室內環(huán)境測量嵌入式課程設計(含外文翻譯)

1、<p><b>　　嵌入式課程設計論文</b></p><p>　　題 目： 室內環(huán)境檢測系統(tǒng)設計 </p><p>　　院（系）： 計算機與通信學院 </p><p>　　專業(yè)年級： </p><p>　　姓 名 ： <

2、;/p><p>　　學 號 ： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　日期： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著我國經濟的發(fā)展，人民生活水

3、平的提高，人們對環(huán)境問題及健康問題日益重視，室內空氣品質（IAQ）狀況受到越來越多的關注。人的一生中有三分之二的時間是在居室內度過的。本文研究的室內便攜式智能空氣品質監(jiān)測儀是以室內空氣中有毒有害氣體的監(jiān)測監(jiān)控為背景，是以ATMEL工公司的一款8位超低功耗單片機AT89S52為控制核心，能夠實現(xiàn)對室內溫度，濕度，甲醛，苯和氨的實時采集處理、顯示、報警等功能。儀器采用鋰電池供電，具有良好的便攜性和通用性，并且使用LCD1602點陣式液晶屏顯

4、示菜單，有良好的人機對話界面。同時設計了聲光報警系統(tǒng)，實現(xiàn)在參數(shù)超標時及時的報警。室內智能空氣品質監(jiān)測儀體積小，功耗低，操作簡單，適合應用于家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康保健，能夠實時知道室內空氣的質量。</p><p>　　關鍵詞：AT89S52；室內空氣品質；LCD顯示；溫濕度；甲醛</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p&g

5、t;　　With the development of our national economy and improvement of people's living standard, awareness of environmental issues and health problems increasing emphasis on indoor air quality (IAQ) conditions have been

6、 paid more attention to.. Two-thirds of people's life time is spent in the living room. In this paper, Indoor Air Quality Portable Intelligent Monitor is on the background of toxic and harmful gases,</p><p

7、>　　based on an ATMEL 8-bit working ultra-low power MCU AT89S52 as control core, which can realize real-time acquisition and processing, display ,alarm and other functions of indoor temperature, humidity, formaldehyde,

8、 benzene and ammonia. </p><p>　　Equipment powered by lithium batteries, has a good portability and versatility, and use the LCD1602 dot matrix LCD screen to display menu, and has a good interactive interface

9、. At the same time sound and light alarm system is designed to achieve a timely manner when the parameter level exceeds the limit. Indoor Air Quality Portable Intelligent Monitor, small size, low power consumption, simpl

10、e operation, and is suitable for family and community health care in order to know real-time acquisition </p><p>　　Key words：AT89S52；IAQ；LCD display；humiture；formaldehyde</p><p><b>　　目 錄&

11、lt;/b></p><p><b>　　目 錄I</b></p><p>　　第一章 緒 論1</p><p>　　1.1課題的目的及意義1</p><p>　　1.1.1室內空氣品質(IAQ)的重要性1</p><p>　　1.1.2課題研究目的及意義2</p>

12、<p>　　1.2國內外的研究狀況2</p><p>　　1.3本文的主要研究內容及總體方案設計3</p><p>　　1.3.1本文的主要研究內容3</p><p>　　1.3.2總體方案設計3</p><p>　　圖1.1 系統(tǒng)結構框圖3</p><p>　　第二章 室內空氣品質基本介紹4

13、</p><p>　　2.1室內空氣品質及認識4</p><p>　　2.1.1室內空氣研究的背景4</p><p>　　2.1.2室內污染物種類及來源分析4</p><p>　　2.1.3室內空氣品質的幾點認識5</p><p>　　2.2室內空氣品質的監(jiān)測方法及改善空氣品質的方法5</p>

14、<p>　　2.2.1室內空氣品質監(jiān)測方法5</p><p>　　2.2.2改善空氣品質方法6</p><p>　　2.3室內空氣品質測試指標的選定6</p><p>　　第三章 室內空氣品質監(jiān)測儀的硬件設計8</p><p>　　3.1室內空氣品質監(jiān)測儀系統(tǒng)簡介8</p><p>　　3.1.1系

15、統(tǒng)硬件結構及原理8</p><p>　　3.1.2 AT89S52單片機簡介9</p><p>　　3.1.3AT89S52單片機與其擴展10</p><p>　　3.2傳感器的選用10</p><p>　　3.2.1氣體傳感器10</p><p>　　3.2.2溫濕傳感器14</p>&l

16、t;p>　　3.3前置放大濾波電路的設計17</p><p>　　3.4模數(shù)轉換電路的設計20</p><p>　　3.5聲光報警電路的設計21</p><p>　　3.6液晶顯示電路設計21</p><p>　　3.7復位電路設計22</p><p>　　3.8電源電路設計23</p>

17、<p>　　3.9本章小結23</p><p>　　第四章 室內空氣品質監(jiān)測儀的軟件設計24</p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件設計思路24</p><p>　　4.1.1編程語言的選擇24</p><p>　　4.1.2軟件功能需求24</p><p>　　4.2軟件模塊設計26</p&

18、gt;<p>　　4.2.1主程序模塊26</p><p>　　4.2.2 AD轉換模塊26</p><p>　　4.2.3液晶顯示模塊27</p><p>　　4.2.4聲光報警模塊28</p><p>　　4.3本章小結28</p><p>　　第五章 結論與展望29</p>

19、<p>　　5.1主要結論29</p><p><b>　　5.2展望29</b></p><p><b>　　參考文獻30</b></p><p><b>　　附 錄31</b></p><p>　　附錄一 原理電路圖31</p>

20、<p>　　附錄二 程序清單32</p><p>　　附錄三 外文翻譯50</p><p><b>　　外文資料50</b></p><p><b>　　致 謝65</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b><

21、/p><p>　　1.1課題的目的及意義</p><p>　　1.1.1室內空氣品質(IAQ)的重要性</p><p>　　隨著科學技術、生產條件、生活水平的改善和提高，建筑結構的封閉化室內辦公人員的增加，Indoor Air Quality（IAQ）室內空氣品質的研究吸引了越來越多人的關注。美國科學家在80年代末的一項調查中發(fā)現(xiàn)，室內有害污染物濃度比室外高，有的甚至

22、高達100倍。我國有關部門在1994年的一次調查中也發(fā)現(xiàn)，城市室內空氣的污染程度比室外嚴重，有的超過室外56倍。據(jù)估計，人的一生平均90%的時間在室內度過，室內作為現(xiàn)代人類最主要的活動場所之一，其環(huán)境品質與人類健康息息相關。由此造成的病態(tài)建筑綜合癥（SBS－Sick Building Syndrome）：現(xiàn)代都市病，包括頭痛、惡心 疲乏、失眠、記憶力衰退 皮膚、粘膜有刺激感（眼紅、流淚、咽干） 呼吸紊亂等也越來越突出。</p>

