AT89S51单片机的一氧化碳测试仪系统
AT89S51单片机的一氧化碳测试仪系统[20200131185504]
【摘要】
一氧化碳检测仪是用于各种场所，具有检测一氧化碳浓度及浓度超标报警功能的仪器。其设计方案原理基于AT89S51单片机控制。系统将传感器的检测到的信号通过AD0832为核心的A/D转换电路调理后，再经由AT89S51单片机进行数据处理，最后由显示电路将检测到的一氧化碳浓度值显示出来。
本论文中详细介绍了数据采集系统、单片机控制系统、数据显示系统和报警电路等部分的设计方案。当系统发现采样地点的一氧化碳超出规定容许浓度时，会触发三极管驱动的单音频报警电路。此外，操作人员对具体报警点的上限值可以通过编程来进行设置的。该系统对浓度信号进行了信号补偿等处理，可以减少测量时产生误差。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】一氧化碳检测仪,AT89S51单片机,A/D转换器
引言 1
一、一氧化碳检测仪系统总体方案设计 2
二、系统元器件介绍 2
（一）AT89S51单片机 2
（二）数模转换芯片ADC0832 4
（三）气敏传感器 4
三、系统硬件结构设计 5
（一）系统硬件结构设计 5
（二）测量电路 6
（三）数模转换电路 6
（四）显示电路 7
（五）电源电路 7
四、系统软件设计 9
（一）软件设计框图 9
（二）模数转换子程序设计 9
总结 11
致谢 12
参考文献 13
附录一 原理图 14
附录二 PCB图 15
附录三 元件清单 15
附录三 元件清单 16
附录四 程序 17
引言
一氧化碳（carbon monoxide, CO）纯品为无色、无臭、无刺激性的气体。在水中的溶解度比较低，但易溶于氨水。空气混合爆炸极限为12.5%～74%。一氧化碳进入人体之后会立刻和血液中的血红蛋白结合，从而使血红蛋白不能正常与氧气结合，进而引起机体组织出现缺氧的情况，导致人体窒息死亡，所以一氧化碳具有很强毒性。但由于一氧化碳是无色、无臭、无味的气体，故容易引起大家的疏忽从而导致一氧化碳中毒。在家庭居室通风差的情况下，煤炉不完全燃烧产生的煤气或液化气管道漏气会产生一氧化碳气体，稍有不慎即会因一氧化碳中毒引发头晕头痛、失眠、视力下降、恶心呕吐、全身乏力，严重者危及生命。
一氧化碳虽然危害很大，但也不是不可预防，只要大家提高警惕，就可以将危害降到最低。在此背景下，简易的一氧化碳检测器会派上很大用场，本课题就是为了这样的情况进行研究的。市场上目前拥有着各种各样的一氧化碳检测仪种类，相对来说应用得较为广泛的检测方式是热催化监测方式，但由于多种可热性气体都能催化氧化燃烧，会导致检测精度下降，此外，如果采用这种方式，检测仪体积和功率都会较大，非常不便于随身携带，本设计中提到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，这种方法在提高了检测精度的同时，还可以做到大大降低了检测仪的尺度及功耗，从而延长了电池供给时间。
本设计的核心部分是AT89S51单片机，传感器检测被测气体后，会向单片机产生信号，单片机接收信号后会对信号进行分析，单片机会向显示系统输出检测出来的浓度值，同时会根据该结果来判断是否需要触发报警电路，如果检测出来一氧化碳气体浓度超标，就会触发报警电路的蜂鸣器进行声音报警。
一、一氧化碳检测仪系统总体方案设计
本文对一氧化碳检测仪的硬件和软件方面都有研究，其使用单片机做为控制核心，用来实现一氧化碳检测仪的基本控制功能。系统的主要功能包括：信号的采集和放大、控制程序、A/D转换器程序、数据显示、超标报警等。
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。硬件主体设计部分包括：单片机部分、A/D转换器部分、运算放大器部分、数码管部分等；硬件主电路设计、数据的采集、模数转换电路的设计、数码显示的电路设计、复位电路的设计、报警电路等功能模块电路的设计。系统框图如图1所示。
图1系统框图
二、系统元器件介绍
（一）AT89S51单片机
1、AT89S51的简介
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80S51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
2、主要性能特点
⑴、4k Bytes Flash片内程序存储器；
⑵、128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）；
⑶、32个外部双向输入/输出（I/O）口；
⑷、2个中断优先级、2层中断嵌套中断；
⑸、6个中断源；
⑹、2个16位可编程定时器/计数器；
⑺、2个全双工串行通信口；
⑻、看门狗（WDT）电路；
⑼、片内振荡器和时钟电路；
⑽、与MCS-51兼容；
⑾、全静态工作：0Hz-33MHz；
⑿、三级程序存储器保密锁定；
⒀、可编程串行通道；
⒁、低功耗的闲置和掉电模式。
3、管脚说明 见图2
VCC：电源电压输入端。
GND：电源地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（T0定时器的外部计数输入）
P3.5 T1（T1定时器的外部计数输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器的写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器的读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。
RST：复位输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端。
PSEN：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：外部程序存储器访问允许。
XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。
XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。
（二）数模转换芯片ADC0832
1、ADC0832是基本介绍
由于ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择，十分适合本系统的应用，所以本系统中是采用ADC0832作为为模数转换器件的。
2、ADC0832 特点：
8位分辨率；
双通道A/D转换；
输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；
5V电源供电时输入电压在0～5V之间；
工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；
一般功耗仅为15mW；
8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；
商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为?40°C to +85°C；
芯片接口说明：
CS_ 片选使能，低电平芯片使能。
CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
【摘要】
