基于单片机的一氧化碳检测仪设计

基于单片机的一氧化碳检测仪的控制系统设计

摘要

一氧化碳检测仪是一种用于公共场所及室内具有检测及超限报警功能的仪器。其设计方案基于AT89C52单片机，选择CITY公司的7E/F一氧化碳传感器。系统将传感器的标准信号通过AD0832为核心的A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由数码管显示一氧化碳浓度值。

文中详细介绍了数据采集子系统、软件编程、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。系统对于采样地点超出规定的一氧化碳容许浓度时采用三极管驱动的单音频报警电路提醒监测人员。同时，操作人员对于具体报警点的上限值可以通过单片机编程进行设置。另外，该系统对浓度信号进行了信号补偿等处理，减少了测量误差，因此，具有较高的测量精度，而且结构简单，性能优良。

关键词：一氧化碳检测；单片机；数据采集处理系统

目录

1前言 (1)

1.1一氧化碳的危害 (1)

1.2一氧化碳检测仪的种类 (2)

1.3课题的背景和意义 (2)

2检测仪系统总体设计 (3)

3一氧化碳检测仪硬件设计 (3)

3.1硬件结构设计 (3)

3.2硬件选择与设计 (4)

3.2.1 MCU的选择与设计 (4)

3.2.2单片机最小系统的实现 (6)

3.2.3数据采集系统的选择与设计 (8)

3.2.4模数转换的选择与设计 (10)

3.2.5数码显示模块设计 (13)

3.2.6电源模块设计 (13)

3.2.7报警电路的选择 (13)

3.3硬件设计主电路图 (14)

3.4实物图 (14)

4软件设计 (15)

4.1软件设计结构的设计 (15)

4.2模数转换模块的设计 (15)

4.3软件设计程序 (16)

总结 (17)

致谢 (17)

参考文献 (18)

附录一 (19)

附录二 (20)

1 前言

1.1一氧化碳的特性及危害

一氧化碳是无色、无臭、无味、有毒的气体,熔点﹣199℃,沸点﹣191.5℃。标准状况下气体密度为l.25g/L，和空气密度（标准状况下1.293g/L）相差很小,这也是容易发生煤气中毒的因素之一。

一氧化碳分子中碳元素的化合价是＋2价，能进一步被氧比成＋4价，从而使一氧化碳具有可燃性和还原性，一氧化碳能够在空气中或氧气中燃烧，生成二氧化碳。

一氧化碳中毒（carbon monoxide poisoning），亦称煤气中毒。一氧化碳是无色、无臭、无味的气体，故易于忽略而致中毒。常见于家庭居室通风差的情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒。

中毒原理：一氧化碳会与肺部的血红蛋白结合，造成机体缺氧。

一是轻度中毒。患者可出现头痛、头晕、失眠、视物模糊、耳鸣、恶心、呕吐、全身乏力、心动过速、短暂昏厥。血中碳氧血红蛋白含量达10%-20%。

二是中度中毒。除上述症状加重外，口唇、指甲、皮肤粘膜出现樱桃红色，多汗，血压先升高后降低，心率加速，心律失常，烦躁，一时性感觉和运动分离（即尚有思维，但不能行动）。症状继续加重，可出现嗜睡、昏迷。血中碳氧血红蛋白约在30%-40%。经及时抢救，可较快清醒，一般无并发症和后遗症。

三是重度中毒。患者迅速进入昏迷状态。初期四肢肌张力增加，

或有阵发性强直性痉挛；晚期肌张力显著降低，患者面色苍白或青紫，血压下降，瞳孔散大，最后因呼吸麻痹而死亡。经抢救存活者可有严重合并症及后遗症。

一氧化碳的后遗症。中、重度中毒病人有神经衰弱、震颤麻痹、偏瘫、偏盲、失语、吞咽困难、智力障碍、中毒性精神病。部分患者可发生继发性脑病。

1.2 一氧化碳检测仪的种类

目前，市场上一氧化碳检测仪的种类是多种多样，目前应用得较为广泛的是热催化监测方式，但由于多种可热性气体都能催化氧化燃烧，导致检测精度下降，另外，采用这种方式的检测仪体积和功率都较大，不便于随身携带，本设计提出的一种采用点调制非光红外（NDIR）气体成分分析技术检测一氧化碳气体的方法，该方法提高了检测精度，大大降低了检测仪的尺度和功耗，延长了电池供给时间，体积和功耗的有效降低。

1.3课题的背景和意义

在当今社会发展中，现代化的发展给人类带了很大的方便，但与此同时，人生安全越来越受到人们的重视，一氧化碳在工业领域所给我们带来的方便不言而喻，但它对人体的危害也是显而易见的。所以我们设计一款基于单片机控制的一氧化碳检测仪，对一氧化碳进行检测，为人们提供了安全的保障。

2 一氧化碳检测仪系统总体设计

本论文主要完成一氧化碳检测仪软件和硬件设计，采用单片机为控制核心，以实现一氧化碳检测仪的基本控制功能。系统主要功能内容包括：信号采集、信号放大、A/D 转换器程序、控制程序、超标报警、数据显示等。

本系统设计采用功能模块化的设计思想，系统主要分为总体方案设计、硬件和软件的设计三大部分。根据任务书上的要求进行综合分析，总设计方案分为以下几个步骤：

（1）硬件系统电路的设计；

（2）软件系统主程序及其相关子程序的编写；

（3）系统电路及软件的调试；

（4）结论。

3 一氧化碳检测仪硬件设计

3.1硬件结构设计

硬件设计部分主要包括：单片机、A/D 转换器、运算放大器、数码管、蜂鸣器等芯片的选择；硬件主电路设计、数据采集、模数转换电路设计、数码显示电路设计、复位电路、报警电路等功能模块电路设计。硬件结构框图3-1。

图3-1 硬件结构框图

3.2硬件选择和设计

3.2.1 AT89C52单片机的选择

本系统采用AT89C52单片机。而目前世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型如下：

美国Intel公司：MCS—51系列及其增强型系列；

美国Motorola公司：6801系列和6805系列；

美国Atmel公司：89C51等单片机；

美国Zilog公司：Z8系列及SUPER8；

美国Fairchild公司：F8系列和3870系列；

美国Rockwell公司：6500/1系列；

美国TI（德克萨司仪器仪表）公司：TMS7000系列；

NS（美国国家半导体）公司：NS8070系列等等。

尽管单片机的品种很多，但是在我国使用最多的还是Intel公司的MCS—52系列单片机和美国Atmel公司的89C52单片机。

MCS—51系列单片机包括三个基本型8031、8051、8751。

本系统采用AT89C52单片机为控制核心。而相比之下52型功能更为强大，ROM和RAM存储空间更大，52还兼容51指令系统。基于本系统设计内容的需要，综合考虑后，我们选择单片机ATME公司的AT89C52为控制核心；主要基于考虑AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）、6个中断源；时钟频率0～24MHz；器件采用高密度、非易失性存储技术生产，并兼