23、;<p>　　IAQ在健康方面的影響：美國環(huán)保署(EPA)調查表明:在美國，IAQ問題是有關全民健康的首要問題之一，受其影響的美國人口多達3000萬，造成的經濟損失超過了400億美元/年，這些數(shù)字令人觸目驚心[1]；加拿大衛(wèi)生組織調查表明：68%的疾病與室內環(huán)境污染有關，其中80%~90%的癌癥與居住環(huán)境和生活習慣有關;英國科學家漢密爾頓測驗了220名英國人血液中60種化學元素的平均含量，發(fā)現(xiàn)其與地殼中這些元素的含量分布相

24、當;湖南省相關部門對空氣污染區(qū)及清潔區(qū)9-10歲兒童為調查對象，研究空氣污染對兒童免疫力的影響，結果顯示:污染區(qū)兒童的免疫能力僅為清潔區(qū)兒童免疫能力的1/3;據(jù)統(tǒng)計，我國每年有11萬人因IAQ不好而導致死亡; 從我國“室內環(huán)境監(jiān)測中心”對IAQ監(jiān)測力度越來越大的趨勢也可以看出，此問題在我國也是越來越嚴重。</p><p>　　IAQ在工作效率及社會經濟方面的影響：美國“職業(yè)安全及健康管理局”估計因室內環(huán)境質量惡劣

25、而導致每個員工每天損失14-15分鐘的工作時間，不僅損失了生產力，使成本上升，而且也導致醫(yī)療費用的增多影響整個社會的經濟利益;美國的另一項調查得知由于IAQ惡劣而導致總經濟成本的損失每年高達47-54億美元(沒有包括對建筑材料及各種器材的損失);香港環(huán)保署的首份IAQ調查表明香港辦公室和公共場所的IAQ不佳，造成醫(yī)療費、生產力和機電費的損失每年高達176億元[2][3]。</p><p>　　鑒于此，人們認識到解

26、決IAQ問題的重要性與迫切性，同時IAQ問題已經成為建筑環(huán)境、醫(yī)藥衛(wèi)生、智能監(jiān)測、自動控制等研究領域所關心的問題。</p><p>　　1.1.2課題研究目的及意義 </p><p>　　目前由于建筑材料品質不一、劣質燃料、抽煙、通風不良等原因，室內的空氣狀況往往不如室外，盡管大量的空調系統(tǒng)被應用到室內空間，但往往為了節(jié)能，減少自然通風了而利用回風，使IAQ進一步惡化，同時出現(xiàn)的舒適性空調

27、僅著眼于熱舒適，忽視了空氣凈化，從而導致了一些負面作用: SBS(Sick Building Syndrom)建筑物綜合癥、BRI(Building Rolated Illiness)建筑物關聯(lián)癥和MCS(Multiple Chemical Sensitivity)化學物資過敏癥等[4]。</p><p>　　隨著人們對IAQ認識程度的加深，以及健康保健知識的發(fā)展，人們不僅希望知道是什么污染物在作怪，更希望知道污

28、染的濃度水平如何?這種濃度會對健康造成什么短期和長期危害?對存在的污染應該如何控制治理? </p><p>　　在這種情況下，設計開發(fā)一套空氣質量監(jiān)測儀表是有現(xiàn)實意義的。目前，對于室內環(huán)境監(jiān)測具儀表已經有很多種，雖然此類儀表成本不是很高，監(jiān)測速度較快，但是絕大數(shù)產品只是用來監(jiān)測，不具備自動控制調節(jié)室內空氣質量的能力。實際上，單純的監(jiān)測不能提供經濟可行的空氣質量調節(jié)措施，因此只有以控制作為監(jiān)測的后備支持，監(jiān)測工作才

29、可以更深入持久地開展下去，才能達到監(jiān)測和控制的有機結合，盡快為人們創(chuàng)造良好的室內環(huán)境。因此，本文基于量化監(jiān)測，提出“室內便攜式智能空氣品質監(jiān)測儀”系統(tǒng)，此系統(tǒng)旨在實現(xiàn)室內空氣溫度、濕度、有害氣體的預警監(jiān)測及自適應智能調節(jié)，利用MCU進行數(shù)據(jù)采集保證了前臺數(shù)據(jù)的及時、準確，有利于進行全方位的評價，為人類營造一個健康的室內生存空間。</p><p>　　1.2國內外的研究狀況</p><p>

30、　　氣體傳感器測定甲醛成為近年來甲醛檢測研究的新熱點。早在1983年，壓電類甲醛傳感器就已問世。這種傳感器可以不需要對樣品進行任何處理就可以測定，但易受水分子的影響而使晶體震動頻率發(fā)生漂移，故基本無實用性。為適應室內空氣甲醛現(xiàn)場快速檢測的要求，目前已開發(fā)出不少甲醛快速測定儀，這些儀器可直接在現(xiàn)場測定甲醛濃度，操作方便，適用于室內和公共場所空氣中甲醛濃度的現(xiàn)場測定，也適用于環(huán)境測試艙法測定木質板材中的甲醛釋放量。但這些儀器的工作原理、響應

31、性能、適應范圍等都不同。</p><p>　　在測試甲醛、苯等害氣體方面，國外比較出名的有:美國ESC公司生產的Z一300甲醛檢測儀、英國PPM公司生產的PPM-400甲醛檢測儀;國內的有:江蘇安普電子工程有限公司生產的400型甲醛分析儀、北京賓達綠創(chuàng)科技有限公司生產的甲醛測定儀抑一308等[5]。</p><p>　　這些儀器可實現(xiàn)對有害氣體的檢測功能，適用于專業(yè)檢測機構或實驗研究機構。

32、準確測定甲醛、苯、氨等有害氣體的設備昂貴(如英國PPM公司生產的PPM400甲醛儀約兩萬多元)，測定時間較長，每隔一段時間就需進行重新標定，需要專業(yè)人員進行操作，很難連續(xù)測定[6]；目前國內外產品的設計差異主要集中在監(jiān)測傳感器和控制單片機芯片的選用，操作方面國外的產品操作界面方便，功能加完備[7]。</p><p>　　1.3本文的主要研究內容及總體方案設計</p><p>　　1.3.1

