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1、 专科毕业设计说明书（论文）扬州市职业大学电气与汽车工程学院毕业设计说明书(论文)作 者: 学 号： 教研室: 电气自动化教研室专 业:电气自动化技术 题 目:基于单片机的空气质量检测仪 指导者： 评阅者： 年 5 月扬州市职业大学电气与汽车工程学院毕业设计（论文）评语学生姓名： 班级、学号： 电气1301 题 目： 基于单片机的空气质量检测仪 综合成绩： 指导者评语： 指导者(签字)： 年5月13日毕业设计（论文）评语 评阅者(签字)： 年 05月 13 日答辩委员会负责人(签字)： 年5月14日毕业设计说明书（论文）中文摘要 人们的生活伴随着科学技术的日新月异，正在发生翻天覆地的变化，在物
2、质条件达到了的一定程度后，开始注重于饮食和环境等方面对身体健康的影响，其中环境和空气对人身体健康的影响越来越受人们的关注和重视。本文设计的是基于单片机的空气质量检测仪，其控制核心为AT89S52单片机，采用MS1100VOC气体传感器和AM2301温湿度传感器作为采集模块，其采集的的模拟数据由ADC0809转换为单片机可识别的数字信号，由单片机将数据进行分析后送入液晶显示实现对当前空气中VOC的含量进行检测显示及当前环境的温湿度的显示，本设计的显示采用LCD1602点阵式液晶显示测量数据，当所测数据超过其设定值后，会进行相应的声光报警。本设计智能化程度高且具有良好的人机操作界面、体积小、功耗低
3、、便于携带等优点。关键词 AT89S52、VOC、传感器、ADC0809、LCD1602显示 第II页 共 II 页 专科毕业设计说明书（论文）目录1绪论11.1空气质量检测仪研究的目的1第一章22研究的内容、方法及总体方案22.1设计内容22.2设计方法22.3 总设计方案22.3.1系统框图32.3.2功能的设定32.3.3硬件的选择3第二章43基于单片机的空气质量检测仪硬件部分设计43.1空气质量检测仪系统简介43.1.1系统硬件结构及原理43.2 AT89S52单片机简介43.21AT89S52单片机扩充口电路53.2.2复位电路模块53.3传感器的选用63.3.1气体传感器63.3.
4、2温湿度传感器73.3.3AM2301电气特性103.4放大滤波电路的设计143.5 模数转换电路设计153.6声光报警电路设计163.7液晶显示电路设计163.8按键电路设计20本章小结22第三章234基于单片机的空气质量检测仪的软件设计234.1系统软件设计思路234.2主程序设计244.2.1主程序模块244.2.2A/D转换模块254.2.3液晶显示模块254.2.4声光报警模块26本章小结28第四章295仿真测试295.1常见的硬件故障315.2硬件的调试方法31本章小结32结束语33致谢34参考文献35附录一36附录二37第 2 页 共 45 页 专科毕业设计说明书（论文）1绪论1
5、.1空气质量检测仪研究的目的随着科技的日新月异，生活环境的变迁，人们开始追求高质量的生活环境。在人的一生中绝大多数的时间会在室内度过的，这样实际上与室内挥发性有害气体的接触时间会比户外多上很多，因此室内的空气的好坏直接影响的人的身体健康，尤其是弱势群体。本文研究的室内污染物主要是VOC,VOC的定义一般分为两种一是指不会造成危害挥发性有机物；另一种是有害的挥发性有机物。本文研究的是会产生危害的挥发性有机物。VOC包括各种挥发性的有机化合物主（主要指室内），在室内环境中有害的挥发性有机物有上百种之多。在室内主要的VOC气体主要要来自燃烧产物、建筑装饰材料、家具等。VOC是由许多不同部分物体所挥发
6、的有机气体，也被称为碳氢化合物。一般情况下VOC的挥发是由压力引起的。根据调查发现，如果不能使室内空气流通，当室内的VOC气体浓度达到一定的程度时，就会引起头痛、恶心等症状，严重时甚至引发晕厥造成记忆力减退等严重后果。综上所述本文的研究价值就有所体现。本设计另一个功能温湿度的检测则可以提醒使用者当前室内的温度与湿度的情况，进行通风或者加湿，这样给使用者提供一个舒适健康的环境。第一章2研究的内容、方法及总体方案2.1设计内容以单片机为核心、传感器为辅。实现对当前室内的挥发性有害气体的浓度监控和当前温湿度的显示，当超过标准时会进行声光报警。2.2设计方法查阅资料选着所需元器件，设计流程图进行程序的
7、编程使用仿真软件进行仿真调试。2.3 总设计方案本设计用传感器进行数据的采集（挥发性有害气体和温湿度）送入A/D转换器中进行模数转换后，将单片机可识别的数字信号送入单片机内进行数据的处理，显示用LCD点阵式液晶屏显示，使其具有良好的显示界面，电源采用锂电池供电，当超过标准或设定值后会进行声光报警。2.3.1系统框图2.3.2功能的设定显示采用LCD1602液晶显示屏，实现1.温度2.湿度3.挥发性有害气体的浓度显示，当超过安全范围时进行声光报警。其中传感器温度测量的范围为-40C80C、湿度测量范围为099.9%RH。具调查研究表明当室内温度为23C28C（夏季）；18C23C（冬季）湿度在3
