51单片机的室内空气质量检测系统设计

43基于单片机的气体质量检测系统的设计 摘 要本论文研究设计计了一种用于于公共场所及及室内具有检检测及超限报报警功能的室室内空气质量量检测系统。其其设计方案基基于89C51单片机，选选择瑞士蒙巴巴波公司的CCH20/SS-10甲醛醛传感器和MMQ-5气体体传感器。系系统将传感器器输出的420mA的的标准信号通通过以AD00832为核核心的A/DD转换电路调调理后，经由由单片机进行行数据处理，最最后由LCDD显示甲醛浓浓度值。文中中详细介绍了了数据采集子子系统、数据据处理过程以以及数据显示示子系统和报报警电路的设设计方法和过过程。系统对对于采样地点点超出规定的的甲醛容许浓浓度和天然气气规定浓度时时采用三极管驱驱动的单音频频报警电路提醒监测测人员。同时时，操作人员员对于具体报报警点的上限限值可以通过过单片机编程程进行设置。 另外外，该系统对对浓度信号进进行了信号补补偿等处理，减减少了测量误误差，因此，具具有较高的测测量精度，而而且结构简单单，性能优良良。本系统的的量程为0-10ppmm，精度为0.0039ppmm 。关键词: 甲醛醛检测/天然气检测测/AT89CC52单片机机ABSTRACCTThis thhesis desiggn of a papper foor pubblic pplacess and indooor tessting and oover-llimit alarmm funcctionss withh indooor aiir quaality testiing syystem. Its desiggn is basedd on 889C51 singlle chiip, wiith thhe chooice oof MQ-5 gass senssors aand CHH20/S-10 foormalddehydee senssor frrom Swwitzerrland mengbbabo ccompanny. Seensor systeem willl outtput 44 200mA sttandarrd siggnal tthrouggh thee coree ADC00832 ffor A / D cconverrsion circuuit affter ccondittioninng, byy the singlle-chiip miccrocommputerr for data proceessingg, at last displlay thhe forrmaldeehyde conceentrattion oon thee LCD . Thee artiicle ddetailled thhe datta acqquisittion ssubsysstem, data proceessingg and data displlay annd alaarm syystem circuuit deesign methood andd proccess. When the ssampliing siites wwhen tthe foormalddehydee and Naturral gaas conncentrrationn exceeeded，TTo thee singgle-trransisstor ddrive circuuit auudio aalarm will soundd the alarmm，Testting sstaff to reemind. At thhe samme timme，Thee conccentraation of foormalddehydee, Cann be sset thhroughh the singlle-chiip proogrammming. In addiition, the systeem siggnals a conncentrrationn comppensattion ssignall proccessinng, a reducction of meeasureement errorr, theereforre, haave a high measuuremennt acccuracyy, andd simpple sttructuure, eexcelllent pperforrmancee. Thee rangge of the ssystemm for 0-10pppm, aaccuraacy 0.039pppm.Keywordds: Formalldehydde dettectioon, Naturral gaas dettectioon, AT89C52 singlle-chiip目 录中文摘要I英文摘要III1绪论11.1 引言1 概述222.1系统总概概述22.2总体方案案设计22.3硬件设计计22.4软件设计计32.5 硬件结结构32.6 软件结结构33 硬件设计计43.1 硬件件设计主电路路图43.2 硬件件选择43.2.1 MCU的选选择与简介43.2.2 单片机最小小系统的实现现63.2.3 数据采集系系统83.2.4 模数转换的的选择与简介介113.2.5 按键选择与与简介133.2.6 外围扩充存存储器133.2.7 时钟芯片选选择与简介143.2.8 上拉电阻153.2.9 液晶显示器器简介153.2.10 报警电路163.2.11 硬件仿真环环境介绍164软件设计1184.1 编写语语言的选择184.2 编译软软件介绍184.3 主程序序模块184.4模数转换换194.5按键模块块194.6时钟模块块204.7液晶显示示模块205系统仿真221结束语23致 谢244参考文献255附录26附录一 硬件设设计主电路图图26附录二 检测主主程序程序271 绪论1.1 引言甲醛是一种无色色，有强烈刺刺激性气味的的气体。