1、分类号: TB21 U D C:D10621-408-(2012)0719-0密 级:公 开 编 号:2008023018成 都 信 息 工 程 学 院学 位 论 文室内有害气体监测系统设计论文作者姓名:申请学位专业: 生物医学工程申请学位类别: 工学学士指 导 教 师 姓 名 ( 职 称 ):论文提交日期:独 创 性 声 明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得成都信息工程学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任
2、何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名: 日期: 2012 年 6 月 09 日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解成都信息工程学院有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权成都信息工程学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名: 日期: 2012 年 6 月 09 日毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工
3、作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的
4、部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印
5、、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名: 日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日室内有害气体监测系统设计摘 要目前,居室内空气质量问题主要来自两个方面:一方面是由于房屋装修、玩具、杀虫喷雾剂等带来的有害气体,如甲醛、挥发性有机物(VOCs:包含苯系物)等致癌物质;另一方面,是人们日常生活中由于粗心或设备故障引起的诸如水煤气、天然气、液化石油气之类的有害气体泄露,给人体带来危害。本课题依据实际需要,设计了一种集这两方面有害气体浓度监测为一体的便携式监测报警仪,及时、准确、有效地对生活坏境中这两方面的有害气体进行检测并报警,提醒人们在气体浓度超标时及
6、时采取措施,以有效地保护人体健康和财产损失。本文首先分析了室内空气中甲醛、甲苯等挥发性有机物的来源及其对人体身体健康的影响,指出家庭燃气泄漏等安全隐患;然后根据 51 单片机系统的特点和应用方法,对有害气体监测系统的总体设计方案作了详细的论述;之后分析了各种气体传感器工作原理和性能指标;最后,重点描述了本系统的软、硬件设计原理及方案。在室内有害气体监测系统设计中,选用 ATMEL 公司的 8 位 STC89C51 微处理器芯片作为核心,采用了 Keil 操作系统作为软件开发平台,开发了基于Keil 操作系统的程序。通过安装调试,实现了对室内甲醛、甲苯、水煤气、天然气、液化石油气浓度的监测、显示
7、以及超限及时报警等功能,达到预期设计效果。关键词:传感器;有害气体;实时监测;STC89C51Research and design of the system for indoorharmful gase monitoring AbstractAt present, the indoor air quality problems are mainly from two aspects: The one hand, gases from house decoration, toys, insecticide sprays, such as formaldehyde, volatile orga
8、nic compounds (VOCs: contains BTEX) and other carcinogenic substances; On the other hand, is due to carelessness or equipment failure caused in the peoples daily life such as water gas, natural gas, liquefied petroleum gas and the like of hazardous gas leak, do harm to the human body.This project ba
9、sed on actual needs, design a set of these two aspects of the concentration of harmful gases monitoring as one of the portable monitoring system with alarm, Timely, accuratly and effectivly detect the harmful gases in these two areas of the living environment and give an alarm to remind people to ma
10、ke some measures in the gas concentration exceeded places, not only effectively protect peoples health and property.This paper first analyzes the sources of indoor air formaldehyde, toluene and other volatile organic compounds and their impact on human health and the safety hazards that household ga
