基于單片機(jī)的室內(nèi)甲醛測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)PAGEPAGE13基于單片機(jī)的室內(nèi)甲醛測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)海南大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：基于單片機(jī)的室內(nèi)甲醛測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)：姓名：年級(jí)：學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院系別：專業(yè)：指導(dǎo)教師：完成日期：摘要眾所周知，甲醛對(duì)人對(duì)危害極大，直接危害著人們的身體健康和生命安全。當(dāng)今的社會(huì)中甲醛通過(guò)各種途徑侵入人們的生活，特別是在房屋裝修的過(guò)程中，裝修材料中殘留大量的甲醛，所以應(yīng)如何快速高效的檢測(cè)室內(nèi)甲醛的含量是否超標(biāo)就顯得尤為重要。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種在室內(nèi)具有檢測(cè)和超限報(bào)警功能的智能甲醛檢測(cè)儀，操作簡(jiǎn)單，能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)室內(nèi)空氣中甲醛含量予以測(cè)定顯示，若超標(biāo)則報(bào)警提示。該設(shè)計(jì)方案基于STC12C5A60S2單片機(jī)和甲醛傳感器，將傳感器輸出的檢測(cè)信號(hào)放大后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路調(diào)整，再通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后由LCD顯示甲醛濃度值。本設(shè)計(jì)具有顯示報(bào)警功能，并且具有功耗低、精度高、可靠等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:甲醛；STC12C5A60S2；傳感器；A/D；LCDAbstractAseveryoneknows,theformaldehydeofgreatharm,directlyendangerpeople'shealthandlifesafety.Formaldehydetoday'ssocietyintopeople'slifethroughavarietyofways,especiallyintheprocessofhousedecoration,alotofresidualformaldehydedecorationmaterials,soisparticularlyimportantfordetectingthecontentofindoorformaldehydeexceedthestandardofwhetherhowfastandefficient.Thisprojecthasdesignedonekindofintelligentdetectorformaldehyde,withdetectionandoverrunintheindooralarmfunction,simpleoperation,canquicklyandaccuratelytotheindoorairformaldehydecontentdeterminationofdisplay,ifexceedthestandard,thealarm.ThedesignofSTC12C5A60S2MCUandformaldehydesensorbasedon,theoutputsignalofthesensorisamplifiedbyA/Dconversioncircuit,adjust,andthendataprocessingthroughtheMCU,andfinallybytheLCDdisplayformaldehydeconcentration.Thisdesignhasdisplayandalarmfunction,andhasthefeaturesoflowpowerconsumption,highprecision,reliable.。Keywords:formaldehyde;STC12C5A60S2;sensor;A/D;LCD目錄1緒論 11.1引言 11.2甲醛檢測(cè)儀的選擇 12總體方案設(shè)計(jì) 22.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求 22.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想 22.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證 33設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工具介紹 43.1單片機(jī)的概念和特點(diǎn) 43.2STC12C5A60S2單片機(jī) 43.3LTC1049CN8運(yùn)算放大器 53.4LCD1602液晶顯示屏 63.5甲醛傳感器 74系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分 84.1系統(tǒng)整體電路的原理 84.2系統(tǒng)晶振電路的設(shè)計(jì) 94．3系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 104.4系統(tǒng)放大電路設(shè)計(jì) 114.5系統(tǒng)單片機(jī)及顯示電路的設(shè)計(jì) 124.6系統(tǒng)報(bào)警電路設(shè)計(jì) 135系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 145.1程序編寫(xiě)語(yǔ)言介紹 145.2主程序模塊 155.3模數(shù)轉(zhuǎn)換 155.4按鍵模塊 165.5液晶顯示模塊 176系統(tǒng)仿真 187設(shè)計(jì)總結(jié) 19致謝 20參考文獻(xiàn) 21附件 211緒論1.1引言甲醛是一種無(wú)色、有強(qiáng)刺激性氣味的氣體。