易溶溶于水、醇和和醚。甲醛在在常温下是气气态，通常以以水溶液形式式出现。其337%的水溶溶液称为福尔尔马林，医学学和科研部门门常用于标本本的防腐保存存。此溶液沸沸点为19.5故在室温时时极易挥发，随随着温度的上上升甲醛的挥挥发速度加快快。在我国有有毒化学品优优先控制名单单中甲醛列居居第二位。甲甲醛已被世界界卫生组织确确定为致癌和和致畸形物质质。甲醛是原原浆毒物，能能与蛋白质结结合，吸入高高浓度甲醛后后会出现呼吸吸道的严重刺刺激和水肿、眼眼刺痛、头痛痛，也可发生生支气管哮喘喘皮肤直接接接触甲醛，可可引起皮炎、色色斑、坏死。经经常吸入少量量甲醛，能引引起慢性中毒毒，出现粘膜膜充血、皮肤肤刺激症、过过敏性皮炎、指指甲角化和脆脆弱等。全身身症状有头痛痛、乏力、心心悸、失眠、体体重减轻以及及植物神经紊紊乱等。天然气、液化天天然气（俗称称煤气罐）是是一种多组分分的混合气体体，主要成分分是烷烃，其其中甲烷占绝绝大多数，另另有少量的乙乙烷、丙烷和和丁烷，此外外一般还含有有硫化氢、二二氧化碳、氮氮和水气，以以及微量的惰惰性气体，如如氦和氩等。在在标准状况下下，甲烷至丁丁烷以气体状状态存在，戊戊烷以上为液液体。天然气气在燃烧过程程中产生的能能影响人类呼呼吸系统健康康的物质极少少，产生的二二氧化碳仅为为煤的40%左右，产生生的二氧化硫硫也很少。天天然气易燃易易爆和空气混混合后，温度度达到5500左右就会燃燃烧；其混合合物浓度达到到5%155%，遇到火火种就会爆炸炸。天然气热热值高，约88500110000千千卡/米3，天天然气燃烧后后发出的热量量是相同体积积的城市煤气气的2.5倍倍左右。 概述2.1系统总概概述本论文主要完成成室内空气质质量检测仪的的软件设计，设设计内容包括括：A/D转转换器程序、控控制程序、超超标报警、键键盘检测、数数据显示等。本系统采用单片片机为控制核核心，以实现室内空气气质量检测仪仪的基本控制功功能。系统主主要功能内容容包括：数据据处理、时间间设置、开始始测量、超标标报警、键盘盘检测、自动动休眠：仪器器若不进行称称量操作，55分钟后自动动进入休眠模模式，以降低低电源消耗。本系统设计采用用功能模块化化的设计思想想，系统主要要分为总体方方案设计、硬硬件和软件的的设计三大部部分。2.2总体方案案设计室内甲醛污染和和天然气泄露露对人身体健健康影响较大大，标准规定定的方法绝大大多数是化学学分析法,使用的手段段是实验室分分析仪器 主主要有比色计计、 分光光光度计、化学学滴定、 气气相和液相色色谱。但这些些方法费力费费时、成本高高、自动化程程度低过程复复杂、大多数数过程是人工工操作很难做做到现场实时时控制随着传传感器和计算算机技术的不不断发展，现现已有了基于于单片机的空空气质量检测测仪，并且测测试测试范围围、分辨率、精精度、稳定性性已接近标准准要求。因此此本设计可选用用基于电化学学原理的甲醛醛传感器与MMQ-5气体体传感器。甲醛传感器器其原理是空空气中的甲醛醛在电极下发发生氧化反应应，产生的扩扩散电极电流流与空气中的的甲醛浓度成成正比，通过过检测放大电电路和放大倍倍数的调整经经A/D转换后后送单片机；MQ-5气气体传感器由由微型AL22O3 陶瓷瓷管、SnOO2 敏感层层,测量电极极和加热器构构成的敏感元元件组成，通过检测放放大电路和放放大倍数的调调整经A/DD转换后送单单片机，由单片机现现场自动控制制检测并显示示甲醛浓度和和煤气、天然然气主要参数数。2.3硬件设计计硬件设计部分主主要包括：（MCCU、A/DD、时钟芯片片、LCD、外外围扩展数据据RAM）等等芯片的选择择； 硬件主主电路设计、数数据采集、模模数转换电路路设计、液晶晶显示电路设设计、外围扩扩充存储器接接口电路、时时钟电路、复复位电路、键键盘接口电路路等功能模块块电路设计1 。 2.4软件设计计软件设计部分主主要包括：编编写语言的选选择、主程序序/子程序流流程的设计、功功能模块程序序的编写、软软/硬件结合合调试与演示示。主要包括括一下功能模模块：51驱驱动、检测、液液晶显示、时时钟、键盘、模模数软换。2.5 硬件结结构硬件结构如图22-1图2-1硬件电电路结构图2.6 软件结结构软件结构如图22-2 图2-2软件结结构框图3 硬件设计计3.1 硬件件设计主电路路图硬件设计住电路路图见附录一一。3.2 硬件件选择3.2.1 MCU的选选择与简介1）.单片机的的概念和特点点 现代社会中，尽尽管PC机的的应用已经相相当普遍，但但是，在工控控领域，在日日益追求小而而精、轻而薄薄的自动化控控制器、自动动化仪器仪表表、家电产品品等方面,PPC机仍有所所不相适宜的的地方。而工工业控制、仪仪器仪表、家家电产品等市市场广阔，要要求PC机技技术与之相适适应。在这种种情况下，单单片机应运而而生了（也称称作微型计算算机）。