33、本文的主要研究內容</p><p>　　本課題主要集中在IAQ的監(jiān)測、顯示、報警三個方面。本文內容安排如下:</p><p>　　第一章:室內空氣品質監(jiān)測課題的提出及意義，介紹國內外的研究狀況及確定總體方案。</p><p>　　第二章:監(jiān)測系統(tǒng)的具體方案的選擇 (1)確定監(jiān)測對象:選擇有代表性的監(jiān)測對象是進行下一步研究的關鍵;(2)布置采樣點:根據(jù)選用的傳感器的特

34、點，及待測指標的精度要求布置傳感器;(3)數(shù)據(jù)的顯示及報警控制系統(tǒng)。</p><p>　　第三章與第四章:室內空氣品質監(jiān)測儀的各個硬件模塊的設計，介紹在室內空氣品質實驗裝置基礎上設計的具有實際應用價值的室內空氣品質監(jiān)控系統(tǒng)的硬件與軟件組成。</p><p>　　第五章:整個系統(tǒng)的仿真調試。</p><p>　　第六章:總結本文研究工作以及在研究方面存在的不足，提出了

35、進一步研究的展望。</p><p>　　1.3.2總體方案設計</p><p>　　本設計集甲醛，苯，氨氣以及溫濕度監(jiān)測，顯示與報警于一體，利用MCU進行數(shù)據(jù)采集保證了前臺數(shù)據(jù)的及時、準確，有利于進行全方位的評價。儀器采用鋰電池供電，具有良好的便攜性和通用性，并且使用LCD點陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機對話界面。</p><p>　　圖1.1 系統(tǒng)結構框圖<

36、;/p><p>　　第二章 室內空氣品質基本介紹</p><p>　　2.1室內空氣品質及認識</p><p>　　2.1.1室內空氣研究的背景</p><p>　　隨著城市人們生活水平的不斷提高，各類裝飾裝修材料、家具和日用化妝品大量進入室內，使室內污染物的來源和種類日益增多，造成室內空氣污染程度在室外空氣污染的基礎上更加重了一層。為了節(jié)約能源

37、現(xiàn)代建筑物的密閉性增加，新風量不足，加上建筑的密閉性越來越好，使用的人工合成材料越來越多，使得室內污染物不能及時排除室外，在室內存儲、蓄積，造成室內空氣惡化。人們在人工環(huán)境中所處的時間越來越長，結果引發(fā)了各種與室內環(huán)境相關的病癥。所謂“兇宅”、“鬼屋”或“風水不好”的房屋，不少是積累了大量有毒有害物質的緣故[8]。 </p><p>　　在20世紀70年代末期，認為IAQ代表一系列污染物濃度的指標，采用通風換氣等

38、手段稀釋污染物濃度，使危害降低;近幾年研究表明，IAQ還包含其它因素，如空氣溫度、濕度、及氣流速度等，同時注意到IAQ是一個變量，涉及到設計、施工、和運行管理等多專業(yè)、多學科。污染源控制屬于起點控制，而通風換氣控制屬于終點控制，每種單一的控制都不能解決目前的IAQ問題，因此IAQ成為現(xiàn)代建筑科學、醫(yī)學衛(wèi)生、建筑環(huán)境工程、建筑設計等諸方面的研究課題[9]。</p><p>　　2.1.2室內污染物種類及來源分析&l

39、t;/p><p>　　室內的污染源大致有五類如表2.1所示:</p><p>　　表2.1 室內五大污染源</p><p>　　室內污染物的來源主要有如表2.2所示的四種來源：</p><p>　　表2.2室內污染物主要來源</p><p>　　雖然影響IAQ的原因多，但絕大多數(shù)由室內環(huán)境自身原因造成的，隨室內容積、通風量

40、、自然清除等而不同。IAQ對健康的影響有以下的特性:(1)影響范圍大，幾乎涉及所有人群；(2)接觸時間長；(3)污染物濃度低，短期內反應不明顯;(4)污染物種類多;(5)濃度值與健康的關系不明顯[10]。</p><p>　　2.1.3室內空氣品質的幾點認識</p><p>　　(1)對“室內空氣品質問題”的認識與評價方法、對策措施、解決途徑與以往的“室內污染”完全不同，如果不跳出“室內污

41、染”的老框框，難以使室內空氣品質問題有新進展。</p><p>　　(2)由于IAQ問題是由多因子、多途徑誘發(fā)的，應將IAQ看成一個變量，是設計、施工、維護管理和運行狀態(tài)綜合形成的一個結果，如果單純強調建筑裝修材料污染控制(起點控制)或僅依賴通風空調(終點控制)是不可能解決IAQ問題，只有從設計、施工維護以及運行管理“全過程控制”才可能真正改善室內空氣品質。目前迫切需要多學科協(xié)同研究，做一些綜合性的大課題。<

42、;/p><p>　　(3)我國己經建立了有關IAQ方面的標準，應用于新修訂的節(jié)能暖通規(guī)范條文中，但較為籠統(tǒng)，難以解決具體工程問題，建議全國學會應象美國ASHRAE學會一樣，單獨建立室內空氣品質評估。</p><p>　　2.2室內空氣品質的監(jiān)測方法及改善空氣品質的方法</p><p>　　2.2.1室內空氣品質監(jiān)測方法</p><p><b

43、>　　(1)化學分析方法</b></p><p>　　主要采用空氣取樣，通過一定的化學反應方法，測定待測的污染物濃度。</p><p>　　(2)傳感器監(jiān)測方法</p><p>　　選擇適當類型的傳感器可直接讀取待測物的濃度。傳感器按原理分為:電阻型傳感器、電感型傳感器、電容型傳感器、DNA生物傳感器、電化學傳感器。</p><

44、p>　　2.2.2改善空氣品質方法</p><p><b>　　(1)開窗通風換氣</b></p><p>　　開窗通風可以始終保持室內具有良好的空氣品質,是改善住宅室內空氣品質的關鍵。Sundell教授對瑞典160幢建筑進行研究,發(fā)現(xiàn)新風量越大,發(fā)生建筑病綜合癥的風險就越小。即使在較寒冷的冬季,也最好能開一些窗戶,使室外的新鮮空氣能進入室內。</p>

45、;<p><b>　　(2)合理使用空調</b></p><p>　　包括三方面的內容:一是合理控制室內的溫度濕度。室內外的溫差不宜太大,夏季一般溫差維持在6~7℃比較合適,有利于人體進行自我調節(jié);冬天,空氣較干燥,最好能配備加濕設備,使空氣保持濕潤。二是現(xiàn)在住宅多使用分體式空調,空氣基本上在室內循環(huán),因此, 最好能適當開一點窗引進些新鮮空氣。三是對過濾器要經常進行清洗,既可保

