汽车尾气检测仪的设计方法汇总

目录引言 (1)1 课题研究的背景及现状 (1)1.1 课题的背景与目的 (1)2 系统硬件选择 (2)2.1 系统工作原理及硬件 (2)2.2 系统元器件选择及介绍 (2)3 系统电路设计 (5)3.1 系统总电路图 (5)3.2 系统单片机主控电路的设计 (5)3.3 A/D 转换电路的设计 (5)3.4 显示电路的设计 (5)4 系统软件设计 (5)4.1 软件总体规划 (5)4.2 信号转换程序设计 (6)4.3 检测程序设计 (7)4.4 LED 显示器程序设计 (8)5 抗干扰技术 (9)总结 (10)参考文献 (10)致谢 (11)附录 (13)汽车尾气检测仪的设计电子系XXXX班姓名XXX指导老师郭红英摘要：本系统是一个简单的汽车尾气检测仪，系统以AT89S52、8155、ADC0809等芯片为基础，结合相应的程序构成了这个汽车尾气的检测仪。

本文论述了该检测系统的基本工作原理、硬件选择、软件设计。

其中硬件电路部分包括主控电路、芯片扩展电路、A/D转换电路、显示电路。

软件设计使用汇编编程，采用模块化设计，对每一软件模块进行单独设计、编程，然后对整个软件进行调试，从而完成了完整的软件系统。

本系统结构简单，容易实现，具有一定的教学价值。

关键词：汽车尾气检测；单片机；硬件；软件引言从世界范围看，空气污染的一重大因素是汽车尾气。

当你置身在川流不息的车流中时，你可能会闻到一股刺鼻的气味,这就是汽车废气所发出的气味。

目前，人们已从汽车尾气中分离出80 多种有害物质，其中以一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、铅尘为主。

在大中城市中，汽车尾气的污染占整个大气污染的60％以上。

1 课题研究的背景及现状1.1 课题的背景与目的汽车尾气中含有一氧化碳、氧化氮以及对人体产生不良影响的其他一些固体颗粒，尤其是含铅汽油，对人体的危害更大。

1943 年，在美国洛杉矶，250万辆汽车每天消耗1100 吨汽油。

在太阳紫外光线照射下，汽油燃烧后的产物产生化学反应，形成浅蓝色烟雾，使该市大多市民患了头疼病。

后来人们把这种污染称为光化学烟雾。

1955 年和1970 年洛杉矶又发生两起光化学烟雾事件，前者出现400 多人因五官中毒、呼吸道衰竭而死亡状况，后者使全市四分之三的人患病。

通过这些事件，汽车尾气的危害性被人们深刻认识。

[1]我国制定的《大气污染防治法》中规定：机动车船向大气排放污染物不得超过规定的排放标准，汽车排放的污染物超过国家规定的排放标准，这类汽车不得制造、销售或者进口[9]。

国外成功经验告诉我们，作好两方面工作能有效控制汽车污染。

一方面实施新车排放法规，污染物的排放水平要从一开始就控制好；另一方面对在用车实行监管，落实好车辆排放的维护、检测工作。

前者是低污染的前提条件，后者保证车辆排放维持在标准水平。

.为了将车辆的排放控制在标准水平内，需要淘汰高排放的车辆，我国强制实行尾气年检，汽车达到标准后方可行驶。

因此设计出稳定、精确的汽车尾气检测分析仪的需求就显得非常迫切[10]。

2 系统硬件选择2.1系统工作原理及硬件系统硬件包括3NFF 氮氧化物传感和OSTD-C100 型电化学系列CO 气体传感器，AT89S52 单片机，I/O 扩展芯片8155，A/D 转换芯片ADC0809，LED 数码管，按键等。

随着被检气体浓度产生变化，传感器气敏元件其电阻的值相应变化，输出电压从而发生了改变，电路由输出电压信号通过信号调理，再经量程变换后输入微处理器中进行A／D 转换，而后通过适当的软件处理即可得到气敏元件的阻值。

当被测气体浓度超过规定值时，便发出声光报警，提示使用用户采取相应措施[3]。

2.2系统元器件选择及介绍2.2.1 3NFF氮氧化物传感和电化学系列CO气体传感器3NFF氮氧化物传感器:量程：0-1000PPM使用寿命：3 年空气中输出信号：0 mA到30 mA分辨率：1PPM工作温度：-20 到40℃响应时间：<25S长期漂移：<2%重复性：2%输出线性：是OSTD-C100 型电化学系列CO 气体传感:量程：0-1000PPM使用寿命：3 年空气中输出信号：0 mA到30 mA分辨率：1PPM工作温度：-20 到50℃响应时间：<20S重复性：1%输出线性：线性2.2.2 AT89S52单片机AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。

使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52 具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线。

定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持种软件可以选择省电模式。

空闲状态下CPU停止工作允许RAM、中断、定时器/计数器继续运行。

掉电保护方式下,会自动保存RAM 内容,振荡器被冻结，单片机也就停止工作了，等到下一个中断来临为止[4]。

图2.1 AT89S52 单片机引脚图2.2.3 I/O 扩展芯片81558155 中文名为2048 位静态内存与I/O端口和定时器，Intel公司研制的通用I/O是接口芯片。

MCS-51和8155相连不仅可为外设提供两个8位I/O 端口（A口和B口）和一个6位I/O 端口（C口）也可为CPU提供一个256字节的RAM 和一个14定时器/计数器。