微型计算机的基基本机构是由由中央处理器器、储存器、和和I/O设备备构成的。所所谓的单片机机是指将微型型计算机3个个单元的多个个分体中的主主要功能用11个集成电路路芯片来实现现，该芯片具具有一个微型型计算机的基基本功能。这这种超大规模模集成电路芯芯片即称为单单片微型计算算机，通常简简称单片机。单片机具有以下下特点：(1) 受集成成度限制，片片内存储容量量较小，一般般8位单片机机的ROM小小于8/166K字节，RRAM小于2256字节，但但可在外部扩扩展，通常RROM、RAAM可分别扩扩展至64KK字节。(2) 可靠性性好。芯片本本身是按工业业测控环境要要求设计的，其其抗工业噪声声干扰优于一一般通用CPPU；程序指指令及常数、表表格固化在RROM中不易易破坏；许多多信号通道均均在一个芯片片内，故可靠靠性高。(3) 易扩展展。片内具有有计算机正常常运行所必需需的部件。芯芯片外部有许许多供扩展用用的三总线及及并行、串行行输入/输出出管脚，很容容易构成各种种规模的计算算机应用系统统。(4) 控制功功能强。为了了满足工业控控制要求，一一般单片机的的指令系统中中具有极丰富富的条件分支支转移指令、II/O口的逻逻辑操作以及及位处理功能能。一般说来来，单片机的的逻辑控制功功能及运行速速度均高于同同一档次的微微处理器。(5) 一般单单片机内无监监控程序或系系统通用管理理软件，只放放置有用户调调试好的应用用程序。但近近年来也开始始出现了在片片内固化有BBASIC解解释程序的单单片机4。2）. 单片机机的发展与趋趋势由于单片机具有有以上特点，因因此在工业控控制、数据采采集、智能仪仪器仪表、智智能化设备和和各种家用电电器等领域得得到广泛的应应用。随着微微电子工艺水水平的提高，近近十年来单片片微型计算机机有了飞速的的发展。归纳纳起来，它是是沿着两条路路发展的： 改进集成电路制制造工艺，提提高芯片的工工作速度，降降低工作电压压和降低功耗耗： 在保留共同的CCPU体系结结构，最基本本的外设装置置（如异步串串行口，定时时器等）和一一套公用的指指令系统的基基础上，根据据不同的应用用领域，把不不同的外设装装置集成到芯芯片内，在同同一个家族内内繁衍滋生出出各种型号的的单片机。近近年来，单片片机的生产厂厂家在单片机机设计上采用用了各种提高高可靠性的新新技术，主要要表现在一下下几点：(1) EFFT(Eleectriccal Faast Trransieent)技术术(2) 低噪噪音布线技术术及驱动技术术(3) 采用用低频时钟单片机在目前的的发展形势下下，表现出几几大趋势：l 可靠性及应用水水平越来越高高，和intternett连接已是一一种明显的走走向；l 所集成的部件越越来越多；l 功耗越来越低；l 和模拟电路结合合越来越多。3）.单片机选选择(1)本系统采采用单片机为为控制核心。单单片机/MCCU主要有551基本型和和52增强型型，而相比之之下52型比比51型功能能更为强大，RROM和RAAM存储空间间更大，522还兼容511指令系统。(2)AT899C52介绍AT89C522是美国ATTMEL公司司生产的低电电压，高性能能CMOS 8位单片机机，片内含88K byttes的可反反复擦写的只只读程序存储储器(PERROM)和2256K bbytes的的随机存取数数据存储器，器器件采用ATTMEL公司司的高密度，非非易失性存储储技术生产，与与标准MCSS-51指令令系统及80052产品引引脚兼容，片片内置通用88位中央处理理器和FLAASH存储单单元，功能强强大，AT889C52单单片机适合于于许多较为复复杂控制应用用场合。主要性能参数：l 与MCS-511产品指令和和引脚完全兼兼容l 8K字节可重擦擦写FLASSH闪存存储储器l 1000次写/擦循环l 时钟频率：0HHz24MMHzl 三级加密存储器器l 256字节内部部RAMl 32个可编程II/O口线 l 3个16位定时时/计数器 l 6个中断源l 可编程串行UAART通道l 低功耗的空闲和和掉电模式 l 片内振荡器和时时钟电路 图3-1 引脚图图3.2.2 单片机最小小系统的实现现介绍完以上的单单片机系统的的核心芯片之之后，我们采采用AT899C52来实实现一个单片片机系统能运运行起来的需需求最小的系系统，电路图图见图3-2：图3-2 单片片机最小系统统图上图由晶振电路路和复位电路路，AT899C52芯片片组成，构成成最小的单片片机系统， 下面详细介绍其其中的两个电电路。（1）晶振电路路单片机工作的过过程中各指令令的微操作在在时间上有严严格的次序，这这种微操作的的时间次序称称作时序，单单片机的时钟钟信号用来为为单片机芯片片内部各种微微操作提供时时间基准，889c52的的时钟产生方方式有两种，一一种是内部时时钟方式，一一种是外部时时钟方式。内内部时钟方式式即在单片机机的外部接一一个晶振电路路与单片机里里面的振荡器器组合作用产产生时钟脉冲冲信号，外部部时钟方式是是把外部已有有的时钟信号号引入到单片片机内，此方方式常用于多多片89C52单单片机同时工工作，以便于于各单片机的的同步，一般般要求外部信信号高电平的的持续时间大大于20nss.且为频率率低于12MMHz的方波波。对于CHHMOS工艺艺的单片机，外外部时钟要由由XTAL11端引入，而而XTAL22端应悬空。本系统中为了尽尽量降低功耗耗的原则，采采用了内部时时钟方式。