基于单片机的气体检测系统设计

论文总字数：17649字

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3主要研究内容与论文结构 2

第二章 系统的总体设计 4

2.1单片机选择方案与论述 4

2.2甲醛检测模块选择方案与论述 4

2.3氨气检测模块选择方案与论述 4

2.4一氧化碳检测模块选择方案与论述 5

2.5功能需求分析 5

2.6研究的总体设计 5

第三章 系统的硬件设计与连接 7

3.1甲醛气体检测设计 7

3.2氨气气体检测设计 10

3.3一氧化碳气体检测设计 12

3.4单片机的选择 14

3.5报警模块设计 17

3.6显示电路部分设计 18

第四章 系统的软件设计 21

4.1软件编程环境 21

4.2主模块的程序设计 21

4.3A/D 采集程序 22

4.4按键子程序 23

第五章 系统的测试与运行 25

5.1测试的内容 25

5.2测试的结果与分析 27

第六章 总结与展望 27

参考文献 28

致谢 30

基于单片机的气体检测系统设计

魏智真

，China

Abstract: Nowadays, people's living standard improved, everyone on the housing requirements are increasingly high, decoration diversification leads to indoor air pollutants are more and more, such as formaldehyde, carbon monoxide and ammonia gas exceed the standard seriously affects people's health. At present, the market on the detection of indoor air quality instruments, although high accuracy, but the cost is too high, complex equipment. People need a convenient, simple and cost-effective measuring tool.

In view of this, the purpose of this paper is to design the air quality detection system based on single chip microcomputer. Through understanding the working principle of the harmful gas sensor, the design of hardware and software system is completed. This design is based on 51 single-chip microcomputer as the core of the control system, the formaldehyde gas sensor, carbon monoxide and ammonia gas sensor sensor, the sensor technology and single chip microcomputer control technology, realize the harmful gas concentration detection in air; using LCD to display three kinds of gas concentration in value; set qualified predetermined value system set up three kinds of gas concentration using buttons; external buzzer alarm, when any three kinds of harmful gases in the gas concentration exceeds a predetermined value, will automatically alarm. For the design of software, this research takes keil4 as programming environment and uses C language to program.

Key words: single chip microcomputer; harmful gas detection; automatic alarm; gas sensor.

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

现在，我们对自己的生活品质有了更高的要求，房间装修也开始变得多种多样，装修材料中所含的污染气体也越来越多，有害物质严重危害着人们的身体健康，所以在新房装修完入住之前，进行空气质量的检测是必要的。室内空气污染已经被美国定义成了五大损害公共健康环境的因素之一。中国做过的专业分析调查也显示，68%的疾病的元凶都是由室内环境污染造成的。中国一年中有11.1万人左右由于室内环境污染造成死亡^[1]。根据世界银行资料显示，在2001年，室内空气污染使我国的损失总额达到106亿美元。

我国规定，苯类、甲醛、氨气、一氧化碳等气体为有害气体，会危及人们的身体健康^[2]。所以，在房屋装修之后，很有必要对这些有毒气体进行检测。举例来说，甲醛主要来源于装修器材当中，研究显示，甲醛会强烈地刺激人类的身体器官，而且是导致癌症、胎儿畸形和妇女不孕症的潜在威胁物会影响孕妇腹中胎儿的健康，而且它会致癌。近几年，我国的相关部门已经开始制定关于室内环境的标准，比如建筑材料中有害成分含量的上限、室内有害气体浓度的安全指标。目的在于严格监控室内空气环境，所以现在很多居民也会掉以轻心，认为已经完全安全，其实并非如此。在一般情况下，虽然污染物的浓度不高，但是长期接触下来，还是存在安全隐患的。尤其现在的网络可以使人们足不出户，人们在室内的时间就更多了。虽然我们知道这些有害气体的危害，但是装修材料中不可避免地会含有这些气体，所以，及时地检测空气质量，并且加以控制和防范，是十分必要的。可是现在市场上售出的气体检测仪器操作不够简便，而且价格比较高，所以研究出性价比高且操作方便的设计，就变得很有意义。

1.2国内外研究现状

国外研究现状：在国外，最早的有关空气质量的研究是在1952年的伦敦，当时的烟雾事件开启了空气污染的研究。在当时，人们之所以研究室内空气质量，主要有两个原因：第一，人们当时对环境的意识越来越强，因为那时环境科学开始发展，人们开始进行环境保护方面的工作；第二，当时空调使用越来越多，由于关闭门窗时间变长，发现人们感染疾病的概率越来越大，于是人们开始研究室内空气污染的情况及原因^[3]。