一氧化碳检测仪是用于各种场所，具有检测一氧化碳浓度及浓度超标报警功能的仪器。其设计方案原理基于AT89S51单片机控制。系统将传感器的检测到的信号通过AD0832为核心的A/D转换电路调理后，再经由AT89S51单片机进行数据处理，最后由显示电路将检测到的一氧化碳浓度值显示出来。
本论文中详细介绍了数据采集系统、单片机控制系统、数据显示系统和报警电路等部分的设计方案。当系统发现采样地点的一氧化碳超出规定容许浓度时，会触发三极管驱动的单音频报警电路。此外，操作人员对具体报警点的上限值可以通过编程来进行设置的。该系统对浓度信号进行了信号补偿等处理，可以减少测量时产生误差。
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关键字:】一氧化碳检测仪,AT89S51单片机,A/D转换器
引言 1
一、一氧化碳检测仪系统总体方案设计 2
二、系统元器件介绍 2
（一）AT89S51单片机 2
（二）数模转换芯片ADC0832 4
（三）气敏传感器 4
三、系统硬件结构设计 5
（一）系统硬件结构设计 5
（二）测量电路 6
（三）数模转换电路 6
（四）显示电路 7
（五）电源电路 7
四、系统软件设计 9
（一）软件设计框图 9
（二）模数转换子程序设计 9
总结 11
致谢 12
参考文献 13
附录一 原理图 14
附录二 PCB图 15
附录三 元件清单 15
附录三 元件清单 16
附录四 程序 17
引言
一氧化碳（carbon monoxide, CO）纯品为无色、无臭、无刺激性的气体。在水中的溶解度比较低，但易溶于氨水。空气混合爆炸极限为12.5%～74%。一氧化碳进入人体之后会立刻和血液中的血红蛋白结合，从而使血红蛋白不能正常与氧气结合，进而引起机体组织出现缺氧的情况，导致人体窒息死亡，所以一氧化碳具有很强毒性。但由于一氧化碳是无色、无臭、无味的气体，故容易引起大家的疏忽从而导致一氧化碳中毒。在家庭居室通风差的情况下，煤炉不完全燃烧产生的煤气或液化气管道漏气会产生一氧化碳气体，稍有不慎即会因一氧化碳中毒引发头晕头痛、失眠、视力下降、恶心呕吐、全身乏力，严重者危及生命。
一氧化碳虽然危害很大，但也不是不可预防，只要大家提高警惕，就可以将危害降到最低。在此背景下，简易的一氧化碳检测器会派上很大用场，本课题就是为了这样的情况进行研究的。市场上目前拥有着各种各样的一氧化碳检测仪种类，相对来说应用得较为广泛的检测方式是热催化监测方式，但由于多种可热性气体都能催化氧化燃烧，会导致检测精度下降，此外，如果采用这种方式，检测仪体积和功率都会较大，非常不便于随身携带，本设计中提到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，这种方法在提高了检测精度的同时，还可以做到大大降低了检测仪的尺度及功耗，从而延长了电池供给时间。
本设计的核心部分是AT89S51单片机，传感器检测被测气体后，会向单片机产生信号，单片机接收信号后会对信号进行分析，单片机会向显示系统输出检测出来的浓度值，同时会根据该结果来判断是否需要触发报警电路，如果检测出来一氧化碳气体浓度超标，就会触发报警电路的蜂鸣器进行声音报警。
一、一氧化碳检测仪系统总体方案设计
本文对一氧化碳检测仪的硬件和软件方面都有研究，其使用单片机做为控制核心，用来实现一氧化碳检测仪的基本控制功能。系统的主要功能包括：信号的采集和放大、控制程序、A/D转换器程序、数据显示、超标报警等。
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。硬件主体设计部分包括：单片机部分、A/D转换器部分、运算放大器部分、数码管部分等；硬件主电路设计、数据的采集、模数转换电路的设计、数码显示的电路设计、复位电路的设计、报警电路等功能模块电路的设计。系统框图如图1所示。
图1系统框图
二、系统元器件介绍
（一）AT89S51单片机
1、AT89S51的简介
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80S51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
2、主要性能特点
⑴、4k Bytes Flash片内程序存储器；
⑵、128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）；
⑶、32个外部双向输入/输出（I/O）口；
⑷、2个中断优先级、2层中断嵌套中断；
⑸、6个中断源；
⑹、2个16位可编程定时器/计数器；
⑺、2个全双工串行通信口；
⑻、看门狗（WDT）电路；
⑼、片内振荡器和时钟电路；
⑽、与MCS-51兼容；
⑾、全静态工作：0Hz-33MHz；
⑿、三级程序存储器保密锁定；
⒀、可编程串行通道；
⒁、低功耗的闲置和掉电模式。
3、管脚说明 见图2
VCC：电源电压输入端。
GND：电源地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（T0定时器的外部计数输入）
P3.5 T1（T1定时器的外部计数输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器的写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器的读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。除了P1口外P0、P2、P3口都还有其他的功能。
RST：复位输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：地址锁存允许/编程脉冲信号端。
PSEN：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
EA/VPP：外部程序存储器访问允许。
XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。
XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。
（二）数模转换芯片ADC0832
1、ADC0832是基本介绍
由于ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择，十分适合本系统的应用，所以本系统中是采用ADC0832作为为模数转换器件的。
2、ADC0832 特点：
8位分辨率；
双通道A/D转换；
输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；
5V电源供电时输入电压在0～5V之间；
工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；
一般功耗仅为15mW；
8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；
商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为?40°C to +85°C；
芯片接口说明：
CS_ 片选使能，低电平芯片使能。
CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
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