溶于水、醇類和醚。甲醛在室溫下是氣體，通常以水溶液的形式存在。37%的水溶液稱為福爾馬林，醫(yī)療和科研部門通常用來(lái)做標(biāo)本的防腐保存。在我們國(guó)家有毒化學(xué)物質(zhì)優(yōu)先控制名單中甲醛位居第二。甲醛一直是世界衛(wèi)生組織確定為癌癥和導(dǎo)致畸形的物質(zhì)材料[1]。甲醛可以和蛋白質(zhì)結(jié)合，吸入高濃度甲醛會(huì)引起呼吸道嚴(yán)重的刺激和水腫、眼痛、頭痛，也可能發(fā)生支氣管哮喘，人的皮膚直接接觸甲醛，可能會(huì)引起皮炎、皮膚色斑、皮膚壞死。經(jīng)常吸入甲醛，也能導(dǎo)致慢性中毒，出現(xiàn)黏膜充血、皮膚刺激疾病、過(guò)敏性皮炎、指甲角化以及脆弱等。全身癥狀有頭痛、疲勞、心悸、失眠、體重減輕和植物神經(jīng)紊亂等[2]。甲醛的來(lái)源途徑一般有這些方面：1．室內(nèi)裝飾材料里面的合成板材，如膠合板、細(xì)木工板、高密度板、刨花板。甲醛在這些板材中起膠合劑、防腐劑的角色，主要用于加強(qiáng)材料的硬度、防蟲(chóng)、腐蝕。板材里的殘余和未參與反應(yīng)的甲醛向周圍生態(tài)環(huán)境逐步釋放甲醛，是室內(nèi)空氣中甲醛的主要來(lái)源。2．使用合成板制造的家具，廠家為追求利潤(rùn)的不惜使用不合格的木料板材，再粘貼材料表面時(shí)使用不合格的膠水，導(dǎo)致家具的甲醛含量超標(biāo)。3．含有甲醛并且可能會(huì)向周圍環(huán)境發(fā)出的各種裝飾材料，如墻紙、地毯、油漆等。1.2甲醛檢測(cè)儀的選擇目前，市場(chǎng)的甲醛檢測(cè)器有許多不同的種類，其中比較常見(jiàn)的是使用試驗(yàn)紙光電光度法，當(dāng)甲醛吹到浸有發(fā)色劑的試紙上時(shí)，浸有發(fā)色劑的TAB組合就會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使標(biāo)簽顏色發(fā)生變化。在接觸甲醛后溶解在試紙里的試藥就會(huì)和甲醛發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生化合物，試紙的顏色會(huì)從白色變成黃色。顏色改變的程度可以反映出所受光的反射光量，反射光量的強(qiáng)度變化率強(qiáng)度可以作為被測(cè)氣體的甲醛含量的預(yù)測(cè)值。預(yù)先設(shè)定檢測(cè)線，可以通過(guò)測(cè)量反應(yīng)率來(lái)檢測(cè)甲醛濃度的含量。在收集氣體的方法上有的是使用自動(dòng)吸引方式(內(nèi)置微型空氣泵)，一些使用擴(kuò)散式。用測(cè)試紙光電光度法分析甲醛的濃度，它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，操作簡(jiǎn)單，快速測(cè)定。但是這種方法在分析甲醛濃度時(shí)，往往是目視比色法，它的缺點(diǎn)是:（1）因?yàn)樵S多有色溶液是不夠穩(wěn)定的，不能長(zhǎng)久保存，經(jīng)常需要在測(cè)定的同時(shí)配制溶液，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)事。（2）目視比色法的精度低，準(zhǔn)確率不高，一般相對(duì)誤差為±5～20%。本文設(shè)計(jì)的便攜式甲醛檢測(cè)儀所使用的甲醛傳感器是電化學(xué)傳感器。它可以使甲醛的濃度轉(zhuǎn)換成微弱的電流信號(hào)，再通過(guò)電流電壓變換電路使微弱的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以測(cè)量的穩(wěn)定的電壓信號(hào)，增強(qiáng)了該電信號(hào)的穩(wěn)定性。

2總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心元件，以實(shí)現(xiàn)便攜式甲醛檢測(cè)儀的基本控制功能。系統(tǒng)主要功能內(nèi)容包括：開(kāi)始測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、超標(biāo)報(bào)警、按鍵設(shè)置等功能。設(shè)計(jì)基本要求：（1）快速檢測(cè)功能：當(dāng)將儀器至于封閉環(huán)境時(shí)能快速測(cè)出甲醛濃度并顯示。（2）超標(biāo)報(bào)警功能：當(dāng)甲醛濃度超出國(guó)標(biāo)時(shí)給予報(bào)警提示。（3）測(cè)量精確度高。（4）設(shè)備便于攜帶，操作簡(jiǎn)單。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的迅速發(fā)展，傳感技術(shù)已形成一個(gè)獨(dú)立的新興的高科技領(lǐng)域。傳感器的高度自動(dòng)化、微型化與集成化，減少了對(duì)使用者環(huán)境和技術(shù)的要求，其便攜式的特點(diǎn)尤其適合于野外、現(xiàn)場(chǎng)分析的需要。本設(shè)計(jì)擬采用英國(guó)達(dá)特公司生產(chǎn)的甲醛傳感器，傳感器的貴金屬電極與揮發(fā)的甲醛氣體發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生與揮發(fā)的甲醛濃度成正比的電信號(hào)。由于甲醛傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)十分微弱，不能直接與控制電路相連接使用，我們將其首先經(jīng)過(guò)一個(gè)放大電路，將信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后通過(guò)LCD將空氣中甲醛含量的濃度用數(shù)字顯示出來(lái)[3]。