最初人们主要研究室内外间空气质量的关系，和室内有污染的空气如何影响人类的身体健康。荷兰学者Biersteker等在1965年时进行了一个关于室内外间关于空气质量的关系的实验，这个实验是史上首次大规模且系统的关于此类研究的实验。他们选择60个住户为研究对象，研究测量了室内SO2和烟尘与室外SO2和烟尘的间关系。通过此研究得出结论：室内空气质量与室外空气质量间存在很大的差异^[4]。

20世纪60年代，以欧洲和美国为首的诸多国家开始大规模的使用装修材料，北欧、美国和其他国家先后开始大规模使用装修材料，其中含有大量的甲醛制品。在那时，很多屋主出现过敏和中毒现象，于是，相关部门开始据此展开有关甲醛污染的研究工作，这在当时也引起了很大的轰动^[5]。

因为室内空气的污染问题越来越严重，所以当时国外开始形成很多相关的研究部门。比如， AIHA因此而成立了IEQ。1992年设立了“国际室内空气质量与气候协会(ISIAQ)”，1993年创办“美国绿色建筑委员会(USGBC)”，接着在1995年成立 “室内空气质量协会(IAQA)”。此时，在很多发达国家也开始形成空气质量的相关管理机构。比如，1988年，美国环保局创立了室内空气质量(IAQ)程序办公室，在现在，美国的大多学校里都有相关的室内环境协调员。1999年，法国政府创立了国家室内空气监测站^[6]。

在管理部门的严格指导下，空气质量的法律也开始形成，现如今，欧美、日本、韩国和我国香港地区，都已经形成了相应的法律法规。

国内研究现状：在20世纪80年代。，我国当时为了提高人民的住房条件，开始大范围装修住房以及安装空调设施，导致我国的空气质量不断下滑。而与国外相比，我国对空气质量的研究比较晚。1980年，我国开始研究空气污染与人体健康间的关系，中国预防医学科学院的研究者开始研究云南地区癌症发生率和燃料燃烧的关系。1984年，我国大规模开展了关于室内空气污染的调查， 1988-1990年间，中国预防医学科学院的研究者进行关于IP，二氧化硫、一氧化碳等污染物的研究，研究这些气体对人体肺功能和碳氧血红蛋白等的关系。

90年代开始，我国人们也开始高要求于住房环境，有害气体甲醛存在于装修材料当中，危害着人们的健康^[7]。在此之后，中国预防医学科学院也多次地举办了室内空气质量的相关研讨会。

现在，我国对于室内的空气污染主要研究两个方面：第一，对于室内空气质量，要制定一个全面、科学的标准。现如今，我国还没有制定关于空气污染的全面的法律法规，因为我国在近几十年才出现空气污染问题。我国的相关管理机构虽然在1994年就进行了相关工作，但是并没有相关的标准作为研究依据^[8]。第二，也是我国目前的一个热点研究问题，就是对于污染源的控制。这需要我国一方面对含有污染物含量的建筑材料进行控制，另一方面，我们需要对这些污染物进行研究，那些污染物会产生哪些危害，等等。但是这些方面我国目前做的都不够，还有更多的研究需要我们去探索。

1.3主要研究内容与论文结构

1.3.1研究内容

本论文主要研究的内容为研究基于单片机的气体检测系统设计，其功能为检测室内有害气体浓度，当超标时进行实时报警。该设计可广泛应用于家庭、办公室等室内环境，快捷方便，性价比高，且具有较高的精度。本研究以51单片机为核心，采用显示管与报警系统，通过A\D转换，达到测量和控制室内有害气体浓度的功能。主要完成的研究内容如下：

1. 主控制器：采用STC89C52单片机为主控制模块；
2. 气体检测：使用甲醛气体传感器、一氧化碳气体传感器和氨气气体传感器来采集和检测气体浓度；
3. 实时报警：采用蜂鸣器进行实时报警，以此来警示人们及时处理有害气体；
4. 显示模块：使用LCD来显示测量值。

1.3.2论文结构

第一章介绍了本研究的研究背景和意义，以及关于室内空气污染研究的国内外现状。同时交代了本论文的结构与研究内容。

第二章介绍了相关设计的方案选择，包括单片机的选择方案以及三种气体传感器的选择方案。

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