因此，8155广泛应用于MCS-51系统中。

其引脚图如图2.2所示：图2.2 8155 引脚图2.2.4 LED 数码显示管LED管的显示可以分为静态和动态两种。

静态显示的特点是各LED管能稳定地同时显示各自字形；动态显示是指各LED轮流地一遍一遍地显示各自字符。

本系统采用了动态扫描显示。

图附录A（b）为共阴极接法，公共阴极接地。

当各段阳极上的电平为“1”时，该段点亮；电平为“0”时，段就熄灭。

图（b）为共阳极接法，公共阳极接+5V 电源。

R 为限流电阻。

图（c）为7 段LED 数码显示器内部段的排列。

（图见附录A）2.2.5ADC0809 芯片ADC0809是通道8位CMOS逐次逼近式A/D 转换芯片，片内有模拟量通道选择开关及相应的通道锁存、译码电路、A/D 转换的数据由三态锁存器输出，其转换时间为100μs左右，由于片内没有时钟需外接时钟信号，引脚结构如图 2.3 所示：图2.3 ADC0809 引脚结构图3系统电路设计3.1系统总电路图硬件电路部分包括主控电路、芯片扩展电路、A/D 转换电路、显示电路等如附录B所示。

3.2系统单片机主控电路的设计AT89S52 单片机的4 个I/O 口中，通常情况下，只有P1 口作为I/O 口使用，实际使用中经常需要扩展I/O 口，扩展I/O 口方法之一就是采用专用的I/O 接口芯片如8155，8255等。

本系统采用8155扩展了两个输出口、一个输入口以实现键盘输入和数码管输出。

可编程并行接口芯片8155内部含有256字节的静态RAM，两个并行8位口PA、PB，一个并行的6位口PC，以及一个14位的定时/计数器，是单片机系统最常用的接口芯片之一。

8155 可直接与CPU接口，8155的RAM和I/O编址由IO/M和ALE锁存的地址来控制，IO/M=0选择RAM编址为00-FFH；IO/M=1对8155的I/O口进行读写。

系统使用了74LS373作为AT89S52 的地址锁存器芯片。

其中输入端1D-8D 接至单片机的PO 口，输出端提供的是低8 位地址，端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。

G输出允许端OE 接地，表示输出三态门一直打开。

电路图附录C 所示。

3.3 A/D 转换电路的设计本系统采用ADC0809A/D 转换芯片与AT89S52 单片机连接。

单片机的最小应用系统1的P0 口接A/D 转换的msb2-1-lsb2-8 口，单片机的WR、RD、P2.0、ALE、INT1 分别接A/D 转换的WR、RD、P2.0、CLOCK、INT1，A/D 转换的IN 接入+5V。

接线图如附录D所示。

3.4 显示电路的设计使用8155扩展的8位LED动态显示器，显示扫描由程控实现。

其中PA口输出字型码，PB 口输出位选信号即扫描信号。

系统使用74LS245驱动LED设备。

接线如附录E所示。

4 系统软件设计4.1 软件总体规划本程序设计的思路是模块化编程，这样不仅思路清晰容易调试，而且软件执行效率会更高。

软件部分由子程序和主程序模块构成，其中系统初始化（设置中断允许寄存器，定时器/计数器工作方式的控制字，定时器/计数器启停控制寄存器等）由主程序模块控制，通过对状态标志（A/D 转换标志、断电标志、复电标志）的查询，以实现对相应操作功能的控制。

设计时将程序分成几个主要的功能模块，包括主程序和各个模块子程序。

其菜单流程图如图 4.1 所示。

开始按键选择键2按键2按键扫描信号采集按键1参数设置数据处理显示图 4.1 菜单流程图开机后，系统即进入单片机的主程序。

以对单片机、显示器等硬件资源进行初始化，然后进入主菜单界面(即第一级菜单)，以等待键盘的输入操作从而确定下一步操作。

当检测到有按键输入时，系统便读出键值并判断出需要的操作．然后调用相应的程序模块，子程序模块的主要功能有系统参数设置、气体检测。

其中系统参数设置模块主要用于设定浓度报警值、对传感器进行信号采集及处理等，气体检测模块是仪器系统的关键部分，包括传感器响应信号的采集、A/D转换、数据处理(包括滤波、模式识别等以及数据处理后的显示等)[5]。

4.2信号转换程序设计4.2.1程序设计思路系统启动后，首先进行初始化后启动A/D转换，转换结束后数据输出到锁存器中，等待延时。

由于ADC0809的时钟频率范围要求在10-1280kHz,AT89S52 单片机的ALE 脚的频率是单片机的1/6 。

单片机时钟频率采用6MHz ，则ADC0809 输入时钟频率为500kHz和1000KHz,均符合要求。

当CLK=500kHz 时，ADC0809 的转换速度为128 μs,采取等待延时方式，延时时间须大于ADC0809 完成A/D 转换所需的时间100μs，即发生启动脉冲后至少延时100μs 才可读取A/D转换数据。

开始初始化启动A/D转换否A/D转换完成是数据输出延时结束图 4.2 A/D 转换流程图4.2.2 信号转换程序（见附录F 二信号转换程序）4.3检测程序设计检测程序包括AT89S52芯片本身的初始化、并行接口8155初始化等等。