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證方案一：基于普通51單片機(jī)和國(guó)產(chǎn)MQ138傳感器的設(shè)計(jì)方案國(guó)產(chǎn)MQ138傳感器中能基本實(shí)現(xiàn)甲醛測(cè)量需要，其信號(hào)可以經(jīng)過(guò)放大電路，在經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換芯片后送給單片機(jī)進(jìn)行處理最后顯示。其工作模塊可以分為：傳感器、放大電路、AD電路、單片機(jī)、顯示電路。通過(guò)這幾個(gè)部分的結(jié)合可以基本實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能，但是由于MQ138傳感器的信號(hào)的線性度極其不理想，而且其測(cè)量范圍為1ppm～10ppm，最低測(cè)量值已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的最低值0.8ppm。系統(tǒng)所采用的單片機(jī)只能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，仍需要另外購(gòu)買AD芯片，給系統(tǒng)造成成本增加，且對(duì)電路的性能會(huì)造成影響。方案二：基于增強(qiáng)型單片機(jī)和進(jìn)口傳感器的設(shè)計(jì)方案英國(guó)達(dá)特（DART）公司的甲醛傳感器雖然價(jià)格為MQ138的兩倍，但其擁有穩(wěn)定的線性度，且靈敏度達(dá)到0.01ppm，可以滿足測(cè)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)工作模塊也分為傳感器、放大電路、AD電路、單片機(jī)、顯示電路。系統(tǒng)才用的是增強(qiáng)型51單片機(jī)即STC12C5A兩個(gè)方案的比較：方案一，雖然基本滿足測(cè)量需求，但是0～1ppm的范圍為盲區(qū)，無(wú)法測(cè)量更無(wú)法在超過(guò)國(guó)標(biāo)時(shí)及時(shí)提醒，系統(tǒng)整體穩(wěn)定性不高。方案二，完全能夠滿足測(cè)量需求，精度高，功耗更低，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性高，更加可靠，所以選擇方案二。

3設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工具介紹3.1單片機(jī)的概念和特點(diǎn)單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是一種非常活躍且頗具生命力的機(jī)種。單片微型機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：CPU、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)與適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)同時(shí)又是一種集微型計(jì)算機(jī)主要功能部件于同一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)，并由此而得名。3.2STC12C5A60S2單片機(jī)STC12C5A60S2單片機(jī)（引腳如圖3-1）是宏晶科技生產(chǎn)的一種能夠與傳統(tǒng)8051完全兼容的新型單片機(jī)，它執(zhí)行速度是傳統(tǒng)51單片機(jī)的8-12倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，其基本參數(shù)如下[4]：1.與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。2.60K字節(jié)可重擦寫(xiě)FLASH閃存存儲(chǔ)器。3.100000次寫(xiě)/擦循環(huán)。4.時(shí)鐘頻率：0Hz-35MHz，相當(dāng)于普通單片機(jī)的0-420MHz。5.三級(jí)加密存儲(chǔ)器。6.1280字節(jié)內(nèi)部RAM。7.36/40/44個(gè)可編程I/O口線。8.4個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，7個(gè)中斷源。9.2路PWM。10.低功耗的空閑和掉電模式。11.片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。圖3-1STC12C5A60S23.3LTC1049CN8運(yùn)算放大器LTC1049（引腳如圖3-2）是一種高性能，低功耗的零漂移運(yùn)算放大器。此外，LTC1049提供優(yōu)越的DC和AC性能，其理論供應(yīng)電流僅為200μA。LTC1049擁有典型失調(diào)電壓漂移0.02μV/°C，0.1Hz到10Hz輸入噪聲電壓的3μV。轉(zhuǎn)換速度電壓增益為與典型的160dB與增益帶寬產(chǎn)品的0.8MHz。超載從飽和狀態(tài)的恢復(fù)時(shí)間6ms，比削波器放大器顯著改善使用外部電容器，可以在LTC1049是一個(gè)插件替換與大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算amps大幅度提高DC性能和降低功耗。其基本參數(shù)如下：1.低電源電流：200μA2.無(wú)需外部元件3.最大失調(diào)電壓：10μV4.最大偏移電壓漂移：0.1μV/°C5.單電源供電：4.75V到16V圖3-2LTC1049CN8圖3-2LTC1049CN8的引腳圖8.典型的過(guò)載恢復(fù)時(shí)間：6ms9.在8-Pin可用，以便和PDIP軟件包兼容3.4LCD1602液晶顯示屏LCD顯示有很多種，常用的有1602和12864兩種，由于本設(shè)計(jì)中顯示的甲醛含量屬于較簡(jiǎn)單的字符，可以考慮使用1602，LCD1602具有顯示內(nèi)容豐富，接口電路簡(jiǎn)單，人機(jī)交流性強(qiáng)等特點(diǎn)，滿足設(shè)計(jì)要求。其具體參數(shù)如表3-1，接口信號(hào)參數(shù)如表3-2[5]。