組合差動(dòng)結(jié)構(gòu)以及集成化陣列結(jié)構(gòu)；新研究開發(fā)的氣敏材料、石英晶體和有機(jī)半導(dǎo)體等也開始用于氣敏材料；低功耗氣敏元件(如一氧化碳，甲烷等氣敏元件)已從產(chǎn)品研究進(jìn)入中試；國內(nèi)氣敏元件傳感器產(chǎn)量已超過“九五”初期的400萬支?？偟目磥?，我國氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國外先進(jìn)水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距，與日本比較仍要落后10年。該電路通過MQ4傳感器檢測可燃?xì)怏w并發(fā)出05V的電壓信號并輸入到單片機(jī)內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換器采樣模擬量電壓，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過單片機(jī)處理后進(jìn)行顯示。本系統(tǒng)有傳感器、溫度補(bǔ)償電路、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)組成。本設(shè)計(jì)使用MQ4氣體傳感器，因?yàn)樗谳^寬的濃度范圍內(nèi)對可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，對甲烷的靈敏度較高，長壽命、低成本，不需要復(fù)雜的的驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。MQ4氣體傳感器對甲烷的靈敏度高，對丙烷、丁烷也有較好的靈敏度。第2章 硬件設(shè)計(jì) 主控電路. 概述STC90C54AD單片機(jī)是STC公司生產(chǎn)的八位單片機(jī)。在這一塊芯片上集成了一臺微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)主要部分。STC90C54AD是一種帶16K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能COMOS8的微處理器。. 引腳介紹STC90C54AD芯片為40引腳雙列直插式封裝，在40條引腳中，有2條用于電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制引腳，其它為I/O引腳。(2)外接晶體引腳XTAL1和XTAL2當(dāng)外接晶體振蕩器時(shí)，XTAL1和XTAL2分別接在外接晶體兩端。(3)控制引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN、EA/VppRST/VPD:當(dāng)晶體振蕩器正常運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)二個(gè)機(jī)器周期以上的高電平使單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)Vcc下降到低于規(guī)定的電壓，而VPD在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，VPD接向內(nèi)部RAM提供備用電源。作為P0口某時(shí)送出的信息到底是低8位地址還是傳送的數(shù)據(jù)，需要有一信號同步的進(jìn)行分別。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6，因此可以做對外輸出的時(shí)鐘。PESN：程序存儲器讀選通信號，低電平有效。單片機(jī)通過相應(yīng)的控制信號來區(qū)別到底是P2口和P0口送出的是程序存儲器還是數(shù)據(jù)存儲器地址。外部數(shù)據(jù)存儲器是靠RD及WR信號控制的，PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL輸入。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲器（從0000H開始），不管單片機(jī)內(nèi)部是否有程序存儲器。(4)輸入輸出引腳：P0口時(shí)一個(gè)漏極開路型標(biāo)準(zhǔn)雙向I/O口。在對內(nèi)部程序存儲器編程時(shí)，它接收指令字節(jié)，而在驗(yàn)證內(nèi)部程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。：P1口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O接口。：P2口時(shí)一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O接口。在對內(nèi)部程序存儲器編程和驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。在54單片機(jī)中，這8個(gè)引腳還兼有第二功能，第二功能在單片機(jī)與外部設(shè)備接口方面具有非常重要的作用。ADC_CONTR 特殊功能寄存器： A/D 轉(zhuǎn)換控制特殊功能寄存器。(3)、 分辨率對一個(gè)n位的A/D，分辨率為2n位(4)、 A/D轉(zhuǎn)換的方法計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換，次逼近式A/D轉(zhuǎn)換，前兩種速度慢，但是精度高。 MQ4傳感器MQ4氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。表23 外形和基本結(jié)構(gòu) 部件材料1氣體敏感層二氧化錫2電極金（Au）3測量電極引線鉑（Pt）4加熱器鎳鉻合金（NiCr）5陶瓷管 三氧化二鋁6防爆網(wǎng)100目雙層不銹鋼（SUB316）7卡環(huán)鍍鎳銅材（NiCu）8基座膠木或尼龍9針狀管腳鍍鎳銅材（NiCu）MQ4氣體傳感器對液化氣、甲烷、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想。MQ4氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形由微型Al2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。電路采用交流供電，220V交流電從插頭引入電路，經(jīng)電源變壓器降壓后變?yōu)橹绷鳎捎诓捎玫氖桥詿崾降臍饷羝骷?，直流電壓直接供傳感器MQ4的加熱絲HH工作，加熱絲給傳感器MQ4預(yù)熱一定時(shí)間后，才能正常檢測煙霧。 圖232 MQ4基本電路 數(shù)碼管LED數(shù)碼管分共陽極與共陰極兩種，其工作特點(diǎn)是，當(dāng)筆段電極接低電平，公共陽極接高電平時(shí)，相應(yīng)筆段可以發(fā)光。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號為高電平、端接低電平時(shí)，才能發(fā)光。當(dāng)PN結(jié)導(dǎo)通時(shí)，依靠少數(shù)載流子的注人及隨后的復(fù)合而輻射發(fā)光，其伏安特性與普通二極管相似。當(dāng)電壓超過開啟電壓時(shí)，電流就急劇上升，筆段發(fā)光。LED的正向電壓U，則與正向電流以及管芯材料有關(guān)。其實(shí)物圖和引腳圖如圖241所示：圖241 一位數(shù)碼管的原理圖 本實(shí)驗(yàn)的顯示模塊主要由一個(gè)4位一體的7段LED數(shù)碼管構(gòu)成，用于顯示測量到的電壓值。1，2，3，4引腳端為其位選端，用于接收STC89C54的P3口產(chǎn)生的位選碼。采集到的信號通過1k歐姆電阻后送到模擬輸入端，R14用來調(diào)節(jié)輸出信號的大小。LED的正極接電源正極（+5V）。具體電
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