室内有毒气体监测系统研制

论文总字数：16527字

目 录

第一章 绪论 3

1.1　研究课题的背景及意义 3

1.2　有害气体监测的现状 4

1.3　论文概论及分篇布局 5

1.4 本章小结 5

第二章 系统的硬件设计 6

2.1　气体监测的理论知识 6

2.2　传感器的介绍 7

2.3 A/D转换电路介绍 13

2.5 1602液晶显示介绍 16

2.6报警系统介绍 18

2.7关于继电器介绍 19

2.6 硬件的电路设计 20

2.7 章节小结 22

第三章 软件系统设计 23

3.1 软件应用开发平台介绍 23

3.2 软件编码流程 27

3.3 本章小结 31

第四章 硬件和软件的调试 31

4.1 软件的调试 31

4.2 监测系统功能的调试 32

第5章 总结 34

致 谢 35

参考文献 36

第一章 绪论

1.1　研究课题的背景及意义

由于石油化工产业技术的提升，燃烧石油产生的CO等对人体有毒气体的种类和范围都大幅度地提升了。这些气体如果因为什么意外产生泄露，将会严重的危害到人们的正常生活，对人们的生命财产产生巨大的威胁和破坏。不仅仅如此，一氧化碳，天然气这类的气体的可流动性使得他能在很长的一段时间内扩散到各个角落，到那时，又会有更多的地区和环境被破坏，形成无法使用或者是危害环境的危险区。

诸如此类的事件突发性强、扩散速度极快、援救困难、危害持续时间很长。只要像一氧化碳，甲烷这类气体发生了任何的泄漏，就一定要通过相应的措施进行补救，才能在最短时间内最大的降低损失。将空气中气体的含量及时且准确的监测，同时采取有效措施改进优化，采取正确的问题解决方法，降低事故的发生频率，是规避造成损失的必要条件。

化学品丰富的地方经常会发生各类化学气体泄漏的事故，类似一氧化碳的大面积扩散，造成不可挽回的温室效应。因此，化学气体的泄漏检测，检修检测，应急检测等一系列流程的检测装置都是必不可少的存在，不可或缺。

社会的革新，科技的飞跃，在带给生活各方面便利的同时也招致了相当多的空气问题。一氧化碳无色、无味，可以和身体中的血液里的成分产生不可逆的化学反应危害人体健康，阻塞血红蛋白的传导能力，招致缺氧，窒息致死。CO还是空气质量的重要衡量指标，也是煤窑矿井里常见的可怕气体。为了保证人们身体健康和环境洁净，防止空气污染成为了全人类的的任务。国家工业卫生标准规定，各类生产措施产生的CO最高强度不得高于 50ppm 。这些是符合我国可持续发展战略方针必要的所在，是重点的研究对象^[1]。

1.2　有害气体监测的现状

（1）国外现状

生活应用中敏感的气敏气体传感器，对于社会已然大范围的投入使用，小至每家每户，大至全球化企业，政府部门等。就现在而言，气体传感器必要的发展目标已经有了身份明确的规定：节能，省钱，易化，微操。如日本费加罗公司推出了一项测试，美方提供了寿命超过十年的一台传感器系统，引进了利用生物反应模拟降耗的传感器模块组。再者，伴随计算机的发展，两者变得越来越紧紧相系。美国工业科学公司(ISC)的携带式气体监控仪可以实时的监测至多4种不同的气体，并通过网络传输出来。美国国际传感器技术(IST)公司生产的“MegaCas"传感器可以将百种以上的气体利用微程序进行可视检测，观察他们的实际变化。

(2)国内研究现状与差距

在学术方面，气体监测的人工智能化也有着显著地成果。例如，基于移动机器人平台的有害气体检测技术关键问题的研究，不仅仅是优化了激光输出特性，对于气体浓度的采集的稳定性和精确度也有很大的提升。同时在模拟量和数据量转换之间利用并改进了自适应Kernel算法，不仅尽在转化过程中进行了去噪的处理，还保留了吸收谱的线型图样。提出了凸点拟合算法，该算法可以较好的去除小吸收峰对基线提取的影响，提高了基线提取的精度^[2]。

新兴气体传感器是国家列进的重点发展项目之一。接触燃绕式气敏元件更是能够量产使用了；在引进表面覆膜，表面掺杂，修隔离层以及表面催化反应层等相应特性的优化技术后，大幅度的提升了传感器的选择范围；进一步优化了结构的恢复性能、组合差动性能以及阵列集成化；目前国内的传感器产量已经是不可同日而语的了。这些重要的创新研究成果，在世界的舞台也占有着一席之地^[3]。

1.3　论文概论及分篇布局

本课题关键阐述有害气体CO和CH4的监测研究及其实物电路研究，主要分为：元器件选取，相关硬件电路设计，电路焊接，工作代码设计与烧录。

论文的分篇布局：

第一章：研究课题的目的和意义 国内外发展现状

第二章：MQ-7传感器介绍，MQ-4传感器介绍，A/D转化电路介绍，单片机最小系统介绍；

报警系统介绍，1602液晶显示电路介绍，继电器处理电路介绍；

1. ：开发软件Keil C51、STC介绍，各部分程序设计流程；
2. ：软件的调试，硬件电路的调试，成果展示；
3. ：论文总结

1.4 本章小结

首先熟悉了本次毕设课题的知识背景，明确了课题研究的最终目的。

其次是了解到了有关课题的国内外的研究现状，认识到课题研究的重要性。

最后清楚的陈列出论文的分篇布局。

第二章 系统的硬件设计

2.1　气体监测的理论知识

下面展示的是本次题目所需要的初步设计流程图。气体浓度的变化全部需要依赖于相关的变送装置。通过不同的思想蓝本制作出来的各种类型的可实用性传感器，本次研究的课题是针对于一氧化碳和甲烷的气体浓度的检测。用到的传感器是MQ-7和MQ-4.下图2-1所示是本次研究课题的总体流程图。

单 片 机 最

小 系 统

数 字 显

示 电 路

数 模 转

化 电 路

各 类 传 感 器 块

蜂 鸣 器

报 警 电 路

风 扇 处

理 装 置

图 2-1 初步设想的流程图

2.2　传感器的介绍

本次课题预计需要里用到的传感器有MQ-7（一氧化碳传感器）、MQ-4（天然气传感器）这两种类型。

CO对人具有很强的危险性，对环境有最严重的危害性，同时也是可燃气体。它的重要性和可测量性都是居于首位的，所以CO将作为首席有害气体详细介绍。

CH4是可燃的一种能源气体，其危害性虽然不比CO，但也同时是造成全球温室效应的危害气体，下面将第二个介绍该种气体。

2.2.1 气敏传感器传感原理

本次选择的MQ-7和MQ-4都属于气敏传感器的范畴。

半导体气敏传感器基本原理：

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