电路图如图3-3：图3-3 晶晶振电路图在89C52单单片机的内部部有一个震荡荡电路，只要要在单片机的的XTAL11和XTALL2引脚外接接石英晶体（简简称晶振）就就构成了自激激振荡器并在在单片机内部部产生时钟脉脉冲信号，图图中电容器CC1和C2稳稳定频率和快快速起振，电电容值在530pF，典典型值是222pF，晶振振CYS选择择的是12MMHz。（2）复位电路路复位的意义：片片机开始工作作的时候，必必须处于一种种确定的状态态，否则，不不知哪是第一一条程序和如如何开始运行行程序。端口口线电平和输输入输出状态态不确定可能能使外围设备备误动作，导导致严重事故故的发生；内内部一些控制制寄存器（专专用寄存器）内内容不确定可可能导致定时时器溢出、程程序尚未开始始就要中断及及串口乱传向向外设发送数数据.因此此，任何单片片机在开始工工作前，都必必须进行一次次复位过程，使使单片机处于于一种确定的的状态。复位电路原理：当在89C52单单片机的RSST引脚引入入高电平并保保持2个机器器周期时，单单片机内部就就执行复位操操作（若该引引脚持续保持持高电平，单单片机就处于于循环复位状状态）。实际际应用中，复复位操作有两两种基本形式式：一种是上上电复位，另另一种是上电电与按键均有效的复位，上电复位位见图3-4，要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。常用的上电复位电路如下图所示。上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C1的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。图3-4 上上电复位电路路图RST引脚的高高电平只要能能保持足够的的时间（2个个机器周期），单单片机就可以以进行复位操操作。该电路路典型的电阻阻和电容参数数为：晶振为为12MHzz时，C1为为22uF：R1为8.2 ；振为6MMHz时，CC1为22uuF，R1为为1.本设计中复位电电路采用的是是开关复位电电路，开关SS9未按下是是上电复位电电路，上电复复位电路在上上电的瞬间，由由于电容上的的电压不能突突变，电容处处于充电（导导通）状态，故故RST脚的的电压与VCCC相同。随随着电容的充充电，RSTT脚上的电压压才慢慢下降降。选择合理理的充电常数数，就能保证证在开关按下下时是RSTT端有两个机机器周期以上上的高电平从从而使AT889C52内内部复位。开开关按下时是是按键手动复复位电路，RRST端通过过电阻与VCCC电源接通通，通过电阻阻的分压就可可以实现单片片机的复位。复位电路图如图3-5： 图3-5 复位电路图图3.2.3 数据采集系系统从传感器过来的的电压信号，必必须放大，滤滤波，采集，转转换才能被MMCU识别和和处理。由于于假若每一路路都设置放大大、滤波等器器件，那么成成本会很大，所所以信号的采采集一般用多多路模拟通路路进行选择。然然而选择多路路模拟开关时时必须考虑以以下的几个因因素：通道数数量、切换速速度、开关电电阻和器件的的封装形式。总总之数据采集集与硬件的选选择有很大的的关系4。甲醛传感器的选选择：甲醛传感器由甲甲醛探头CHH20传感器器组成。甲醛醛传感器/甲甲醛模块（CCH2O传感感器）详细介介绍如下表3-33：MQ-5气体传传感器的选择择：MQ-5气体传传感器由微型型AL2O33陶瓷管、SSnO2敏感感层,测量电电极和加热器器构成的敏感感元件组成。MQ-5气气体传感器详详细介绍如下表3-4。(3)测量电路路测量电路由CHH20/S-10甲醛传传感器，MQQ-5气体传传感器，ADDC08322组成。 甲醛传感器器由甲醛探头头和CH200传感器组成成。当空气被被内部的采样样系统吸收后后，产生一个个与甲醛浓度度成正比的电电压信号， 该电压信号号经AD08832与ATT89C52单单片机相连，在在显示器上显显示出甲醛的的浓度值，当当超过国家规规定的标准时时报警。MQQ-5传感器器通过+热气气对敏感层加加热，当有烟烟雾性煤气接接触单敏感层层会产生电压压信号经ADD0832与与AT89CC52单片机相相连超过国家家规定的标准准时报警。表3-3甲醛传传感器参数表表名称甲醛传感器 CH2O/S-10:测量范围0- 10 pppm最大负荷50ppm工作寿命空气中3年输 出12003000nA/pppm4-220mA(甲甲醛模块分辨率0.05 pppm温度范围-20 too 45压力范围大气压10%响应时间 (TT 90) 50 seecondss湿度范围-20 too 45零点输出 (纯纯净空体，220) 0.1 pppm最大零点漂移(20to 40)0.1 ppmm长期漂移2% /每月月推荐负载值10线性度输出线性重 量约32克表3-4 MQQ-5气体传传感器参数表表名称MQ5气体传传感器加热电压5.0V0.2V ACC or DDC负载电阻可调加热电阻313室室温加热功耗900mW回路电压15V ACC or DDC使用温度-10-500储存温度-20-700相对湿度小于95%Rhh氧气浓度21%(标准条条件)敏感体电阻10K-600K浓度斜率0.6标准工作条件温度：202Vc:5.0V0.1V相对湿度：655%5%Vh:5.0V0.1V预热时间不少于24小时时探测范围300-50000ppm液化气，天然气气，煤气。