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1、摘要摘要本文研究设计了一种用于公共场所及室内具有检测及超限报警功能的甲醛智能测试仪。其设计方案基于 89C51 单片机，选择瑞士蒙巴波公司的 CH20/S-10 甲醛传感器。系统将传感器输出的 420mA 的标准信号通过以 AD0832 为核心的 A/D 转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由 LCD 显示甲醛浓度值。文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。系统对于采样地点超出规定的甲醛容许浓度时采用三极管驱动的单音频报警电路提醒监测人员。同时，操作人员对于具体报警点的上限值可以通过单片机编程进行设置。另外，该系统对浓度信号进行了信号补偿
2、等处理，减少了测量误差，因此，具有较高的测量精度，而且结构简单，性能优良。本系统的量程为 0-10ppm,精度为 0.039ppm。关键词关键词: : 甲醛检测，数据采集处理系统，硬件电路，软件设计，A/D 转换器，AT89C52 单片机3 目录目录 第章第章 绪论绪论.3 1.1 引言 .3 第章第章 概述概述.4 2.1 系统总概述.4 2.2 总体方案设计.4 2.3 硬件设计.5 2.4 软件设计.5 2.5 硬件结构框图 2.1.5 2.6 软件结构框图 2.2.5 第第 3 3 章章 硬件设计硬件设计.63.1.1 硬件选择 .6 3.1.2 MCU 的选择与简介 .6 3.1.3
3、 单片机最小系统的实现.8 3.2.1 数据采集系统.14 3.2.2 模数转换的选择与简介.15 3.2.3 按键选择与简介.17 3.2.4 外围扩充存储器.18 3.2.5 时钟芯片选择与简介.19 3.2.6 上拉电阻.21 3.2.7 液晶显示器简介。.21 3.2.8 报警电路.24 3.2.9 硬件仿真环境介绍.25 第第 4 4 章章 软件设计软件设计.27 4.1 编写语言的选择.27 4.2 编译软件介绍 .27 4.3 主程序模块.31 4.4 模数转换.32 4.5 按键模块.32 4.6 时钟模块.33 4.7 液晶显示模块.33 第第 5 5 章章 系统仿真系统仿真
4、.35 第第 6 6 章章 结束语结束语.36 致致 谢谢.3 37 7 参考文献参考文献.3 38 8 附录附录.3939第章第章 绪论绪论1.11.1 引言引言1.1.11.1.1 甲醛的特性及危害甲醛的特性及危害甲醛是一种无色，有强烈刺激性气味的气体。化学式（HCHO ）易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。其 37%的水溶液称为福尔马林，医学和科研部门常用于标本的防腐保存。此溶液沸点为 19.5故在室温时极易挥发，随着温度的上升甲醛的挥发速度加快。在我国有毒化学品优先控制名单中甲醛列居第二位。1.1.21.1.2 甲醛的来源甲醛的来源1.室内装修所用的合成板材，如
5、胶合板、细木工板、高密度板、刨花板。这些板材中甲醛起胶合剂、防腐剂的作用，主要用于加强板材的硬度、防虫、防腐。板材中残留的和未参与反应的甲醛逐渐向周围环境释放，是室内空气中甲醛的主要来源。2.用合成板材制造的家具，厂家为了追求利润使用不合格的板材，再粘贴面材料时使用不合格的胶水，造成家具中甲醛含量超标。3.含有甲醛成分并有可能向外界散发的各类装饰材料，如壁纸、地毯、油漆。第章第章 概述概述2.12.1 系统总概述系统总概述本论文主要完成甲醛检测仪软件设计，设计内容包括：A/D 转换器程序、控制程序、超标报警、键盘检测、数据显示等。本系统采用单片机为控制核心，以实现便携式甲醛检测仪的基本控制功能