具體參數(shù)：顯示容量：16×2個(gè)字符芯片工作量：4.5~5.5V工作電流：2.0Ma(5.0V)模塊最佳工作電壓：5.0V字符尺寸：2.95×4.35（W×H）mm表3-1LCD1602技術(shù)參數(shù)接口信號(hào)參數(shù)：編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2DataI/O2VSS電源正極10D3DataI/O3VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4DataI/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端12D5DataI/O5R/W讀/寫(xiě)選擇端13D6DataI/O6E使能信號(hào)14D7DataI/O7D0DataI/O15BLA背光源正極8D1DataI/O16BLK背光源負(fù)極表3-2LCD1602接口信號(hào)表格3.5甲醛傳感器本甲醛檢測(cè)儀采用英國(guó)達(dá)特（DART）公司生產(chǎn)的甲醛傳感器如圖3-3。該傳感器是兩電極電化學(xué)型的傳感器，通過(guò)擴(kuò)散原理實(shí)現(xiàn)，因此不需要外部采樣硬件。當(dāng)有甲醛氣體存在的時(shí)候，將會(huì)有一個(gè)很小的直流產(chǎn)生；傳感器本身不需要電源供應(yīng)，但是產(chǎn)生的這個(gè)電流需要外部的數(shù)據(jù)采集將其變?yōu)榭勺x的信號(hào)。主要參數(shù)如下[6]：1.正常檢測(cè)0一10ppm，最大值50ppm；2.輸出信號(hào)250～300nA／ppm；3.分辨率0．01ppm；4.響應(yīng)時(shí)間<30s；5.最大零點(diǎn)沮度漂移(+20℃一+40"C)lppm；6.工作溫度-10℃一40℃；7.基線飄移<0.03/ppm；8.壽命3年。圖3-3甲醛傳感器的實(shí)物圖

4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分4.1系統(tǒng)整體電路的原理基于上述的首選設(shè)備，提出了硬件設(shè)計(jì)功能框圖如圖4-1所示甲醛甲醛傳感器放大電路STC12C5A（A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理）LCD1602按鍵模塊圖4-1硬件功能框圖報(bào)警電路圖4-1硬件功能框圖甲醛檢測(cè)儀的核心控制器選用STC12C5A60S2單片機(jī)。單片機(jī)與LTC1049CN8運(yùn)算放大器構(gòu)成模擬量采集系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的采集，并通過(guò)A/D以及LCD1602液晶顯示器完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和顯示。4.2系統(tǒng)晶振電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)在工作時(shí)的每個(gè)指令的微操作在時(shí)間上都有嚴(yán)格的秩序，這樣的微操作時(shí)間順序稱為時(shí)序，單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)用于給單片機(jī)芯片里的各種微操作提供了一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，STC12C5A60S2的時(shí)鐘生產(chǎn)方式分為兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一是外部時(shí)鐘方式[7]。內(nèi)部時(shí)鐘的方式就是在單片機(jī)外部連接一個(gè)晶振電路和單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器發(fā)生作用產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。外部時(shí)鐘形式是把現(xiàn)有的外部時(shí)鐘信號(hào)引入到控制器在里面，這種方法通常被用于多片STC12C5A60S2單片機(jī)同時(shí)工作時(shí)，為了方便單片機(jī)系統(tǒng)的同步，一般要求外部信號(hào)的高電平的持續(xù)時(shí)間超過(guò)20ns，且為頻率低于12MHz的方波[8該系統(tǒng)以盡量降低功耗的原則使用了內(nèi)部時(shí)鐘模式。圖4-2晶振電路圖在STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路，只要在單片機(jī)的處理器的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體(簡(jiǎn)稱晶振)就構(gòu)成了自激振蕩器并且在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，如圖4-2中的電容器C2和C3起穩(wěn)定頻率和快速起振作用，電容值在5-30pF，典型值是22pF，4.3系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)①?gòu)?fù)位的意義單片機(jī)開(kāi)始工作的時(shí)候，必須處于一種確定的狀態(tài)，否則，不知哪是第一條程序和如何開(kāi)始運(yùn)行程序。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設(shè)備誤動(dòng)作，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制寄存器（專用寄存器）內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開(kāi)始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù).因此，任何單片機(jī)在開(kāi)始工作前，都必須進(jìn)行一次復(fù)位過(guò)程，使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài)。