发布时间 : 星期五 文章基于单片机的CO浓度监控系统设计毕业论文更新完毕开始阅读
的检测方法的出现，气体检测管法逐渐被光谱法、电化学和化学传感器法等所代替。
根据检测原理的不同，目前CO的检测方法有电化学传感器法、化学传感器法(催化可燃气体传感器、固态传感器)和红外吸收光谱法四种。下面对这四种检测方法的优缺点进行比较：
(1)电化学气体传感器：
该传感器最显著优点是功耗小，但对目标气体有一定的选择性；缺点是容易受杂质气体干扰，且电化学气体传感器需定期标定。
(2)催化可燃气体传感器：
适用于大多数烃类的气体检测，稳定好；缺点是催化剂易中毒而使传感器失效；选择性差。
(3)固态传感器：
结构简单，寿命长；可检测多种气体；不能用于泄漏气体的检测；定标困难。 (4)红外吸收光谱法：
红外吸收光谱法具有测量精度高、灵敏度高、响应速度快、适用范围广、测量范围大等诸多优点，且所用设备稳定性高、可靠性好，即可实现快速检测，又可进行连续监测，所以倍受人们关注。
由此可见，前面提到的前三种传感器探测范围小，探头容易中毒老化，不能有效地进行大空间的可燃气体的安全监控，因此三者均不是最理想的CO检测方式。目前国内只有少量的CO检测报警仪使用于现场，特别是在煤矿井下显得更加落后，大部分煤矿采用人工井下采样、地面分析化验的方法，甚至还有采用检测管检测的方法。井下缺少对CO的安全监测仪器，难以适应工作面的推进及新工作面的开拓。也很难满足煤矿井下采空区、火区密闭区等具有高浓度CO监测的需要。
随着红外检测技术的发展，CO红外吸收检测越来越受到人们的重视。从监测技术的发展趋势来看，光谱学技术是最具发展前途的污染气体监测方法，其代表性的监测方法就是非分散红外吸收法和调谐二极管激光吸收光谱方法。本设计提出的就是采用点调制非分散红外吸收法（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 研究内容及预期目标
本课题设计主要完成一氧化碳监控系统软件和硬件设计，设计内容包括：A/D转换器程序、控制程序、超标报警、键盘检测、数据显示开关信号，电机排风等。
主要功能内容包括：数据处理、时间设置、开始测量、超标报警、键盘检测、自动休眠，仪器若不进行测量操作，5分钟后自动进入休眠模式，以降低电源消耗。
其设计方案基于AT89C52单片机，选择瑞士蒙吧波公司的CO/CF-1000一氧化碳传感器。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，由LCD显示一氧化碳浓度值，最后再由开关信号通过电机排风系统进行控制一氧化碳的浓度。
1.4 课题总体设计
本课题拟采用单片机为控制核心，以实现一氧化碳监控系统的基本控制功能。本课题拟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。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。
第2章 主芯片的选型及最小系统设计
2.1 主控芯片选型
单片机全称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，又称微控制器(Micro Controller Unit)或嵌入式控制器(Embedded Controller)。它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。随着单片机技术的发展，其功能越来越强大。它在芯片内集成了许多面对测控对象的接口电路，如ADC、DAC、PWM、高速I/O口等，并朝着SoC(片上系统)方向发展。
单片机主要面对的是测控对象，突出的是控制功能。所以在设计生产时，其功能和形态都是针对控制领域的应用要求的。它是以单芯片形态作为嵌入式应用的计算机。它有唯一的、专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统。又因为它的芯片级体积的优点和在现场环境下高速可靠运行的特点，因此单片机又称为嵌入式微控制器。在国内，还是普遍称其为单片机。把它理解为一个单芯片形态的微控制器，一个典型的嵌入式应用计算机系统。根据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种数量已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列，其中8051体系的占有多半。生产8051单片机的半导体厂家有20多个，共350多种衍生产品。
单片机的优点显著，如体积小、功耗低、功能强、编程简单、性价比高等。目前使用单片机实现自动检测技术正以其速度快、精度高、功能齐全、操作简便等特点而得到越来越广泛的应用，成为甲烷浓度检测的一个发展方向。
按单片机内部数据通道的宽度，可分为4位、8位、16位及32位单片机。MCS-51单片机就是常用的单片机系列，它是美国Intel公司于1980年推出的一种8位单片机系列。近年来C51获得了飞速的发展，C51的发源公司Intel由于忙于开发PC及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机。因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，将其发展起来，最典型的是PHILIPS和ATMEL公司，PHILIPS公司主要是改善其性能，在发展C51的低功耗，高速度和增强型功能上作了不少贡献。并在原来的基础上
发展了高速I/O口，A/D转换器，PWM(脉宽调制)、WDT等增强功能，并在低电压、微功耗、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容C51的单片机，完美地将Flash(非易失闪存技术)EEPROM与80C51内核结合起来，仍采用C51的总体结构和指令系统，Flash的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用，并能使单片机作多次重复使用。所以，C51单片机系列是一个兼容性强，实用性好，并且有广阔发展前景的单片机系列。MCS-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达64kB，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对I/O口的访问能力。此外，MCS-51采用模块化结构，可方便地增删一个模块就可引脚和指令兼容的新产品。从而容易使产品形成系列化。
由于MCS-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给应用提供了极大的便利。
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，本文选择单片机ATME公司的AT89C52为控制核心；主要基