6、。系统主要功能内容包括：数据处理、时间设置、开始测量、超标报警、键盘检测、自动休眠：仪器若不进行称量操作，5 分钟后自动进入休眠模式，以降低电源消耗。本系统设计采用功能模块化的设计思想，系统主要分为总体方案设计、硬件和软件的设计三大部分。2.22.2 总体方案设计总体方案设计室内甲醛污染对人身体健康影响较大，标准规定的方法绝大多数是化学分析法,使用的手段是实验室分析仪器 主要有比色计、 分光光度计、化学滴定、 气相和液相色谱。但这些方法费力费时、成本高、自动化程度低过程复杂、大多数过程是人工操作很难做到现场实时控制随着传感器和计算机技术的不断发展，现已有了基于单片机的便携式甲醛测试仪，并且测试
7、测试范围、分辨率、精度、稳定性已接近标准要求。因此本设计可选用基于电化学原理的甲醛传感器，其原理是空气中的甲醛在电极下发生氧化反应，产生的扩散电极电流与空气中的甲醛浓度成正比，通过检测放大电路和放大倍数的调整经 A/D 转换后送单片机 、由单片机现场自动控制检测并显示甲醛浓度。由于甲醛含量超量的话，将对人体健康造成很大的影响。具有民用价值的便携式甲醛检测仪的研制受到了人们的高度重视。设计能够满足生活需要，携带方便的便携式甲醛检测仪迫在眉睫。针对目前的现状，本系统设计遵守体积小，质量轻，性价比高的原则。系系统统初初始始化化、按按键键扫扫描描显显示示选选择择菜菜单单测测量量相相关关设设置置数数据据
8、处处理理 显显示示数数据据串串行行通通信信上上位位机机软软件件对对数数据据处处理理AT89C52LCD传传感感器器信信号号调调制制A/D按按键键时时钟钟外外围围扩扩充充存存储储器器2.32.3 硬件设计硬件设计硬件设计部分主要包括：（MCU、A/D、时钟芯片、LCD、外围扩展数据RAM）等芯片的选择； 硬件主电路设计、数据采集、模数转换电路设计、液晶显示电路设计、外围扩充存储器接口电路、时钟电路、复位电路、键盘接口电路等功能模块电路设计。2.42.4 软件设计软件设计软件设计部分主要包括：编写语言的选择、主程序/子程序流程的设计、功能模块程序的编写、软/硬件结合调试与演示。主要包括一下功能模块
9、：51 驱动、检测、液晶显示、时钟、键盘、模数软换。2.52.5 硬件结构框图如图硬件结构框图如图 2.12.1 所示所示图 2.1 硬件结构框图2.62.6 软件结构框图如图软件结构框图如图 2.22.2 所示所示图 2.2 软件结构框图第第 3 3 章章 硬件硬件设计设计3.13.1 硬件选择硬件选择3.1.13.1.1 MCUMCU 的选择与简介的选择与简介1.1. 单片机的概念和特点单片机的概念和特点现代社会中，尽管 PC 机的应用已经相当普遍，但是，在工控领域，在日益追求小而精、轻而薄的自动化控制器、自动化仪器仪表、家电产品等方面,PC机仍有所不相适宜的地方。而工业控制、仪器仪表、家
10、电产品等市场广阔，要求 PC 机技术与之相适应。在这种情况下，单片机应运而生了（也称作微型计算机） 。微型计算机的基本机构是由中央处理器、储存器、和 I/O 设备构成的。所谓的单片机是指将微型计算机 3 个单元的多个分体中的主要功能用 1 个集成电路芯片来实现，该芯片具有一个微型计算机的基本功能。这种超大规模集成电路芯片即称为单片微型计算机，通常简称单片机。单片机具有以下特点：(1) 受集成度限制，片内存储容量较小，一般 8 位单片机的 ROM 小于 8/16K 字节，RAM 小于 256 字节，但可在外部扩展，通常 ROM、RAM 可分别扩展至 64K 字节。(2) 可靠性好。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰优于一般通用 CPU；程序指令及常数、表格固化在 ROM 中不易破坏；许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。(3) 易扩展。片内具有计算机正常运行所必