46、證盤管的風量,又能及時清除過濾器上的臟物。</p><p>　　(3)選用一些室內空氣處理設備配合空調一起使用如去濕機、加濕機、過濾器、負離子發(fā)生器等。去濕機、加濕機能保持室內適當?shù)臐穸取；钚蕴几咝н^濾器,能有效過濾室內的CO2、CO、VOC、顆粒物等污染物,保持室內具有較好的空氣品質。負離子對人體的健康有益。</p><p>　　(4)辯證地看待現(xiàn)有空調器的一些附加功能所謂空調器的附加功

47、能,如負離子發(fā)生器、冷觸媒、高效過濾等功能,對改善室內空氣品質有一定的作用,但所起的作用很有限,不能完全依賴。更何況某些附加功能隨著時間的推移,效果會越來越差,有的甚至不起作用,因此,開窗通風換氣還是改善室內空氣品的重要手段。</p><p>　　(5)合理選擇裝修材料及裝修方式</p><p>　　盡量選擇釋放VOC較少的裝修材料、膠水、涂料、油漆等,并在裝修好后,開窗換氣, 等室內VO

48、C降低至較低程度后再入住。提倡接近自然的裝修方式,盡量少用各種化學及人工材料，盡量不要過度裝修。購置新家具后也應開窗換氣,向外散發(fā)家具中釋放的VOC等。除此之外，居住者應在排氣、通風、種植植物、不在室內抽煙、不使用噴霧劑和殺蟲劑,以及經常清潔地毯、環(huán)境等方面，注意保護和造就良好的室內空氣品質[11]。</p><p>　　2.3室內空氣品質測試指標的選定</p><p>　　室內污染物種類

49、繁多，不可能逐一測量，研究的思路是用一個典型的污染物來代表一類污染物，這種污染物稱為評價指標。此外，室內空氣品質是一個綜合性的指標，要考慮多方面的因子，借鑒目前國內外常用的IAQ監(jiān)測指標，本課題的監(jiān)測指標訂為溫度，濕度，甲醛，苯，氨氣五個參量。各指標標準見表2.3：</p><p>　　表2.23 室內空氣監(jiān)測指標限度</p><p>　　甲醛，苯和氨氣是室內空氣中常見的三種毒氣：<

50、/p><p>　　(1)甲醛(HCHO)是一種無色易溶的刺激性氣體，沸點190C，易揮發(fā)，所以在室內空氣品質研究中，將其歸為VOC，即揮發(fā)性有機化合(Volatile Organic ompounds)。甲醛具有強烈刺激性氣味，其毒性主要表現(xiàn)在神經系統(tǒng)及呼吸系統(tǒng)癥狀。當室內甲醛含量為0.1 mg/m3時就有異味和不適感，0.5mg/m3可刺激眼睛引起流淚，0.6mg/m3時引起咽喉不適或疼痛;濃度再高可引起惡心、嘔吐

51、、咳嗽、胸悶、氣喘甚至肺氣腫;當空氣中達到30 mg/m3時可當即導致死亡。</p><p>　　甲醛是室內揮發(fā)性有機物中最主要污染源，其廣泛存在于室內裝修材料如壁紙、地板、油漆、膠水等。我國于1996年頒布了《居室空氣中甲醛的衛(wèi)生標準》，明確規(guī)定居室空氣中甲醛的最高允許濃度為0.6ppm即0.08mg/m3</p><p>　　(2)苯(C6H6)是一種無色具有特殊芳香氣味的液體，沸點為

52、80°C。目前室內裝飾中多用甲苯、二甲苯代替純苯作各種膠、油漆、涂料和防水材料的溶劑或稀釋劑。苯具有易揮發(fā)、易燃、蒸氣有爆炸性的特點。人在短時間內吸入高濃度甲苯、二甲苯時，可出現(xiàn)中樞神經系統(tǒng)麻醉作用，輕者有頭暈、頭痛、惡心、意識模糊，嚴重者可致昏迷以致呼吸衰竭而死亡。</p><p>　　苯及其同系衍生物主要來自各種建筑材料，油漆、膠和防水涂料。目前我國對苯及苯系衍生物的室內空氣濃度尚沒有標準，一般認為

53、苯含量低于1ppm，甲苯含量低于2.7ppm，二甲苯含量低于2.3ppm，乙苯含量低于2ppm即可認為其對人體無害,即0.09mg/m3。</p><p>　　(3)氨(NH3)是一種無色而具有強烈刺激性臭味的氣體，比空氣輕(比重0.5)，當濃度高于5.3ppm時可以被健康成年人感覺到。氨是一種堿性物質，它對接觸的皮膚組織有腐蝕和刺激作用。</p><p>　　室內空氣中的氨主要來自建筑施

54、工中使用的混凝土添加劑，這些含大量氨類物質的添加劑在墻體中隨著溫度等環(huán)境因素的變化而還原成氨氣，從墻體中緩慢釋放出來。另外，氨也可來自室內裝飾材料。目前主要使用國家衛(wèi)生部門1995年制定的公共場所衛(wèi)生標準中的《理發(fā)店、美容店衛(wèi)生標準》，因為理發(fā)店操作中經常使用氨水，所以國家規(guī)定每立方米空氣中氨氣不得超過0.2毫克[12]。</p><p>　　第三章 室內空氣品質監(jiān)測儀的硬件設計</p><p

55、>　　3.1室內空氣品質監(jiān)測儀系統(tǒng)簡介</p><p>　　基于AT89S52的室內便攜式智能空氣品質監(jiān)測儀是以室內空氣中有毒有害氣體的監(jiān)測監(jiān)控為背景，能夠實現(xiàn)對室內溫度，濕度，甲醛，苯和氨的實時采集處理、顯示、報警等功能。儀器采用鋰電池供電，具有良好的便攜性和通用性，并且使用LCD點陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機對話界面。同時設計了聲光報警系統(tǒng)，實現(xiàn)在參數(shù)超標時及時的報警。室內智能空氣品質監(jiān)測儀體積小，

56、功耗低，操作簡單，適合應用于家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康保健，能夠實時知道室內空氣的質量。</p><p>　　3.1.1系統(tǒng)硬件結構及原理</p><p>　　本文研究的室內便攜式智能空氣品質監(jiān)測儀是以ATMEL工公司的一款8位超低功耗單片機AT89S52為控制核心，系統(tǒng)結構如圖3.1所示。室內空氣中有害氣體甲醛、苯、氨分別通過傳感器組中的傳感器1、傳感器2、傳感器3輸出一個與甲醛、苯、氨濃度相