②復(fù)位電路原理當(dāng)在STC12C5A60S2單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。實(shí)際的應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本類型:一種是上電復(fù)位，另一種是上電和按鍵都有效的復(fù)位，要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。本次設(shè)計(jì)中的復(fù)位電路采用的是開(kāi)關(guān)復(fù)位電路，開(kāi)關(guān)S7沒(méi)有按下時(shí)是上電復(fù)位電路，上電復(fù)位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容充電(導(dǎo)通)狀態(tài)，所以RST引腳的電壓和VCC相同。隨著電容的充電，RST引腳上的電壓會(huì)逐漸降低。選擇合理的充電常數(shù)，就可以保證開(kāi)關(guān)按下時(shí)RST端有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，從而使STC12C5A60S2內(nèi)部復(fù)位。開(kāi)關(guān)按下時(shí)是手動(dòng)復(fù)位電路，RST端口通過(guò)電阻與VCC電源相接通，通過(guò)電阻的分壓來(lái)可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。電路圖見(jiàn)圖4-3圖4-3復(fù)位電路圖4.4系統(tǒng)放大電路設(shè)計(jì)由于傳感器的輸出信號(hào)非常微弱，因此放大器需要選擇高放大倍數(shù)的運(yùn)放。電路設(shè)計(jì)和元器件的選擇因此顯得非常關(guān)鍵。校準(zhǔn)可以通過(guò)調(diào)整電路的放大倍數(shù)，從而在軟件中實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。具體放大電路如圖4-4，用電壓源信號(hào)模擬甲醛傳感器輸出，放大器對(duì)其進(jìn)行放大。在系統(tǒng)中的高精度測(cè)量放大電路設(shè)計(jì)中，反饋電阻選為470k，同時(shí)并聯(lián)一個(gè)4.7F的鉭電容在沒(méi)有反向響應(yīng)時(shí)間的情況下降噪[9]。圖4-4放大電路電路原理圖4.5系統(tǒng)單片機(jī)及顯示電路的設(shè)計(jì)由于STC12C5A60S2單片機(jī)與普通51單片機(jī)的引腳相同且完全兼容，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)可以采用普通的單片機(jī)最小系統(tǒng)板進(jìn)行布局即可，放大電路的信號(hào)可以經(jīng)過(guò)P1口進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理后經(jīng)過(guò)連接P0口的LCD1062進(jìn)行顯示。其具體電路如圖4-5所示圖4-5顯示電路4.6系統(tǒng)報(bào)警電路設(shè)計(jì)當(dāng)電路測(cè)試到甲醛濃度超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的限制性時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)給報(bào)警電路。讓報(bào)警電路報(bào)警以此來(lái)提醒工作人員查看解決，超限報(bào)警電路如下圖4-6所示。這是由STC12C5A60S2的P2.6口來(lái)進(jìn)行控制，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的甲醛濃度超過(guò)設(shè)置的數(shù)值0.08PPM時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)的程序使P2.6口值變?yōu)楦唠娖剑瑥亩谷龢O管導(dǎo)通，報(bào)警電路接通，使蜂鳴器發(fā)出警號(hào)聲。這個(gè)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)主要依靠程序來(lái)完成。圖4-6報(bào)警電路

5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1程序編寫(xiě)語(yǔ)言介紹在單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中，逐漸引入了高級(jí)語(yǔ)言，C語(yǔ)言就是其中的一種。匯編語(yǔ)言的可控性較高級(jí)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)更具優(yōu)越性。程序編寫(xiě)語(yǔ)言比較常見(jiàn)的有C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序比用匯編編寫(xiě)的程序更符合人們的思考習(xí)慣。還有很多處理器都支持C編譯器，這樣意味著處理器也能很快上手。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫(xiě)的模塊程序易于移植[10]。基于C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)方法。5.2主程序模塊主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：圖5-1主程序流程圖5.3模數(shù)轉(zhuǎn)換(1)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能就是把經(jīng)放大器放大的模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并傳送給單片機(jī)。