基于单片机的一氧化碳检测仪的控制系统设计

基于单片机的一氧化碳检测仪的控制系统设计

摘 要

一氧化碳检测仪是一种用于公共场所及室内具有检测及超限报警功能的仪

I

器。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，最后由LCD显示一氧化碳浓度值。

文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。系统对于采样地点超出规定的一氧化碳容许浓度时采用三极管驱动的单音频报警电路提醒监测人员。同时，操作人员对于具体报警点的上限值可以通过单片机编程进行设置。另外，该系统对浓度信号进行了信号补偿等处理，减少了测量误差，因此，具有较高的测量精度，而且结构简单，性能优良。

关键词：一氧化碳检测；单片机；数据采集处理系统

目 录

III

1 前言 ..................................................................................................................... 1 1.1一氧化碳的危害 ........................................................................................... 1 1.2一氧化碳检测仪的种类 ............................................................................... 1 1.3课题的背景和意义 ....................................................................................... 2 2 检测仪系统总体设计 ......................................................................................... 3 3 一氧化碳检测仪硬件设计 ................................................................................. 4 3.1硬件结构设计 ............................................................................................... 4 3.2硬件选择与设计 ........................................................................................... 4 3.2.1 MCU的选择与设计 ............................................................................. 4 3.2.2单片机最小系统的实现 ........................................................................ 6 3.2.3数据采集系统的选择与设计 ................................................................ 8 3.2.4模数转换的选择与设计 ........................................................................ 9 3.2.5按键选择与设计 .................................................................................. 10 3.2.6外围扩充存储器的选择与设计 .......................................................... 11 3.2.7时钟芯片选择与设计 .......................................................................... 12 3.2.8上拉电阻的选择与设计 ...................................................................... 13 3.2.9液晶显示器选择与设计 ...................................................................... 14 3.2.10报警电路选择与设计 ........................................................................ 16 3.3硬件设计主电路图 ..................................................................................... 17 4 软件设计 ........................................................................................................... 18 4.1软件设计结构的设计 ................................................................................. 18 4.2主程序模块的设计 ..................................................................................... 18 4.3模数转换模块的设计 ................................................................................. 19 4.4按键模块的设计 ......................................................................................... 20 5 系统仿真 ........................................................................................................... 23 结论 ....................................................................................................................... 27 致谢....................................................................................................................... 28 附录....................................................................................................................... 29

IV

参考文献 .............................................................................................................. 30

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1 前言

1.1一氧化碳的特性及危害

一氧化碳是无色、无臭、无味、有毒的气体,熔点﹣199℃,沸点﹣191.5℃。标准状况下气体密度为l.25g/L，和空气密度（标准状况下1.293g/L）相差很小,这也是容易发生煤气中毒的因素之一。

一氧化碳分子中碳元素的化合价是＋2价，能进一步被氧比成＋4价，从而使一氧化碳具有可燃性和还原性，一氧化碳能够在空气中或氧气中燃烧，生成二氧化碳。

一氧化碳中毒（carbon monoxide poisoning），亦称煤气中毒。一氧化碳是无色、无臭、无味的气体，故易于忽略而致中毒。常见于家庭居室通风差的情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒。

中毒原理：一氧化碳会与肺部的血红蛋白结合，造成机体缺氧。

一是轻度中毒。患者可出现头痛、头晕、失眠、视物模糊、耳鸣、恶心、呕吐、全身乏力、心动过速、短暂昏厥。血中碳氧血红蛋白含量达10%-20%。

二是中度中毒。除上述症状加重外，口唇、指甲、皮肤粘膜出现樱桃红色，多汗，血压先升高后降低，心率加速，心律失常，烦躁，一时性感觉和运动分离（即尚有思维，但不能行动）。症状继续加重，可出现嗜睡、昏迷。血中碳氧血红蛋白约在30%-40%。经及时抢救，可较快清醒，一般无并发症和后遗症。

三是重度中毒。患者迅速进入昏迷状态。初期四肢肌张力增加，或有阵发性强直性痉挛；晚期肌张力显著降低，患者面色苍白或青紫，血压下降，瞳孔散大，最后因呼吸麻痹而死亡。经抢救存活者可有严重合并症及后遗症。

一氧化碳的后遗症。中、重度中毒病人有神经衰弱、震颤麻痹、偏瘫、偏盲、失语、吞咽困难、智力障碍、中毒性精神病。部分患者可发生继发性脑病。 1.2 一氧化碳检测仪的种类

目前，市场上一氧化碳检测仪的种类是多种多样，目前应用得较为广泛的是热催化监测方式，但由于多种可热性气体都能催化氧化燃烧，导致检测精度下降，另外，采用这种方式的检测仪体积和功率都较大，不便于随身携带，本设计提出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，