57、對應的電流信號,該信號經過放大濾波后通過多路轉換器分時間段進行采樣保持,最后經過A/D轉換電路按一定得采樣頻率將模擬信號轉換為數(shù)字信號送入單片機進行數(shù)據(jù)采集以便進行顯示處理，溫濕傳感器直接與單片機相連。單片機對采樣值進行數(shù)字處理后驅動液晶顯示器分別顯示出被測室內空氣中的甲醛、苯、氨的濃度值及溫濕度。若被測室內空氣中甲醛、苯、氨的濃度某種有超過國家標準或設定的危險值時報警電路對應的發(fā)出聲光報警信號。</p><p>

58、;<b>　　圖3.1系統(tǒng)結構圖</b></p><p>　　3.1.2 AT89S52單片機簡介</p><p>　　隨著計算機技術的發(fā)展，單片機因具有集成度高、體積小、速度快、價格低等特點而在許多領域如過程控制、數(shù)據(jù)采集、機電一體化、智能化儀表、家用電器以及網絡技術等方面得到廣泛應用，從而使這些領域的技術水平、自動化程度大大提高。根據(jù)上述幾方面及本課題的實際情況，

59、單片機型號的選擇主要從以下兩點考慮:</p><p>　　一是要有較強的抗干擾能力。由于一般室內電子電器產品比較多，這對單片機的干擾較大，所以應采用抗干擾性能較好的單片機機型。</p><p>　　二是要有較高的性價比。由于MCS-51系列在我國使用最廣且該系列的資料和能夠兼容的外圍芯片也比較多，特別是ATMEL公司2003年推出的新一代89S系列單片機，故本文采用ATMEL公司生產的AT

60、89S52單片機作為本系統(tǒng)控制單元的核心部件。</p><p>　　AT89S52單片機是AT89S系列單片機中的一種，圖3.2是一般常用的雙列直插式，它是在現(xiàn)己廣泛應用于工業(yè)控制等各領域的AT89C52系列單片機的換代產品。因此它具有89C52的全部功能： AT89S52新增加的功能由特殊功能寄存器完成。</p><p>　　圖3.2 AT89S52芯片</p><p

61、>　　AT89S52單片機有以下特點：兼容MCS51微控制器；8K字節(jié)FLASH存貯器支持在系統(tǒng)編程ISP1000次擦寫周期；256字節(jié)片內RAM；工作電壓4.0V到5.5V；全靜態(tài)時鐘0Hz到33MHz；三級程序加密；32個可編程I/O口；3個16位定時/計數(shù)器；8個中斷源；完全的雙工UART串行口；低功耗支持Idle和Power-down模式；Power-down模式支持中斷喚醒；看門狗定時器；雙數(shù)據(jù)指針</p>

62、<p><b>　　；上電復位標志</b></p><p>　　此外，AT89S52和AT89C系列單片機相比新增加了許多功能，這將使單片機在工作過程中具備更高的穩(wěn)定性和電磁抗干擾性。首先，AT89S52支持ISP在線編程，這使生產及維護更為方便。其次，AT89S52內部增加了片內看門狗定時器，這將有利于堅固用戶應用系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性。最后，AT89S52運行速度更高，最高晶振

63、可達到33MHZ。正因為AT89S52單片機增加了高可靠性、安全性的功能，所以能避免因外部芯片擴展過多或傳感器輸入信號過多而引起的信號失真、電磁干擾等現(xiàn)象的發(fā)生。因此，用它作為室內空氣品質監(jiān)測控制完全可以滿足實時監(jiān)測、報警等要求。而且，從經濟性的角度來看，AT89S52不但硬件結構簡單，而且價格低、功能好、性價比高，符合我國工業(yè)設計制造的要求[13][14]。</p><p>　　AT89S52單片機與其擴展&l

64、t;/p><p>　　設計中采用AT89S52單片機作為本系統(tǒng)控制單元的核心部件并采用8255A用作并行接口。硬件連接圖如圖3.3所示，其中89S52的P0口做擴展用，P1口做通道選擇，P2口控制LCD1602顯示。8255A的PA作輸出口控制燈的亮滅，PB口做輸入接收AD轉換后的數(shù)字量，PC口做輸入循環(huán)掃描按鍵是否按下。</p><p>　　圖3.3 8255A與AT89S52的硬件連接

65、圖</p><p><b>　　3.2傳感器的選用</b></p><p>　　3.2.1氣體傳感器</p><p>　　1．氣體傳感器基礎知識</p><p>　　按照氣敏特性來分，氣體傳感器主要分為：半導體型、電化學型、固體電解質型、接觸燃燒型、光化學型等氣體傳感器，又以前兩種最為普遍。</p><

66、;p>　　(1)半導體型氣體傳感器的優(yōu)缺點</p><p>　　半導體氣體傳感器具有成本低廉、制造簡單、靈敏度高、響應速度快、壽命長、對濕度敏感低和電路簡單等優(yōu)點。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。</p><p>　　(2)半導體傳感器需要加熱的原因</p><p>　　半導體傳感器是利用一種金屬氧

67、化物薄膜制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量不同而變化。氣體分子在薄膜表面進行還原反應以引起傳感器電導率的變化。為了消除氣體分子達到初始狀態(tài)就必須發(fā)生一次氧化反應。傳感器內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致溫度太低反應不充分。</p><p>　　(3)電化學氣體傳感器的工作原理</p><p>　　電化學氣體傳感器是通過監(jiān)測

68、電流來監(jiān)測氣體的濃度，分為不需供電的原電池式以及需要供電的可控電位電解式，目前可以監(jiān)測許多有毒氣體和氧氣，后者還能監(jiān)測血液中的氧濃度。電化學傳感器的主要優(yōu)點是氣體的高靈敏度以及良好的選擇性。不足之處是有壽命的限制一般為兩年。</p><p>　　(4)半導體傳感器和電化學傳感器的區(qū)別</p><p>　　半導體傳感器因其簡單低價已經得到廣泛應用，但是又因為它的選擇性差和穩(wěn)定性不理想目前還只

69、是在民用級別使用。而電化學傳感器因其良好的選擇性和高靈敏度被廣泛應用在幾乎所有工業(yè)場合。</p><p>　　(5)固態(tài)電解質氣體傳感器</p><p>　　顧名思義，固態(tài)電解質就是以固體離子導電為電解質的化學電池。它介于半導體和電化學之間。選擇性，靈敏度高于半導體而壽命又長于電化學，所以也得到了很多的應用，不足之處就是響應時間過長。</p><p>　　(6)接觸