(2)STC12C5A60S2轉(zhuǎn)換的流程圖見(jiàn)下圖5-2圖5-2數(shù)模轉(zhuǎn)換流程圖5.4按鍵模塊(1)按鍵是顯示人機(jī)對(duì)話的一個(gè)控制按鈕，通過(guò)對(duì)按鍵的操作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送操作指令，后經(jīng)與單片機(jī)串行通信，然后在液晶上顯示。(2)按鍵的流程圖見(jiàn)下圖圖5-3按鍵流程圖5.5液晶顯示模塊本系統(tǒng)使用1602液晶顯示。控制程序主要有三部分：向液晶中寫(xiě)入指令；向液晶中寫(xiě)入數(shù)據(jù)；液晶測(cè)試忙碌狀態(tài)。寫(xiě)命令時(shí)，首先測(cè)液晶是否忙碌，液晶忙碌信號(hào)消失后，置RS及RW引腳低電平，然后使能端EN為高電平，下一條指令EN為低電平，有一定延時(shí)。之后液晶將開(kāi)始處理這條指令，置位忙碌信號(hào)，在指令處理期間將不再響應(yīng)其他指令或數(shù)據(jù)請(qǐng)求；寫(xiě)數(shù)據(jù)，先測(cè)是否忙碌，液晶忙碌信號(hào)消失后；置RS=1，RW=0，然后使能端EN=1；下一條指令EN=0，之后液晶將開(kāi)始處理這條指令，置位忙碌信號(hào)，在指令處理期間將不再響應(yīng)其他指令或數(shù)據(jù)請(qǐng)求。液晶的程序主要由初始化函數(shù)、寫(xiě)入函數(shù)、清RAM函數(shù)，其中初始化液晶的工作狀態(tài)，包括光標(biāo)歸位，顯示設(shè)置，顯示移位等，屏幕清空等命令，是使用液晶前必須要執(zhí)行的函數(shù)。子程序流程圖如下圖所示。圖5-4液晶顯示的操作流程圖6系統(tǒng)仿真Proteus是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如KeilC51uVision2等軟件。④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。本章介紹ProteusISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。前面已經(jīng)把單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)完成了，下一步就可以著手進(jìn)行仿真，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的過(guò)程之中肯定有許多的錯(cuò)誤，需要進(jìn)行仿真來(lái)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和調(diào)試錯(cuò)誤。這樣才能使單片機(jī)低功耗計(jì)數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加完善，本次系統(tǒng)仿真采用的是軟件仿真，使用的是proteus軟件。Proteus軟件由ISIS和ARES兩個(gè)軟件構(gòu)成，其中ISIS是原理圖編輯與仿真軟件，ARES是布線編輯軟件。本次系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)其中的原理圖編輯和PCB布線就是在這個(gè)軟件環(huán)境中完成的，至于軟件設(shè)計(jì)，則是采用proteus軟件中的ISIS和KeiluVision進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)都完成的時(shí)候就可以看到虛擬的基于單片機(jī)的甲醛測(cè)試系統(tǒng)的運(yùn)行，仿真效果見(jiàn)附件一。最后特別要指出的是：由于此款仿真軟件中未有甲醛傳感器，因此用滑動(dòng)電阻器代替，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器阻值的大小來(lái)為本系統(tǒng)提供不同的采集信號(hào).7設(shè)計(jì)總結(jié)本文就基于單片機(jī)的室內(nèi)甲醛檢測(cè)儀進(jìn)行了整體的研究和設(shè)計(jì)，總結(jié)此設(shè)計(jì)的課題結(jié)果，可以大致歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：(1)學(xué)習(xí)了單片機(jī)的發(fā)展路程、硬件結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，深入學(xué)習(xí)了STC12C5A(2)了解了傳感器的相關(guān)知識(shí)，并對(duì)甲醛傳感器做了深入的對(duì)比認(rèn)知，認(rèn)識(shí)了傳感器的整體結(jié)構(gòu)及其一些基本特性。(3)深入學(xué)習(xí)了C語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)掌握了基本的C語(yǔ)言編程。(4)對(duì)于系統(tǒng)的編譯有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，了解了在Windows環(huán)境下利用Keil軟件進(jìn)行程序編譯的基本方法。通過(guò)以上所做的內(nèi)容為課題的進(jìn)一步研究奠定了一定的基礎(chǔ)，但本人的水平有限，在研究上的程度不夠深入，論文中存在諸多不足，這需要在以后的學(xué)習(xí)研究中進(jìn)一步提高，概括起來(lái)有以下幾點(diǎn)：(1)對(duì)單片機(jī)的理論知識(shí)方面的學(xué)習(xí)還需要進(jìn)一步的加強(qiáng)，同時(shí)要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，使之更加符合工業(yè)和實(shí)際需要。(2)在C語(yǔ)言的運(yùn)用上還需要進(jìn)一步的加強(qiáng)，完善程序編輯，使之更加簡(jiǎn)潔有效，使語(yǔ)言更加符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。(3)在硬件系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)上還需要進(jìn)一步的完善，根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)一步改善，使之更加的安全方便。致謝本論文是在儲(chǔ)春華老師的悉心指導(dǎo)下完成的。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。在此，謹(jǐn)向儲(chǔ)老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！同時(shí)對(duì)在我作做畢設(shè)的過(guò)程中給我提供幫助的同學(xué)和朋友表示感謝。