11、s leak caused; then the characteristics of 51 single-chip system, the overall design methodology, as well as harmful gas monitoring system design is discussed in detail; then introduce the gas sensor working principle and the choice of gas sensor performance indicators; at last highlight the system
12、hardware and software design principles and programs.In the indoor harmful gas monitoring system, I choose 8 ATMEL Corporation STC89C51 microprocessor chip as the core, and use the Keil operating system as a software development platform, development of procedures based on Keil operating system thro
13、ugh installation and commissioning, achieving gases concentration monitoring, display, and alarm in time and other functions. After some adjustments, Iacheved expected results.Key words:sensor; indoor harmful gas; monitoring; STC89C51目 录1 引言 .11.1 课题研究背景和意义 .11.2 国内外应用与研究现状 .21.3 本课题研究的意义 .21.4 本文的主
14、要任务及结构 .32 总体系统方案设计 .32.1 设计方案 .32.2 设计原理 .43 元件选型与电路设计 .43.1 单片机系统 .43.1.1 STC89C51型单片机简介 .43.1.2 STC89C51 引脚功能介绍 .53.1.3 系统的引脚接线 .73.2 显示电路 .93.2.1 LED数码管 .93.2.2 设计电路 .93.3 电源模块及声光报警模块 .113.3.1 蜂鸣器 .113.2.2 设计电路 .123.4 MQ-2 一氧化碳传感器模块 .133.4.1 MQ-2 烟雾传感器 .133.4.2 MQ-2烟雾传感器模块 .143.5 MQ-2 一氧化碳传感器模块
15、.153.5.1 MQ-7一氧化碳传感器 .153.5.2 MQ-7一氧化碳传感器模块 .153.6 MQ-138 醛、酮、醇类气体传感器模块 .173.6.1 MQ-138醛、酮、醇类气体传感器 .173.6.2 MQ-138 醛、酮、醇类气体传感器模块 .183.7 硬件设计工作流程 .193.7.1 硬件安装 .193.7.2 硬件调试 .214 软件工作流程及软件编写 .234.1 软件部分整体构思 .234.2 编程语言选择 .234.3 软件算法 .244.4 软件调试 .265 总体系统调试 .276 结论 .276.1 全文总结 .276.2 不足与进一步改进 .28参考文献
16、.29致 谢 .30附 录 .31第 页 共 36 页11 引言1.1 课题研究背景和意义随着人们对环境及健康问题的日益重视,对室内空气中有害气体监测的种类也越来越多,其中,人们日常生活中主要关心的气体污染问题主要存在于以下两个方面。一方面,甲醛和苯都是确认的致癌物,可造成哮喘、心脑血管病、糖尿病、再生障碍性贫血、白血病、胎儿畸形、儿童智力大大降低以及“亚健康”状态等多种急慢性症状。尤其到了夏季,30或以上时,装修材料、家具等释放出的有毒气体增多,室内污染相对较重,由此而造成的心脑血管疾病激增,突发症状以中风、常见的半身不遂、口眼歪斜为多。中国室内装饰协会室内环境监测工作委员会于 2004 年
17、在北京地区千户新装修家庭中进行的抽检结果显示甲醛超标的占 60%。从其他地区青岛、南京、银川、重庆、深圳、乌鲁木齐等地有关部门的检测数据看,新装修家庭中的甲醛不合格比率都在 60%以上,深圳市计量质量检测研究院 2004 年 1 至 7 月份,共对全市 400 多套房子进行了室内环境检测,90%甲醛超标。室内空气污染已被世界银行列为全球四个最关键的环境问题之一,全球每年因此而导致死亡的人数达 280 万人。根据中华人民共和国国家标准居室空气中甲醛的卫生标准规定:居室空气中甲醛的最高允许浓度为 0.08mg/m3(=60ppb) ,WHO 提出的甲醛气体浓度室内环境指导限值为 0.1 mg/m3
18、(=74ppb) 1。在我国,每年由于煤气(主要是 CO)中毒和天然气(又称甲烷,CH)中毒的案例并不鲜见。煤气中毒即一氧化碳中毒。一氧化碳是一种无色无味的气体,不易察觉。血液中血红蛋白与一氧化碳的结合能力比与氧的结合能力要强多倍,而且,血红蛋白与氧的分离速度却很慢。所以,人一旦吸入一氧化碳,氧便失去了与血红蛋白结合的机会,使组织细胞无法从血液中获得足够的氧气,致使呼吸困难。煤气中毒多见于冬天用煤炉取暖、门窗紧闭、排烟不良、液化灶具漏泄或煤气管道漏泄等。煤气中毒时病人最初感觉为头痛、头昏、恶心、呕吐、软弱无力,大部分病人迅速发生抽筋、昏迷,两颊、前胸皮肤及口唇呈樱桃红色,如救治不及时,可很快因呼吸抑制而死亡。所以,如果能够及时测试到这些气体的浓度超过正常状态,并报警提醒人们做出一定措施,那