70、燃燒式氣體傳感器</p><p>　　接觸燃燒式氣體傳感器只能測量可燃氣體。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，可燃氣體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。后者因為催化劑的關系具有廣普特性應用更廣。</p><p>　　(7)光學式氣體傳感器</p><p>　　光學式氣體傳感器主要包括紅外吸收型、

71、光譜吸收型、熒光型等等，主要以紅外吸收型為主。由于不同氣體對紅外波吸收程度不同，通過測量紅外吸收波長來監(jiān)測氣體。目前因為它的結構關系一般造價頗高[15]?；诒疚牡膶崟r要求和性價比等方面的原因，本系統(tǒng)選用電化學傳感器中的定電位電解式氣體傳感器。</p><p>　　2.定電位電解式氣體傳感器</p><p>　　傳感器元件是準確監(jiān)測甲醛、苯、氨氣氣體濃度的關鍵。在有毒有害氣體監(jiān)測技術中,由

72、于定電位電解傳感器具有準確快速、簡潔直觀的特點,在國外得到比較普遍的應用，運用定電位電解傳感器進行氣體監(jiān)測在國內已經開始普及。</p><p>　　定電位電解氣體傳感器通常是由浸沒在液體電解液中的三個電極構成,其結構圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4定電位電解式氣體傳感器結構圖</p><p>　　定電位電解式傳感器是一種濕式電化學氣體傳感器,它通過測

73、定氣體在某個確定電位電解時所產生的電流來測量氣體濃度。傳感器共有三個電極(對電極、參比電極、工作電極),浸在液體電解液中,整體密封在一個防化學腐蝕的塑料殼體中,目標氣體通過工作電極鄰近的一個氣體可滲透薄膜向傳感器內部擴散。傳感器的工作過程為:被測氣體由進氣孔擴散到工作電極表面,在工作電極、電解液、對電極之間進行氧化或還原反應。其反應的性質依據(jù)工作電極的熱力學電位和被分析氣體的電化學性質而定。傳感器在氧化反應中,電化學反應中參加反應的電子

74、流出工作電極;在還原反應中,電化學反應中參加反應的電子流向工作電極。流出和流向工作電極的電流與被分析氣體的濃度值成正比。</p><p>　　對電極材料的選擇原則是:該材料應對目標氣體具有最優(yōu)敏感性,而交叉敏感度則應降至最低。在對電極和工作電極之間的電壓要預先調整好,并由一個外部電壓電路保持,其中參比電極作為電路的反饋控制。相對于選擇性而言,由于每一種目標氣體都有其各自獨特的電解電壓,因而傳感器的響應可以得到進一

75、步優(yōu)化。傳感器的輸出是一個正比于氣體濃度的線性電流差。最后與前置放大器匹配使用轉換為模數(shù)轉換的標準電壓信號[16]。</p><p>　　本課題選用德國Drger公司生產的miniPac系列定電位電解式傳感器，該系列傳感器被廣泛應用于輕便型報警器和監(jiān)測器、移動式的監(jiān)測儀、遠程控制的監(jiān)測儀，單元與多元組合式智能化的監(jiān)測器、固定式與壁掛式監(jiān)測儀及精密型智能化的監(jiān)測系統(tǒng)等等。MiniPac系列定電位電解式氣體傳感器簡單

76、內部原理如圖3.5所示，其典型接法如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.5miniPac系列傳感器內部簡單結構原理圖</p><p>　　圖3.6定電位電解式氣體傳感器接口</p><p>　　定電位電解式傳感器基本性能：</p><p>　　定電位電解傳感器的基本性能,亦即傳感器的基本考核指標,它顯示了傳感器的質量和性能,但其大多數(shù)性

77、能指標要與前置放大器經過較好的匹配才能體現(xiàn)出來。在使用中要對傳感器進行考核的基本指標有如下幾種:輸出信號、電極電位、響應時間、響應線性度、測量重復性、抗干擾性、傳感器期待壽命等。</p><p><b>　　(1)輸出信號</b></p><p>　　定電位電解傳感器的輸出信號指標非常重要,它不僅為前置放大器的設計提供了基本參數(shù),而且為今后核實傳感器的使用壽命提供了標

78、準。一般的輸出標準為0.5μA/ppm，但不同公司生產的傳感器輸出信號是不同的,同一公司生產的不同傳感器其輸出信號也不一定相同，故要根據(jù)不同的輸出標準來分析。傳感器的輸出信號隨使用時間的增加而降低,一般來說當其輸出信號降至標稱值的50%時,這支傳感器就不能再使用了。圖3.7為定電位電解式傳感器輸出信號與對應氣體濃度的典型曲線，可見其線性度是比較好的。</p><p><b>　　(2)電極電位</

79、b></p><p>　　定電位電解傳感器的電極電位決定了傳感器分析被分析氣體的種類、傳感器對各種氣體交叉反應的大小以及傳感器抗交叉反應的能力。不同公司生產的傳感器給出的電極電位方式也不一樣，一般為mv級，通常取0mv。</p><p>　　圖3.7氣體濃度與輸出信號對應曲線 圖3.8定電位電解式傳感器時間響應曲線</p><p><b>

80、　　(3)響應時間</b></p><p>　　該指標是指從傳感器接受到被分析氣體起計到達到響應值的90%,亦即t90所需的時間。一般傳感器指標給出的指擴散式的響應時間,如<60秒等。經過良好的氣路、電路設計,該指標可以達到20秒左右。定電位電解式氣體傳感器的典型響應時間曲線如圖3.8所示。</p><p>　　(4)響應線性度與測量重復性</p><

81、p>　　這兩項指標與響應時間一起是考核傳感器與儀器優(yōu)良與否的重要因素。在與穩(wěn)定的流量、無吸附特性的氣路、設計合理的前置放大器達到最佳匹配后,響應時間、線性度和測量重復性都等達到很好的效果。</p><p><b>　　(5)抗干擾性</b></p><p>　　由結構和原理所決定,定電位電解傳感器是存在交叉反應的,合理的電極電位可以使其減小到最低程度,這是主動的

82、方法。另外,不同公司在生產的傳感器上安裝了過濾膜,或針對不同的傳感器設計了不同的過濾器,這是被動的方法。之所以說被動,是因為無論過濾膜還是過濾器,經過一段時間或長時間使用后,畢竟會因為飽和而失效。當然最主動的方法是利用傳感器矩陣或計算機軟件來減小交叉反應,提高抗干擾性。</p><p>　　(6)傳感器使用壽命</p><p>　　象所有的電化學傳感器一樣,定電位電解傳感器的輸出信號隨著時

