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物联网感知综合

课程设计报告

题目： 空气质量浓度监测仪

学 院： 计算机信息***

专 业： 物联网工程

班 级： 2018级物联网工程班

学 号： 20***

姓 名： 高某某

指导教师： 任某某

完成日期： 2020年12月24日

目 录

一、 综述 1

1. 课题研究的背景及意义 1

2. 检测气体特性 1

3. 国外研究现状 2

二、 方案设计 2

三、 详细设计分析 3

1. ST89C51单片机 3

2. ADC0832A/D转换器 7

3. 晶振模块 7

4. 甲醛监测模块 8

5. 甲烷监测模块 8

6. 复位电路模块 9

7. 软件设计 9

四、 仿真结果及分析 11

1. 电路总览图 11

2. 结果分析 11

五、 总结 12

综述

课题研究的背景及意义

随着城市人们生活水平的不断提高，各类装饰装修材料、家具和日用化妆品大量进入室内，使室内污染物的来源和种类日益增多，造成室内空气污染程度在室外空气污染的基础上更加重了一层。为了节约能源现代建筑物的密闭性增加，新风量不足，加上建筑的密闭性越来越好，使用的人工合成材料越来越多，使得室内污染物不能及时排除室外，在室内存储、蓄积，造成室内空气恶化。人们在人工环境中所处的时间越来越长，结果引发了各种与室内环境相关的病症。所谓“凶宅”、“鬼屋”或“风水不好”的房屋，不少是积累了大量有毒有害物质的缘故。

在20世纪70年代末期，认为IAQ代表一系列污染物浓度的指标，采用通风换气等手段稀释污染物浓度，使危害降低;近几年研究表明，IAQ还包含其它因素，如空气温度、湿度、及气流速度等，同时注意到IAQ是一个变量，涉及到设计、施工、和运行管理等多专业、多学科。污染源控制属于起点控制，而通风换气控制属于终点控制，每种单一的控制都不能解决目前的IAQ问题，因此IAQ成为现代建筑科学、医学卫生、建筑环境工程、建筑设计等诸方面的研究课题。

检测气体特性

?甲醛是一种无色，有强烈刺激性气味的气体。易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。其37%的水溶液称为福尔马林，医学和科研部门常用于标本的防腐保存随科研部门常用于标本的防腐保存。此溶液沸点为19.5℃故在室温时极易挥发，随着温度的上升甲醛的挥发速度加快。在我国有毒化学品优先控制名单中甲醛列居第二位。甲醛已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。甲醛是原浆毒物，能与蛋白质结合，吸入高浓度甲醛后会出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛，也可发生支气管哮喘皮肤直接接触甲醛，可引起皮炎、色斑、坏死。经常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出现粘膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎、指甲角化和脆弱等。全身症状有头痛、乏力、心悸、失眠、体重减轻以及植物神经紊乱等。

天然气、液化天然气(俗称煤气罐)是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40%左右，产生的二氧化硫也很少。天然气易燃易爆和空气混合后，温度达到550?左右就会燃烧;其混合物浓度达到5%,15%，遇到火种就会爆炸。天然气热值高，约8500,10000千卡/m^3，天然气燃烧后发出的热量是相同体积的城市煤气的2.5倍左右。

国外研究现状

在应用方面，目前最广泛的是可燃性气体气敏元件传感器，已普及应用于气体泄漏检测和监控，从工厂企业到居民家庭，应用十分广泛。气体检测技术与计算机技术相结合，实现了智能化、多功能化。美国工业***(ISC)一台携带式气体监控仪可实现4种气体监测，采用了统一的软件，只需要换气体传感器，即可实现对特定气体监测。美国国际传感器技术(IST)公司应用一种“Me gaCas "传感器和微程序控制单元，可检测100 种以上毒性气体和可燃性气体，通过其“气体检索”功能扫描，能很快确定是哪一种气体。气体传感器向低功耗、多功能、集成化方向发展国外气体传感器发展很快，一方面是由于人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高;另一方面是由于传感器市场增长受到政府安全法规的推动。因此，国外气体传感器技术得到了较快发展。

方案设计

本设计的软件设计流程是首先初始化所有硬件，比如LCD1602、甲烷传感器、甲醛传感器、直流电机等，再初始化显示界面，然后利用无限轮训的机制检测甲烷浓度和甲醛浓度，并显示出来，再经过数值判断，超过阈值做出相应处理。

图1 程序运行流程图

详细设计分析

ST89C51单片机

本设计采用STC89C51单片机作为控制芯片。它有4KB可重复编程的片内Flash,?512Byte的RAM,?4组8位的I/O接口和三个定时器，满足本设计需求。并且还有功耗低、价格便宜的优势。

图2 STC89C51单片机引脚图

主要性能:

与MCS-51单片机产品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存储器、 1000次擦写周期、全静态操作：0Hz～33Hz 、三级加密程序存储器 、 32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、 低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针、掉电标识符 。

功能特性描述

STC89C52 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 和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高某某、超有效的解决方案。 STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，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，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K字节在系统可编程 Flash

P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 课程的掌握程度如此低，很多都需要上网查找资料，但幸运的是网上资料很全面，对我的课程设计帮助非常大，在过程中我也对以前学过的知识进行了巩固加深，将理论与实践相互结合，对学过的例如keil、protuse等软件有了新的认知，对单片机的运行方式等也有了更深的了解。

多亏了本次课程设计让我明白了自己在学习中的不足，并能够及时加以改正，我想这也是老师设置这门课程的目的所在。这也让我明白了只要用心去学就没有学不会的知识，只是怕自己对待知识的态度不端正。



指导教师评语：

指导教师(签字)：　　　　　　 年 月 日



课程设计成绩







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