3.2.4 模数转换的的选择与简介介（1）实现A/D转换的基基本方法很多多，有计数法法、逐次逼近近法、双斜积积分法和并行行转换法。由由于逐次逼近近式A/D转转换具有速度度，分辨率高高等优点，而而且采用这种种方法的ADDC芯片成本本低，所以我我们采用逐次次逼近式A/D转换器。逐逐次逼近型AADC包括11个比较器、一一个模数转换换器、1个逐逐次逼近寄存存器（SARR）和1个逻逻辑控制单元元。逐次逼近近型是将采样样信号和已知知电压不断进进行比较，一一个时钟周期期完成1位转转换，依次类类推,转换完完成后，输出出二进制数。这这类型ADCC的分辨率和和采样速率是是相互牵制的的。优点是分分辨率低于112位时，价价格较低，采采样速率也很很好。（2）由于ADDC08322模数转换器器具有8位分分辨率、双通通道A/D转转换、输入输输出电平与TTTL/CMMOS相兼容容、5V电源源供电时输入入电压在05V之间、工工作频率为2250KHZZ 、转换时时间为32 微秒、一般般功耗仅为115MW等优优点，适合本本系统的应用用，所以我们们采用ADCC0832为为模数转换器器件。电路图图见图3-6如下：图3-6 模模数转换电路路图 ADC08332 具有以以下特点： 8位分分辨率； 双通道道A/D转换换； 输入输输出电平与TTTL/CMMOS相兼容容； 5V电电源供电时输输入电压在005V之间间； 工作频频率为2500KHZ，转转换时间为332S； 一般功耗仅仅为15mWW； 8P、114PDIIP（双列直直插）、PIICC 多种种封装； 商用级级芯片温宽为为0C too +70C，工业级级芯片温宽为为40C tto +85C；芯片接口说说明： CS_ 片选使能能，低电平芯芯片使能； CH00 模拟输入入通道0，或或作为IN+/-使用； CH11 模拟输入入通道1，或或作为IN+/-使用； GNDD 芯片参考考0 电位（地地）； DI 数据信号输输入，选择通通道控制； DO 数据信号输输出，转换数数据输出； CLKK 芯片时钟钟输入； Vccc/REF 电源输入及及参考电压输输入（复用）；ADC08322 为8位分分辨率A/DD转换芯片，其其最高分辨可可达256级级，可以适应应一般的模拟拟量转换要求求。其内部电电源输入与参参考电压的复复用，使得芯芯片的模拟电电压输入在005V之间间。芯片转换换时间仅为332S，据据有双数据输输出可作为数数据校验，以以减少数据误误差，转换速速度快且稳定定性能强。独独立的芯片使使能输入，使使多器件挂接接和处理器控控制变的更加加方便。通过过DI 数据据输入端，可可以轻易的实实现通道功能能的选择。单片机对ADCC0832 的控制原理理：正常情况下ADDC08322 与单片机机的接口应为为4条数据线线，分别是CCS、CLKK、DO、DDI。但由于于DO端与DDI端在通信信时并未同时时有效并与单单片机的接口口是双向的，所所以电路设计计时可以将DDO和DI 并联在一根根数据线上使使用。当ADDC08322未工作时其其CS输入端端应为高电平平，此时芯片片禁用，CLLK 和DOO/DI 的的电平可任意意。当要进行行A/D转换换时，须先将将CS使能端端置于低电平平并且保持低低电平直到转转换完全结束束。此时芯片片开始转换工工作，同时由由处理器向芯芯片时钟输入入端CLK 输入时钟脉脉冲，DO/DI端则使使用DI端输输入通道功能能选择的数据据信号。在第第1 个时钟钟脉冲的下沉沉之前DI端端必须是高电电平，表示启启始信号。在在第2、3个个脉冲下沉之之前DI端应应输入2 位位数据用于选选择通道功能能，（4）测量量程程本系统的量程为为0-10pppm。由于于我所使用的的是8位ADDC08322,所以本系系统的精度为为：10pppm/2566=0.0339ppm。3.2.5 按按键选择与简简介本系统应用有人人机对话功能能，该功能即即能随时发出出各种控制命命令和数据输输入以及和LLCD连接显显示运行状态态和运行结果果。键盘分为为：独立式和和矩阵式两类类，每一类按按其编码方法法又可以分为为编码和非编编码两种。由由于本系统只只有UP、DDOWN 、OOK 、CAANCEL44个控制命令令，所需按键键较少，所以以本系统选择择独立式按键键。电路图见见图3-7：图3-7 按按键电路图独立式按键是直直接用I/OO口线构成的的单个按键电电路。每个独独立式按键占占有一根I/O口线。各各根I/O口口线之间不会会相互影响。在在此电路中，按按键输入部采采用低电平有有效，上拉电电阻保证了按按键断开时，II/O口线有有确定的高电电平，（ATT89C52 .P1口内内部接有上拉拉电阻）所以以就不需要再再外接上拉电电阻。键盘抖动的消除除：抖动的消消除大致可以以分为硬件削削抖和软件削削抖。硬件削抖是采用用硬件电路的的方法对键盘盘的按下抖动动及释放抖动动进行削抖，经经过削抖电路路后使按键的的电平信号只只有两种稳定定状态。软件削抖的基本本原理是当检检测出键盘闭闭合时，先执执行一个延时时子程序产生生数毫秒的延延时，待接通通时的前沿抖抖动消失后再再判别是否有有健按下。当当按键释放时时，也要经过过数毫秒延时时，待后沿抖抖动消失后再再判别键是否否释放。由于应用硬件削削抖还需要外外加器件，成成本相对较高高，所以本系系统选择软件件延时削抖的的方法。