83、間的推移也會逐漸衰降或“老化”,這一現(xiàn)象是多種因素的結合造成的。一般生產廠家給出的指標是2年,這是一個比較保守的指標。傳感器的使用壽命與使用時的氣體濃度成反比[17]。</p><p>　　3.2.2溫濕傳感器</p><p>　　溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉換成容易被測量處理的電信號的設備或裝置。溫濕度傳感器一般是測量溫度量和相對濕度量[18]。</p><p

84、>　　本課題選用瑞士Sensirion公司推出的一款數(shù)字溫濕度傳感器芯片SHT11。該芯片廣泛應用于暖通空調、汽車、消費電子、自動控制等領域。</p><p>　　SHT11具有以下特點：</p><p>　　1.高度集成，將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D轉換和加熱器等功能集成到一個芯片上；</p><p>　　2.提供二線數(shù)字串行接口SCK和DATA，

85、接口簡單，支持CRC傳輸校驗．傳</p><p><b>　　輸可靠性高；</b></p><p>　　3.測量精度可編程調節(jié)，內置A/D轉換器(分辨率為8～12位，可以通過對芯</p><p>　　片內部寄存器編程來選擇)；</p><p>　　4.測量精確度高，由于同時集成溫濕度傳感器，可以提供溫度補償?shù)臐穸葴y量值和

86、高質量的露點計算功能；</p><p>　　5.封裝尺寸超小(7．62 mm×5．08 mm×2．5 mm)，測量和通信結束后，自動轉入低功耗模式；6.高可靠性，采用CMOSens工藝，測量時可將感測頭完全浸于水中[19]。</p><p>　　SHT11的引腳功能：SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡單，引腳名稱及排列順序如圖3.9所

87、示。</p><p>　　圖3.9 SHT11管腳圖</p><p>　　引腳的功能如下：腳1和4：信號地和電源，工作電壓范圍是2.4～5.5 V；腳2和3：二線串行數(shù)字接口，DATA數(shù)據(jù)線，SCK為時鐘線；腳5～8：未連接。</p><p>　　SHT11的內部結構和工作原理：溫濕度傳感器SHT11將溫度感測、濕度感測、信號變換、A/D轉換和加熱器等功能集成到一個

88、芯片上，其內部結構如圖3.10所示。該芯片包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件。這兩個敏感元件分別將濕度和溫度轉換成電信號，該電信號首先進入微弱信號放大器進行放大；然后進入一個14位的A/D轉換器；最后經過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號。</p><p>　　SHT11在出廠前，都會在恒濕或恒溫環(huán)境中進行校準，校準系數(shù)存儲在校準寄存器中；在測量過程中，校準系數(shù)會自動校準來自傳感器的信號

89、，此外，SHT11內部還集成了一個加熱元件，加熱元件接通后可以將SHT11的溫度升高5℃左右，同時功耗也會有所增加。此功能主要為了比較加熱前后的溫度和濕度值，可以綜合驗證兩個傳感器元件的性能。在高濕(>95％RH)環(huán)境中，加熱傳感器可預防傳感器結露，同時縮短響應時間，提高精度。加熱后SHT11溫度升高、相對濕度降低，較加熱前，測量值會略有差異。</p><p>　　圖3.10 SHT11內部結構圖</

90、p><p>　　微處理器是通過二線串行數(shù)字接口與SHT11進行通信的。通信協(xié)議與通用的I2C總線協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器I/O口模擬該通信時序。微處理器對SHT11的控制是通過5個5位命令代碼來實現(xiàn)的，命令代碼的含義如表3.1所列。</p><p>　　表3.1 SHT控制命令代碼</p><p>　　SHT11通過二線數(shù)字串行接口來訪問，所以硬件接口電路

91、非常簡單。需要注意的地方是：DATA數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時鐘線SCK用于微處理器和SHT11之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對SCK最低頻率沒有要求；當工作電壓高于4.5V時，SCK頻率最高為10 MHz，而當工作電壓低于4.5 V時，SCK最高頻率則為1 MHz。硬件連接如圖3.11所示</p><p>　　圖3.11SHT11的硬件連接圖</p><p>　　3.3前

92、置放大濾波電路的設計</p><p>　　因為定電位電解傳感器所輸出的被測對象的信號非常的微弱，放大容易引起電流的失調，以及零點漂移、自激干擾等。氣體傳感器的輸出信號范圍為0~5μA，考慮到所測信號的變化速度比較慢，一般為10~20秒左右。所以選用可以單端供電的儀表放大器AD623來實現(xiàn)前端信號放大的任務[20]。</p><p>　　AD623儀表放大器是美國模擬器件公司(Analog

93、Devices Inc,簡稱ADI)推出的一種低價格、單電源、輸出擺幅能達到電源電壓(通常稱之為電源限輸出，即Rail-To-Rail Output)的最新儀表放大器。主要特點如下。</p><p>　　1.AD623只使用一個外接電阻來設置增益(G),最高增益可以達到1000，從而給用戶帶來極大的方便。</p><p>　　2.AD623具有優(yōu)良的直流特性。增益精度0.1%(G=1),增

94、益漂移25ppm(G=1),輸入失調電壓最大100μV(AD623B)，輸入失調電壓漂移1μV/°C(AD623B),輸入偏置電流最大25nA。</p><p>　　3.AD623具有優(yōu)良的CMRR(它隨增益增加而增加)，使誤差最小。</p><p>　　4.AD623帶寬800kHz(G=1)。</p><p>　　5.AD623的輸入共模抑制比范圍很寬

95、，可以放大比地電位低150mV的共模電壓。AD623單電源供電能達到最佳性能。</p><p>　　6.AD623的低功率(電源電流最大574μA)、寬電源范圍和電源限輸出特性非常適合電池供電應用場合。電源限輸出特性使低電源供電條件下，電源輸出級使其動態(tài)范圍達到最大。</p><p>　　7.AD623可以取代分立器件搭成的儀表放大器，具有優(yōu)良的線性度、溫度穩(wěn)定性和小體積可靠性。</

96、p><p>　　8.AD623儀表放大器采用8腳工業(yè)標準封裝形式，即DIP、SOIC和小型SOIC三種形式。</p><p>　　AD623主要用于低功耗醫(yī)用儀表放大器、傳感器接口、熱電偶放大器、工業(yè)過程控制、低功耗數(shù)采系統(tǒng)及差動放大器。本課題中氣體傳感器出來的信號是很微弱的小信號，采用AD623滿足放大要求。圖3.12所示為AD623引腳排列圖。</p><p>　　

