40 / 47基于单片机的气体质量检测系统的设计摘 要本论文研究设计了一种用于公共场所与室内具有检测与超限报警功能的室内空气质量检测系统其设计方案基于89C51单片机，选择瑞士蒙巴波公司的CH20/S-10甲醛传感器和MQ-5气体传感器系统将传感器输出的4~20mA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、数据处理过程以与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和天然气规定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: 甲醛检测/天然气检测/AT89C52单片机ABSTRACTThis thesis design of a paper for public places and indoor testing and over-limit alarm functions with indoor air quality testing system. Its design is based on 89C51 single chip, with the choice of MQ-5 gas sensors and CH20/S-10 formaldehyde sensor from Switzerland mengbabo pany. Sensor system will output 4 ~ 20mA standard signal through the core ADC0832 for A / D conversion circuit after conditioning, by the single-chip microputer for data processing, at last display the formaldehyde concentration on the LCD . The article detailed the data acquisition subsystem, data processing and data display and alarm system circuit design method and process.When the sampling sites when the formaldehyde and Natural gas concentration exceeded，To the single-transistor drive circuit audio alarm will sound the alarm，Testing staff to remind.At the same time，The concentration of formaldehyde, Can be set through the single-chip programming. In addition, the system signals a concentration pensation signal processing, a reduction of measurement error, therefore, have a high measurement accuracy, and simple structure, excellent performance. The range of the system for 0-10ppm, accuracy 0.039ppm.Keywords:Formaldehyde detection,Natural gas detection, AT89C52 single-chip目 录中文摘要I英文摘要II1绪论11.1 引言1２ 概述22.1系统总概述22.2总体方案设计22.3硬件设计22.4软件设计32.5 硬件结构32.6 软件结构33 硬件设计43.1 硬件设计主电路图43.2 硬件选择43.2.1 MCU的选择与简介43.2.2 单片机最小系统的实现63.2.3 数据采集系统83.2.4 模数转换的选择与简介113.2.5 按键选择与简介133.2.6 外围扩充存储器133.2.7 时钟芯片选择与简介143.2.8 上拉电阻153.2.9 液晶显示器简介153.2.10 报警电路163.2.11 硬件仿真环境介绍164软件设计184.1 编写语言的选择184.2 编译软件介绍184.3 主程序模块184.4模数转换194.5按键模块194.6时钟模块204.7液晶显示模块205系统仿真21结束语23致 谢24参考文献25附录26附录一 硬件设计主电路图26附录二 检测主程序程序271 绪论1.1 引言甲醛是一种无色，有强烈刺激性气味的气体。
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中甲醛列居第二位甲醛已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质甲醛是原浆毒物，能与蛋白质结合，吸入高浓度甲醛后会出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛，也可发生支气管哮喘皮肤直接接触甲醛，可引起皮炎、色斑、坏死经常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出现粘膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎、指甲角化和脆弱等全身症状有头痛、乏力、心悸、失眠、体重减轻以与植物神经紊乱等天然气、液化天然气（俗称煤气罐）是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以与微量的惰性气体，如氦和氩等在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40%左右，产生的二氧化硫也很少天然气易燃易爆和空气混合后，温度达到550℃左右就会燃烧；其混合物浓度达到5%－15%，遇到火种就会爆炸。
天然气热值高，约8500－10000千卡/米3，天然气燃烧后发出的热量是一样体积的城市煤气的2.5倍左右２ 概述2.1系统总概述本论文主要完成室内空气质量检测仪的软件设计，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，以实现室内空气质量检测仪的基本控制功能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2.2总体方案设计室内甲醛污染和天然气泄露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空气质量检测仪，并且测试测试X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与MQ-5气体传感器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；MQ-5气体传感器由微型AL2O3 陶瓷管、SnO2 敏感层,测量电极和加热器构成的敏感元件组成，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和煤气、天然气主要参数。
2.3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[1] 2.4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：51驱动、检测、液晶显示、时钟、键盘、模数软换2.5 硬件结构硬件结构如图2-1图2-1硬件电路结构图2.6 软件结构软件结构如图2-2图2-2软件结构框图3 硬件设计3.1 硬件设计主电路图硬件设计住电路图见附录一3.2 硬件选择3.2.1 MCU的选择与简介1）.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；程序指令与常数、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需的部件芯片外部有许多供扩展用的三总线与并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统4)控制功能强为了满足工业控制要求，一般单片机的指令系统中具有极丰富的条件分支转移指令、I/O口的逻辑操作以与位处理功能一般说来，单片机的逻辑控制功能与运行速度均高于同一档次的微处理器5)一般单片机内无监控程序或系统通用管理软件，只放置有用户调试好的应用程序但近年来也开始出现了在片内固化有BASIC解释程序的单片机[4]2）. 单片机的发展与趋势由于单片机具有以上特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用。
随着微电子工艺水平的提高，近十年来单片微型计算机有了飞速的发展归纳起来，它是沿着两条路发展的： 改进集成电路制造工艺，提高芯片的工作速度，降低工作电压和降低功耗： 在保留共同的CPU体系结构，最基本的外设装置（如异步串行口，定时器等）和一套公用的指令系统的基础上，根据不同的应用领域，把不同的外设装置集成到芯片内，在同一个家族内繁衍滋生出各种型号的单片机近年来，单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术，主要表现在一下几点：(1) EFT(Electrical Fast Transien。