3.2.6 外围扩充存存储器基于AT89CC52单片机机具有8KBB的程序存储储器（ROMM），2566B的数据存存储器（RAAM），由于于考虑到本系系统的数据处处理与存储所所需的容量，现现在需要扩充充存储器的容容量。在应用用中要保存一一些参数和状状态，据了解解基于EEPPROM的存存储芯片是一一种很好的选选择，选定了了AT24CC128存储储器。电路图图见图3-8： 图3-8 外围扩充充存储电路图图3.2.7 时钟芯片选选择与简介因为此系统需要要记录测量发发生的时间，所所以需要时钟钟芯片来记录录不同人在不不同时间的监监测数据，因因此我们在系系统中加入了了时钟芯片。对对时钟芯片的的要求首先是是低功耗，其其次是编程简简单，缩短程程序开发时间间，实际上也也就缩短了系系统用于实际际生产所用的的开发周期以以及成本，在在本系统，我我们选择了DDS13022时钟芯片。时钟电路选择的的芯片是 DDS13022，其内含一一个实时时钟钟/日历和331字节静态态RAM，可可以通过串行行接口与单片片机通信。而而通信时，仅仅需要3个口口线：（1）RRES（复位位），（2）II/O数据线线，（3）SSCLK（串串行时钟）。时时钟/RAMM的读/写数数据以一字节节或多达311字节的字符符组方式通信信。其工作时时功耗很低，广广泛应用于电电话，传真，便便携式仪器等等产品领域3。DS1302主主要性能有：时实时钟能能计算21000年之前的的秒、分、时时、日、日期期、星期、月月、年的能力力，还有闰年年的调整能力力；读/写时时钟或RAMM数据时，有有单字节和多多字节传送两两种方式；与与DS12002/TTLL兼容。DS1302引引脚概述：XX1,X2：振荡源，外外接32。7768KHZZ晶振；SCCLK：串行行时钟输入端端。其电路图如图33-9： 图图3-9 时钟钟电路图3.2.8 上拉电阻在主电路图中接接在P0口处处有一个排阻阻RP1 ，由由于P0口没没有内接上拉拉电阻，为了了为P0口外外接线路有确确定的高电平平，所以要接接上排阻RPP1，以确保保有P0口有有稳定的电平平。电路连接图图如图3-10:图3-10 上上拉电阻电路路图 3.2.9 液晶显示示器简介对于本系统要有有显示装置完完成显示功能能。显示器最最好能够显示示数据、图形形。考虑到同同种LCD显示器器的屏幕越大大体积越大，功功耗越大的特特点，在同类类产品中选用用了AMPIIRE1288X64液晶晶显示模块。该该型号显示器器消耗电量比比较低，可以以满足系统要要求。该类液液晶显示模块块采用动态的的液晶驱动，可可用5V供电。以下为液晶显示示电路接线原理图如图3-11 图3-11 液晶电路路图在单片机系统中中应用液晶显显示器作为输输出器件有以以下几个有点点：显示质量高：由由于液晶显示示器每一个点点在收到信号号后就一直保保持那种色彩彩和亮度，恒恒定发光，而而不像阴极射射线管显示器器（CRT）那那样需要不断断刷新新亮点点。因此，液液晶显示器画画质高且不会会闪烁。数字式接口：液液晶显示器都都是数字式的的，和单片机机系统的接口口更加简单可可靠，操作更更加方便。体积小、重量轻轻：液晶显示示器通过显示示屏上的电极极控制液晶分分子状态来达达到显示的目目的，在重量量上比相同显显示面积的传传统显示器要要轻的多。功耗低：相对而而言，液晶显显示器的功耗耗主要消耗在在其内部的电电极和驱动IIC上，因而耗耗电量比其他他显示器要少少的多5。3.2.10 报警电路报警信号通常有有三种类型：一是闪光报报警，因为闪闪动的指示灯灯更能提醒人人们注意；二二是鸣音报警警，发出特定定的音响，作作用于人的听听觉器官，易易于引起和加加强警觉；三三是语音报警警，不仅能起起到报警作用用，还能直接接给出警报种种类的信息。其其中，前两种种报警装置因因硬件结构简简单，软件编编程方便，常常常在单片机机应用系统中中使用；而语语音报警虽然然警报信息较较直接，但硬硬件成本高，结结构较复杂，软软件量也增加加。单频音报警：实实现单频音报报警的接口电电路比较简单单，其发音元元件通常可采采用压电蜂鸣鸣器，当在蜂蜂鸣器两引脚脚上加3115V直流工工作电压，就就能产生3kkHZ左右的的蜂鸣振荡音音响。压电式式蜂鸣器结构构简单、耗电电少，更适于于在单片机系系统中应用。压压电式蜂鸣器器，约需100mA的驱动动电流，可在在某端口接上上一只三极管管和电阻组成成的驱动电路路来驱动,基于本系统统的需求和功功耗要求，只只需要基本的的报警功能即即可，我选择择采用的是三三极管驱动的的单音频报警警电路。以下为报警电路路接线图如图3-12图 3-12 报警电路图图3.2.11 硬件仿真环环境介绍Proteuss ISISS是英国Laabcentter公司开开发的电路分分析与实物仿仿真软件。它它运行于Wiindowss操作系统上上，可以仿真真、分析(SSPICE)各种模拟器器件和集成电电路，该软件件的特点是：实现了单片机机仿真和SPPICE电路路仿真相结合合。具有模拟拟电路仿真、数数字电路仿真真、单片机及及其外围电路路组成的系统统的仿真、RRS232动动态仿真、II2C调试器、SSPI调试器器、键盘和LLCD系统仿仿真的功能；有各种虚拟拟仪器，如示示波器、逻辑辑分析仪、信信号发生器等等。支持主流单片片机系统的仿仿真。目前支支持的单片机机类型有：668000系系列、80551系列、AAVR系列、PPIC12系系列、PICC16系列、PPIC18系系列、Z800系列、HCC11系列以以及各种外围围芯片。