97、圖3.12 AD623引腳排列圖</p><p>　　圖3.13 AD623簡化原理示意圖</p><p>　　AD623是在傳統(tǒng)的三運放結構基礎上改進的一種新型儀表放大器，如圖3.13所示為AD623簡化原理示意圖。AD623與傳統(tǒng)三運放結構儀表放大器(例如AD620)的不同之處是在兩個輸入放大器之前分別加兩個PNP晶體管作為電壓緩沖器，以便向兩個輸入放大器提供共模信號，并且符合電源限輸

98、入運放電路結構的要求。輸入放大器用來將差動電壓轉換成單端電壓，它還對前面兩個輸入放大器輸出的共模信號起到抑制作用。</p><p>　　由于AD623電路結構中的三個運放輸出擺幅都能達到任一電源限，而且其共模電壓范圍可擴展到負電源限以下，所以提高了AD623的輸出信號范圍。AD623的輸出電壓計算公式如式3-1所示：</p><p><b>　?。?-1） </b&g

99、t;</p><p>　　AD623中的三個運放都是電壓反饋型運放(VFA)，所以當增益增加時，AD623的帶寬減小。AD623的增益(G)是用一個精密電阻Rg設置的，而不論引腳1和8之間的阻抗如何。應該注意，如果需要設置G=1, Rg不必連接。</p><p>　　電阻選擇計算公式如式3-2所示： </p><p>　　（3-2） </p&

100、gt;<p>　　AD623的參考端(REF)電位用來確定零輸出電壓，這當負載與系統(tǒng)的地不共地時特別有用。它提供一種對輸出引入精密補償?shù)闹苯臃椒?。還可以利用參考端提供一個虛地電壓來放大雙極性信號。參考端允許的電壓變化范圍為 如果AD623相對地輸出，則參考端應接地[21]。</p><p>　　如圖3.14所示為AD623與定電位電解式傳感器連接組成的前置放大濾波電路。</p><

101、;p>　　圖3.14AD623放大濾波電路</p><p>　　在AD623的正向輸入端加了一個高質量的濾波電容。增益電阻選用了一個 的高精度電阻，則放大倍數(shù)約為100。由放大電路出來的信號 約為0~5V，滿足A/D轉換器ADC0809的0~5V的輸入要求[22]。</p><p>　　3.4模數(shù)轉換電路的設計</p><p>　　氣體傳感器出來的信號是模擬信

102、號，而微處理器AT89S52只能處理數(shù)字信號，故需要對模擬信號信號進行轉換，將其轉換為處理器能識別的數(shù)字信號，由于經過放大電路出來的模擬電壓變化范圍在0~5V，故選擇性價比比較合適的ADC0809進行模數(shù)轉換。其管腳定義如圖3.15所示。</p><p>　　圖3.15 ADC0809管腳示意圖</p><p>　　ADC0809各腳功能如下表3.1：</p><p&g

103、t;　　表3.1 ADC0809各腳功能</p><p>　　ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。ADC0809的時序接口為51系列單片機的標準總線接口，操作方便，如同對存儲器或I/O操作一樣，A/D轉換精度為8比特，滿足本課題要求。輸入的模擬電壓為0~5V，一次A/D轉換

104、時間為100μS。</p><p>　　3.5聲光報警電路的設計</p><p>　　為了使本系統(tǒng)對室內空氣品質的監(jiān)測更為直觀，采用了由6個發(fā)光二極管和一個蜂鳴器構成的聲光報警電路。其中對應每一種有毒氣體都有一紅一綠兩個發(fā)光二極管與其對應，正常情況下對應綠色的發(fā)光二極管亮，蜂鳴器不響；當氣體的濃度超標時，對應紅色的發(fā)光二極管亮，并啟動蜂鳴器。圖3.16為聲光報警電路圖的具體連接，其中D1、

105、D3、D5是綠色發(fā)光二極管，分別對應三種有毒氣體；而D2、D4、D6是紅色發(fā)光二極管，也分別對應三種有毒氣體[23][24]。</p><p>　　圖3.16聲光報警電路圖</p><p>　　3.6液晶顯示電路設計</p><p>　　本課題所要顯示的數(shù)據(jù)一共有5個，分別是3種有毒氣體的濃度和室內的溫度、濕度，故選用2行16個字符的LCD1602作為顯示模塊，滿足

106、顯示要求。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富等特點，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。</p><p>　　LCD1602采用標準的16腳接口，有8位數(shù)據(jù)總線D0~D7，和RS、R/W、EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{節(jié)和背光，主要技術參數(shù)如表3.2所示。</p><p>　　表3.2主要技術參數(shù)</p>&l

107、t;p>　　LCD1602的具體連接線路圖如圖3.17所示。</p><p>　　圖3.17LCD1602連接電路圖</p><p><b>　　3.7復位電路設計</b></p><p>　　AT89S52芯片具有復位操作功能。RST為復位輸入引腳，可在上電或芯片工作的任何時候對AT89S52芯片進行復位。在每次上電之后都應使芯片處于復

108、位狀態(tài)，即給RST一個兩個機器周期以上高電平位觸發(fā)信號。本課題使用傳統(tǒng)的RC復位電路，如圖3.18所示。其結構簡單，容易實現(xiàn)，一般的單片機系統(tǒng)都用此復位系統(tǒng)，還外加一個復位按鍵，可以人為的給芯片加一個復位信號。</p><p>　　圖3.18系統(tǒng)復位電路 圖3.19電源電路</p><p><b>　　3.8電源電路設計</b>&

109、lt;/p><p>　　本設計采用集成穩(wěn)壓器7805，C29、C30分別為輸入端和輸出端濾波電容，D1為續(xù)流二極管。當輸出電流較大時，7805應配上散熱板。電源電路圖3.19所示</p><p><b>　　3.9本章小結</b></p><p>　　本章首先介紹了便攜式室內空氣品質監(jiān)測儀的硬件結構以及系統(tǒng)功能，該儀器以8位單片機AT89S52作為

110、控制核心，設計并構建了系統(tǒng)的硬件平臺，完成了有毒氣體濃度信號的采集放大轉換電路、液晶顯示電路、聲光報警電路等的設計。該儀器能夠實現(xiàn)有毒氣體濃度信號和溫濕度信號采集與顯示及超標聲光報警等功能。本章重點介紹了信號采集模擬電路和以主控制器為中心的數(shù)字電路的設計與工作原理。首先討論了有毒氣體采集模塊中傳感器選擇問題及模擬放大電路的設計問題，最后討論了系統(tǒng)的外圍接口電路模塊，包括液晶顯示,聲光報警等，實現(xiàn)了各外圍接口電路模塊與AT89S52的硬件