8、0%RH%RH人体最为舒适。其设定值可根据用户的需求设定。VOC挥发性气体检测值为01000ppm，根据国家规定室内VOC气体低于0.6mg/m3为安全值，当超过时会报警，提醒使用者进行通风。2.3.3硬件的选择AT89S52具有8Kb的ROM，有着上千擦写功能且相关资料多，容易购买，价格低等优点满足本文设计所需，在传感器部分考虑根据性能、价格和合适本设计的需求后，选用MS1100VOC气体传感器和AM2301温湿度传感器。在模数转换器件的选择上考虑本设计的需求精度要求不是很高，所以选择性能满足设计需求的且价格低廉的ADC0809。第二章3基于单片机的空气质量检测仪硬件部分设计3.1空气质量检
9、测仪系统简介基于AT89S52单片机的空气质量检测仪的设计是对当前室内挥发性气体即VOC的浓度进行监控同时显示当前室内的温湿度。本设计显示装置采用LCD1602液晶显示屏，具有良好的操作界面。考虑在测量值超过设定值时需进行报警提醒使用者，所以设计一个声光报警。基于单片机的空气质量检测仪体积小、功耗低、价格低、操作简单，适用于进行当前室内质量的检测。3.1.1系统硬件结构及原理本设计采用的使用的是Atmel公司的一款8位低功耗、高性能的AT89S52单片机做为控制核心，挥发性气体通过MS1100传感器进行检测、采集数据输出与浓度相应的电压信号，将该信号放大后按相应的频率由ADC0809进行模数转
10、换后送进单片机进行数据采集处理后进行显示。单片机对数据进行数字处理后由LCD1602液晶显示屏显示出当前室内VOC气体浓度值及温湿度。若空气中VOC气体的浓度有超过国家标准（0.6mg/m3）将会触发声光报警系统，温湿度显示同理。3.2 AT89S52单片机简介随着计算机技术的飞速发展。单片机作为计算机技术的一个分支，具有集成度高、可靠性高、控制能力强、低电压低功耗、体积小、易于嵌入等优点。广泛应用于工业、自动化行业、家用电器、智能玩具等多方面领域。根据本设计的情况，选用市场上价格低廉满足设计需求的Atmel公司的AT89S52单片机。 图3.23.21AT89S52单片机扩充口电路考虑AT8
11、9S52的管脚不够用采用8255A（可编程外设接口电路）进行扩充，其中把AT89S52单片机的P0口作为扩充口，P2口用于LCD1602液晶显示。8255A的PA口用于报警灯的状态，PB口用于A/D转换后输入，PC口按键状态的输入端。如图3.2.1示图3.2.13.2.2复位电路模块复位电路接到AT89S52单片机的RST引脚上，用于实现单片机程序的初始化。当系统发生错误或者操作失误都可以通过复位电路回到初始状态。复位电路有自动复位和手动复位，本设计采用上电/按键手动复，如下图3.2.2示 图3.2.23.3传感器的选用3.3.1气体传感器国内外常见器敏传感器有1.QM-B型薄膜器敏元件2.T
12、GS816型器敏传感器3.TSG109型器敏传感器4.EGS-NO2A型气敏传感器5.TC-4型可燃气体探测器6.氧气测定器7.FT626环境氡 仪8.ZAL型红外气体分析仪。一般可分为固态电解质气敏传感器、声表面波（SAW）气敏传感器、半导体气敏传感器、金属栅MOS气敏传感器、真空度气敏传感器、气体分析传感器、微波气体成分传感器、光成分分析传感器等。固态电解质气敏传感器固体电解质气敏传感器以离子为导体的传感器主要有固体电解质和气敏元件两个部分组成。常用于温室中CO2浓度的检测。具有良好的灵敏性和稳定性。声表面波气敏传感器声表面波气敏传感器的结构通常分为两种一种是采用SAW延迟线，另一种是采用
13、谐振器，在我国常用的SWA延迟线型的声表面波气敏传感器。由于声表面波气敏传感器具有精度高、抗干扰能力强且不需要接模数转换器等优点。虽然其复杂程度高，但在各领域都被广泛使用。半导体气敏传感器半导体气敏传感器主要的组成部分为氧化物半导体材料。半导体材料的特殊性使气体可改变半导体材料载流子的浓度，这样使得的半导体的导电程程度得到了改变。因为半导体气敏传感器理想的工作温度达几百摄氏度，所以一般场合不使用。金属栅MOS气敏传感器采用能溶解氢的金属钯（Pd）作为MOSFET的栅极材料，研制成能对氢气及某些无机含氢气体具有敏感作用的气敏MOSFET,成功地将半导体技术引入到气敏传感器领域。真空度气敏传感器真空度气敏传感器是用在空气稀薄（空气稀薄气体压力1 atm 以下）的场合。是空气稀薄气体压力（1 atm 以下）的真空计，在实际应用中检测的是在一定温度和压力下气体容量器的气体量传感器。微波气体成分传感器微波气体传感器是指在微波范围内，极性气体能够吸收与其转动能级间隔对应的微波，利用极性分子的这一特点可构成对其他成分不起干涉作用的分析仪。光成分分析传感器光成分分析传感器是用光学方法分析试样成分的传感器。