提供软件调试试功能。在硬硬件仿真系统统中具有全速速、单步、设设置断点等调调试功能，同同时可以观察察各个变量、寄寄存器等的当当前状态，因因此在该软件件仿真系统中中，也必须具具有这些功能能；同时支持持第三方的软软件编译和调调试环境，如如Keil C51 uuVisioon2等软件件。具有强大的原原理图绘制功功能。总之，该该软件是一款款集单片机和和SPICEE分析于一身身的仿真软件件，功能极其其强大。本章章介绍Prooteus ISIS软软件的工作环环境和一些基基本操作。本章小结本章具体的说明明了系统硬件件设计的内容容，通过模块块化的设计思思想，把一个个复杂的单片片机系统按照照功能划分成成一个个单独独的电路模型型，分别进行行设计，最后后在集成到一一起。这种方方法对于设计计复杂的单片片机系统很有有效。大大提提高系统设计计的效率与质质量。4 软件设计计4.1 编写语语言的选择对于单片机的开开发应用中，逐逐渐引入了高高级语言，CC语言就是其其中的一种。汇汇编语言的可可控性较高级级语言来说更更具优越性。程程序编写语言言比较常见的的有C语言、汇汇编语言。汇汇编语言的机机器代码生成成效率高，控控制性好，但但就是移植性性不高。C语言编写的程程序比用汇编编编写的程序序更符合人们们的思考习惯惯。还有很多多处理器都支支持C编译器器，这样意味味着处理器也也能很快上手手。且具有良良好的模块化化、容易阅读读、维护等优优点，且编写写的模块程序序易于移植。基基于C语言和和汇编语言的的优缺点，本本系统采用CC语言编写方方法。软件编写的的主体思路是是将系统按功功能模块化划划分，然后根根据模块要实实现的功能写写各个子程序序。整个软件件程序的编写写采用查询式式方式编写的的。4.2 编译软软件介绍Keil软件简简介：单片机开发中除除必要的硬件件外，同样离离不开软件，我我们写的汇编编语言源程序序要变为CPPU可以执行行的机器码有有两种方法，一一种是手工汇汇编，另一种种是机器汇编编，目前已极极少使用手工工汇编的方法法了。机器汇汇编是通过汇汇编软件将源源程序变为机机器码，用于于MCS-551单片机的的汇编软件有有早期的A551，随着单单片机开发技技术的不断发发展，从普遍遍使用汇编语语言到逐渐使使用高级语言言开发，单片片机的开发软软件也在不断断发展，Keeil软件是是目前最流行行开发MCSS-51系列列单片机的软软件，这从近近年来各仿真真机厂商纷纷纷宣布全面支支持Keill即可看出。KKeil提供供了包括C编编译器、宏汇汇编、连接器器、库管理和和一个功能强强大的仿真调调试器等在内内的完整开发发方案，通过过一个集成开开发环境（uuVisioon）将这些些部份组合在在一起。运行行Keil软软件需要Peentiumm或以上的CCPU，166MB或更多多RAM、220M以上空空闲的硬盘空空间、WINN98、NTT、WIN22000、WWINXP等等操作系统5。4.3 主程序序模块主程序实现的功功能：与硬件件相结合实现现便携式甲醛醛检测仪的各各个功能。主主要是检测与与显示，时间间调整与显示示，数据存储储。功能子函函数的调用。见图4-1初始化时钟初 始 化LCD 显示开机画面显示时间显示主菜单初始化CPU开始读键图4-1 主主程序流程图图4.4模数转换换 (1) 模数转换模块的的主要功能就就是将经放大大器放大的模模拟电压信号号转化为MCCU能够处理理的数字信号号，并传送给给MCU。(2) ADC08322转换的流程程图如下图4-2 图 4-2数转转换流程图4.5按键模块块(1) 按键时显现人机机对话的一个个控制按钮，通通过按键的操操作，对系统统进行发送操操作指令，后后经与MCUU串行通信，然然后在液晶上上显示。(2) 按键查询式的流流程图如下图: 图 4-3 按按键查询式的的流程图4.6时钟模块块(1) DS1302模模块主要是用用于设置时间间和与MCUU通信经LCCD显示时间间。(2) 时钟模块操作流流程图如下图：图 4-4时钟钟模块操作流流程图4.7液晶显示示模块LCD模块在本本系统中主要要起着开界面面汉字显示，以以及各控制效效果的显示。采采用直接访问问方式。液晶显示的操作作流程图如下图4-5：图 4-5液晶晶显示的操作作流程图5 系统仿真真前面已经把单片片机系统的硬硬件设计和软软件设计完成成了，下一步步就可以着手手进行仿真，因因为在设计的的过程之中肯肯定有许多的的错误，需要要进行仿真来来发现错误和和调试错误。这这样才能使单单片机低功耗耗计数系统的的设计更加完完善，本次系系统仿真采用用的是软件仿仿真，使用的的是protteus软件件。Proteuss软件由ISSIS和ARRES两个软软件构成，其其中ISISS是原理图编编辑与仿真软软件，AREES是布线编编辑软件。本本次系统的硬硬件设计其中中的原理图编编辑和PCBB布线就是在在这个软件环环境中完成的的，至于软件件设计，则是是采用prooteus软软件中的ISSIS和Keeil uVission进行行联合调试8。当硬件设计和软软件设计都完完成的时候就就可以看到虚虚拟的基于单单片机的低功功耗计数系统统的运行，以以下为仿真效效果：一、编译结束，添添加HEX文文件单击PRROTEUSS运行按钮，本本系统主界面面显示图如图5-1所示图 5-1主界界面显示图二、系统接下来来显示，4个个基本操作功功能，小对号号为该操作显显示项，如图图5-2图5-2 功能能界面三、选择“开始始测量”，单击“OK”键，便有下下面测量选择择界面，如图图5-3 图 5-3 测量选选择界面四、再按“OKK”，则显示检检测数据，范范围0-100ppm.