安徽三联学院信息与通信技术系学年论文

安徽三联学院学年论文室内有害气体监测系统设计Indoor harmful gas monitoring system design专业：电子科学与技术姓名：刘振学号：1002268指导老师：杨静2013年1 月 6 日信息与通信技术系摘要随着环境污染形势越来越严峻，对经济的发展和个人健康有着严重的威胁，其中空气污染占很大比例。

空气污染是指大气污染，室内空气污染等。

其原因是由于空气中有害气体的含量超过最小容许浓度所致。

有害气体泛指对人体健康或生命安全构成威胁的各种气体，比如能使人中毒的有毒气体、无毒但会使人窒息的气体、可引发爆炸或易燃的气体以及那些破坏生态、危及人类生存环境的气体，如温室气体等。

本设计主要包括红外线气体传感器、单片机AT89C52等器件，硬件电路包括有害气体监测电路、报警电路和A／D转换电路等辅助电路，软件设计主要包括数码管显示电路、信号处理程序、报警程序等模块。

With more and more severe environmental pollution situation, the economic development and personal health has a serious threat, which make up a large proportion of air pollution. Air pollution is refers to the atmospheric pollution, indoor air pollution and so on. The reason for this is due to the air harmful gas content more than the minimum allowable concentration caused by. Harmful gas refers to human health or life safety threat all kinds of gas, such as can make the person poisoned poisonous gas, non-toxic but suffocating gas, can cause explosion or flammable gas and the damage to the ecosystem, endanger human survival environment of the gas, such as greenhouse gas, etc. This design mainly includes infrared gas sensor, microcontroller AT89C52 devices such as, hardware circuit including harmful gas monitoring circuit, alarm circuit and A/D conversion circuit and other auxiliary circuit, software design includes digital tube display circuit, signal processing program, alarm module, such as program.关键词：AT89C52单片机：传感器；有害气体；监测目录第一章前言……………………………………………………………………………………第二章课题背景及目的……………………………………………………………………1.1论文构成及研究内容……………………………………………………………………1.2室内有害气体监测系统的原理框图……………………………………………………第三章核心器件的选择………………………………………………………………………2.1 单片机的选择……………………………………………………………………………2.1.1 AT89C52简介……………………………………………………………………2.1.2 AT89C52引脚功能………………………………………………………………2.2 气体传感器的选择………………………………………………………………………2.2.1 红外线气体传感器简介…………………………………………………………2.2.2 红外线气体传感的性能特点……………………………………………………第三章硬件设计电路………………………………………………………………………3.1 主控制流程………………………………………………………………………………3.2 浓度显示子程序流程图及设计…………………………………………………………3.3 报警电路…………………………………………………………………………………第四章软件设计……………………………………………………………………………4.1 概述………………………………………………………………………………………4.2 有害气体监测流程及程序实现…………………………………………………………4.3 报警模块流程……………………………………………………………………………第五章结论…………………………………………………………………………………参考文献…………………………………………………………………………………………致谢…………………………………………………………………………………………………第一章前言1.1课题背景及目的当前我国环境保护的形势越来越严峻，环境污染和生态破坏己经在一定程度上严重制约了经济的发展并日益威胁副现代人的健康安全，随着人民生活水平的提高和对环境问题及健康问题的日益重视，室内空气品质状况受到越来越多的关注。

由于现代生活节奏的加快，人们在起居室、办公室等室内环境的滞留时间越来越长。

有害气体对人们的身体伤害非常严重，有害气体泛指对人体健康或生命安全构成威胁的各种气体，为了准确有效地对排放的有害气体进行连续自动的检测，并用计算机进行多点的在线监测，让企业和环保部门能对有害气体排放进行实时的监测和控制，使其达到国家排放标准，需要相关的检测装置。

1.2论文构成及研究内容系统的设计目的是为了实现对有害气体浓度的在线检测，通过测定有害气体对红外光的吸收度来计算被测气体浓度的实时分析仪器。

整个系统按功能划分为：(1)单色红外光发射系统；(2)数据采集系统；(3)单片机控制系统三大部分。

单色光发射系统包括中红外发光二极管阵列及其驱动电路。

数据采集系统包括红外探测器及其偏置电路、信号放大电路及模／数转换电路。

单片机控制电路包括逻辑控制电路及显示、报警电路等。

本文所设计的有害气体检测系统是以光的红外吸收原理为理论基础，单色光源所采用的中红外发光二极管是一种非常适合进行气体分析检测的红外光源，保证了在中红外区既能获得很好的单色性又能得到较大的发射功率。

1.3室内有害气体监测系统的原理框图图1是系统的整体框图。

整个系统尽管按照功能划分为几个模块，但在外部时钟及单片机控制下步调统一地工作，实现了有害气体的实时测量。

第二章核心器件的选择2.1单片机的选择由于本系统是以单片机为核心的自动化检测仪器，对于小规模的信号检测，其数据处理任务并不十分繁重，所以这里选用了ATMEL公司的AT89C52，相对于89C51，AT89C52有更丰富的片内资源。

例如有8 k字节的片内EEP-ROM，以及256字节的片内RAM，对于本系统的控制程序来说，已经足够，因此可以省去片外程序存储器和片外RAM，降低了成本和简化了控制电路。

AT89C52有3个16位的时钟(计数器)，而且32个I／O线全部可编程，时钟可高达24 M，和89C51相比，它的使用更加灵活。

2.1.1AT89C52简介AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。

功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。

2.1.2AT89C52引脚功能图1 AT89C52引脚图1中主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。

RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。

VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。

P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS （19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。

2.2气体传感器的选择气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。

探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。

在这里我们选择的是红外线气体传感器。

2.2.1红外线气体传感器简介现在很多用户认为，气体传感器的定义是以检测目标为分类基础的，也就是说，凡是用于检测气体成份和浓度的传感器都称作气体传感器，不管它是用物理方法，还是用化学方法。

比如，检测气体流量的传感器不被看作气体传感器，但是红外线气体分析仪与热导式气体分析仪却属于重要的气体传感器，尽管它们有时使用大体一致的检测原理。

本文主要为大家介绍的是红外线气体传感器的特点及应用。

2.2.2红外线气体传感的性能特点大部分的气体在中红外区都有特征吸收峰，检测特征吸收峰位置的吸收情况，就可以确定某气体的浓度。

红外线气体传感器过去都是大型的分析仪器，但是近些年，随着以MEMS技术为基础的红外线气体传感器工业的发展，红外线气体传感器的体积已经由10升，45公斤的巨无霸，减小到2毫升(拇指大小)左右。

使用无需调制光源的红外探测器使得仪器完全没有机械运动部件，完全实现免维护化。

红外线气体传感器可以有效地分辨气体的种类，准确测定气体浓度。

第三章硬件设计电路3.1主控制流程由装在室内的红外气体传感器获得被测量对象的原始信号，经过温度补偿和取样放大得到矫正后的可匹配信号，采样保持后进入A／D转换，得到被测对象的数字量信号，再由单片机进行数据处理，得到最终的室内有害气体的浓度值，将此数据通过数码管显示并保存到数据缓冲区中，同时根据系统设定的限值参数判断环境浓度是否超标。