參考文獻(xiàn)[1]潘政華.淺論甲醛對(duì)人體健康的影響及治理措施[J].《現(xiàn)代農(nóng)業(yè)》，2011.38（6）：24-27.[2]石靖芳.手術(shù)室人員職業(yè)危險(xiǎn)因素分析及防護(hù)[J].《齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)》，2009.15-16.[3]田清華.基于電化學(xué)敏感電極的甲醛測(cè)試儀的研[D].河北：燕山大學(xué)，2007：29-31.[4]宏晶科技《STC12C5A60S2系列單片機(jī)》數(shù)據(jù)手冊(cè)[S].2010.[5]長(zhǎng)沙太陽(yáng)人電子有限公司《SMC1602A》數(shù)據(jù)手冊(cè)[S].2006.[6]DART公司《甲醛傳感器》數(shù)據(jù)手冊(cè)[S].2004.[7]丁元杰.單片微機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1993:22-24.[8]趙茂泰.智能儀器原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社，2001:32-37.[9]葛化敏，葉小嶺.基于MSP430F449的甲醛檢測(cè)儀設(shè)計(jì)[J]-工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2009，45（8）：34-40.[10]馬忠梅等.《單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1997：23-25.

附件附件一系統(tǒng)仿真原理圖

附錄二檢測(cè)主程序程序#include<STC2C5A#include<ctype.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<stdio.h>#include<math.h>#include<LCD.h>/**********初始化CPU************/voidinit_cpu()//初始化cPu{EA=1; TR0=1; TR1=1; TMOD=0x11; TH1=0x3c; TL1=0xb0;}/*voidtime1(void)interrupt3using1 {TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256;keyval=P1;}*//初始化CPU結(jié)束//voidmain_menu_initial() //LCD主菜單初始化.//{ main1_menu[0].menu_count=4; //有4個(gè)菜單項(xiàng).// main1_menu[0].display=measurearray;//定義一個(gè)”開(kāi)始測(cè)量“數(shù)組 main1_menu[0].subs=NULL; main1_menu[0].children_menus=measure_menu; //當(dāng)前菜單子菜單的指針 main1_menu[0].parent_menus=NULL; ……//還有“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)”、“時(shí)間設(shè)置”……//}voidmeasure_menu_initial()//“開(kāi)始測(cè)量”菜單設(shè)置//{measure_menu[0].menu_count=2;measure_menu[0].display=qr; //開(kāi)始測(cè)量函數(shù)，確認(rèn). measure_menu[0].subs=start_measure_function;//開(kāi)始測(cè)量函數(shù) measure_menu[0].children_menus=NULL; measure_menu[0].parent_menus=main1_menu; measure_menu[1].menu_count=2; measure_menu[1].display=qx; //開(kāi)始測(cè)量函數(shù)，取消.measure_menu[1].subs=NULL;measure_menu[1].children_menus=NULL; measure_menu[1].parent_menus=main1_menu; }……//還有voidstore_menu_initial()、voidtime_menu_initial()//voidled_menu_pro(){ max_item=menu_led->menu_count; switch(keyval) { case0:break; case1: //向上鍵. if(user_choosen==0) { user_choosen=max_item; } shuaxin=1; user_choosen--; break; }……//“向上”“向下”“確認(rèn)”“取消”鍵//if(shuaxin) //是否需要刷新LCD標(biāo)志位. {Clr_Scr(); shuaxin=0; } led_menu_show(); }voidled_menu_show() { ucharn; max_item=menu_led->menu_count; if(max_item>=4) //菜單項(xiàng)為3則表示為主菜單. { for(n=0;n<4;n++) {draw_bmp(n*2，20，96，0，menu_led[n].display); } select_item(user_choosen); //標(biāo)記出當(dāng)前菜單項(xiàng). } else { switch(temp_choosen) {case0: draw_bmp(0，20，96，0，measurearray);//“開(kāi)始測(cè)量”數(shù)組 break; …… default: break; } for(n=0;n<max_item;n++) { draw_bmp((n+1)*2，20，32，0，menu_led[n].display); } select_item(user_choosen+1); } } voidselect_item(ucharn){ draw_bmp(n*2，2，16，0，curflag);}voidstart_measure_function(void)//開(kāi)始測(cè)量函數(shù)//{main_Menu();}……main(){init_cpu();Init_Clock();init_lcd();Disp_Img(FirstPage);delay(2000);//延時(shí)//ClockMsg();Refresh();delay(2500);Clr_Scr();main_Menu();Clr_Scr();main_menu_initial();measure_menu_initial();store_menu_initial();time_menu_initial();communication_menu_initial(); while(1){keyval=get_key(); //讀鍵. led_menu_pro();}}//適當(dāng)延時(shí)防止因?yàn)椴粩嗖槊Χ馁M(fèi)大量CUP資源//

附件三模數(shù)轉(zhuǎn)換程序#defineuintunsignedint//常量/變量定義//uchark，i，j;floatxdatalv;sbitADCS=P3^1;//ADC0832chipseclect//接口定義//……//其它引腳略……ucharxdatadsw[20];//存放sprintf轉(zhuǎn)換字符ucharxdatavalue[149];//點(diǎn)陣字符儲(chǔ)存ucharcodetable[]={//字符查表0x00，0x00，0x00，0x30，0x00，0x30，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，/*"."，0*/……};//采集并返回unsignedintAdc0832(unsignedcharchannel)//AD轉(zhuǎn)換，返回結(jié)果{uchari=0;ucharj;uintdat=0;ucharndat=0;if(channel==0)channel=2;if(channel==1)channel=3;ADDI=1;_nop_();_nop_();ADCS=0;//拉低CS端_nop_();_nop_();ADCLK=1;//拉高CLK端_nop_();_nop_();ADCLK=0;//拉低CLK端，形成下降沿1_nop_();_nop_();ADCLK=1;//拉高CLK端ADDI=channel&0x1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;//拉低CLK端，形成下降沿2_nop_();_nop_();ADCLK=1;//拉高CLK端ADDI=(channel>>1)&0x1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;//拉低CLK端，形成下降沿3ADDI=1;//控制命令結(jié)束_nop_();_nop_();dat=0;for(i=0;i<8;i++){dat|=ADDO;//收數(shù)據(jù)ADCLK=1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;//形成一次時(shí)鐘脈沖_nop_();_nop_();dat<<=1;if(i==7)dat|=ADDO;}for(i=0;i<8;i++){j=0;j=j|ADDO;//收數(shù)據(jù)ADCLK=1;_nop_();_nop_();ADCLK=0;//形成一次時(shí)鐘脈沖_nop_();_nop_();j=j<<7;ndat=ndat|j;if(i<7)ndat>>=1;}ADCS=1;//拉低CS端ADCLK=0;//拉低CLK端ADDO=1;//拉高數(shù)據(jù)端，回到初始狀態(tài)dat<<=8;dat|=ndat;return(dat);//returnadk}voidtra(uchar*p)//數(shù)組dsp[]里面的字符查詢后，再儲(chǔ)儲(chǔ)存到另一個(gè)顯示數(shù)組value[]voidmain_Menu(){Clr_Scr();//先清屏//CS2=1;CS1=0;hz_disp16(0，32，1，jiaquan);……//甲//醛//測(cè)//量//數(shù)//據(jù)//存//儲(chǔ)//……delay(2000);do{/*k=Adc0832(0);//AD轉(zhuǎn)換結(jié)果l=k/255.0*100.0; ltemp=floor(l); dsw[0]=ltemp/10; dsw[1]=ltemp%10;//sprintf(dsw，"%2.3f"，l);//dsw[0]=1;switch(dsw[0]){case0:sz_disp16(2，32，1，sz0);break;case1:……sz_disp16(2，32，1，sz9);}switch(dsw[1]){case0:sz_disp16(2，40，1，sz0);break;case1:……sz_disp16(2，40，1，sz9);}*///sz_disp16(2，40，1，sz0);/*tra(dsw); CS2=1;CS1=0;sz_disp16(2，56，1，value); */}while(P1_3);}

附件四按鍵模塊程序ucharget_key()//讀鍵{ ucharpass，kcodebuf; staticucharlastkcode，keytime=0; //定義為靜態(tài)變量，外部不可見(jiàn)，但需要常駐內(nèi)存. staticucharhavekey=0; staticucharkeylock=0; kcodebuf=P1&0xff; keytime++; if(kcodebuf!=lastkcode)keytime=0; if(kcodebuf==0xff){h