如如图5-4图 5-4测量量界面显示图图五、4个功能的的操作和演示示是相同的，以以下为“时间设置”显示图，如图图5-5图 5-5当前前时间显示图图六、小结：本系系统原先打算算设计“开始测量”、“数据存储”、“时间设置”“通讯设置置”等4个基本本功能，后由由于条件所限限，我们并未未做出全部的的功能，但这这次的毕业设设计，收获还还是很多的！今后我们会会进一步进完完善该系统。结束语目前，公共场所所民用建筑室室内需要检测甲醛醛气体，同样样建筑材料中中甲醛含量也也需要检测。由于甲醛含量量超量的话，将将对人体健康康造成很大的的影响。随着着使用天然气气的居民越来来越多，天然然气存在的潜潜性危害、天天然气泄露也也在一步步威威胁着居民的的身体健康，设计能够满足生活需要，携带方便的室内空气质量检测仪迫在眉睫。针对目前的现状，该系统设计遵守体积小，质量轻，性价比高的原则9。室内空气质量检检测系统的设设计主要分为为硬件设计和和软件设计。根根据设计前对对该系统所要要实现功能的的要求，综合合考虑采用AAT89C52单单片机为控制制核心。由于所学知识的的限制，本系系统实现的功功能不是很健健全 ，但在在设计该系统统的过程中，让让我学会了系系统设计的方方法，和养成成了系统思考考的思维方式式。首先要了解系统统所要实现的的功能；其次次根据功能去去选择相应的的硬件资源；再次将一个个大的系统进进行模块化划划分，然后逐逐一去攻破。最最后把所有模模块进行优化化整合，便得得到了一个完完整的系统。基基于这样的思思路，我们共共同完成了室室内空气质量量检测系统的的基本设计。同时由于本设计计是采用在pproteuus上进行仿仿真，在keeil软件上上进行编程，最最后二者联调调，实现设计计任务，但在在仿真是无法法实现甲醛传传感器和MQQ-5气体传传感器的，因因此本设计采采用滑动变阻阻器模拟传感感器检测甲醛醛和天然气时输输出的模拟信信号，经ADD0832转转换输入单片片机。致 谢本论文是在李锐锐君老师的悉心指指导下完成的的。李老师渊博的专专业知识，严严谨的治学态态度，精益求求精的工作作作风，诲人不不倦的高尚师师德，严以律律己、宽以待待人的崇高风风范，朴实无无华、平易近近人的人格魅魅力对我影响响深远。不仅仅使我树立了了远大的学术术目标、掌握握了基本的研研究方法，还还使我明白了了许多待人接接物与为人处处世的道理。我的毕业课题是是室内空气质质量检测系统统的设计，是是一个实际的的小工程。作作为一个本科科生，我对实实际的工程设设计认识不够够，经验不足足，难免在设设计的整体框框架中，有很很多的细节没没有考虑。我我们的指导老老师：李锐君老师并没有指指责，而是给给予我们鼓励励和很多宝贵贵的建议，并并且悉心引导导，给予我一一个比较清晰晰的设计思路路。我们沿着着这条经验之之路，不断地地尝试摸索，慢慢慢地也掌握握了设计的基基本流程和思思考的方法。我我们遇到了很很多的难题，比比如硬件器件件的选择，功功能的实现等等。然而这样样的问题并不不是我一个能能所能解决的的，幸运的是是有我们的指指导老师的悉悉心指导和小小组搭档的全全心帮助，所所以一个个看看似复杂的问问题便迎刃而而解。 最后我还要再次次深深地感谢谢李锐君老师，正是是基于李老师的悉心心指点和大家家的全心的帮帮助，我才能能比较顺利地地完成毕业设设计。谢谢你你们！ 参考文献1 何立民. MMCS-511系列单片机机应用设计、系系统配置与接接口技术.2 郭强液晶显显示应用技术术 北京：电子工业出出版社，20000年3 新民.智能仪仪器原理及设设计 哈哈尔滨工业大大学出版社，11995。4 华成英. 童诗诗白. 模模拟电子技术术基础第三版版 北京: 高等教育育出版社, 2004.4.5 马忠梅等.单单片机的C语语言应用程序序设计 北京:北北京航空航天天大学出版社社，199776 李刚 林凌 王王焱 编著 新概念单片片机教程. 天津大学出出版社，20004年7 彭爱华.单片片机高级语言言C51应用用程序设计MM.北京工工业出版社，11999。8 何立民. MMCS-511系列单片机机应用设计、系系统配置与接接口技术.9 arek,H.P.Traah,Y.SSuzukii.Senssors ffor Auutomottive echnoologyM,20004.10 R.C.et al.Dyynamicc Multti-sennsor DData FFusionnSysteem forr Inteelligeent Rooboticcs andd AutoomatioonM,1998附录附录一 硬件设设计主电路图图附录二 检测主主程序程序#includde /调用外函函数/#includde #includde #includde #includde #includde #includde /*初始化CCPU*/void innit_cppu() /初始化ccPu EA=1;TR0=11;TR1=11;TMOD=0x11;TH1=00x3c;TL1=00xb0;/*void time11(voidd) intterruppt 3 uusing 1