資源描述:
《氣敏傳感器信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、清華大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書1引言1.1研究背景及意義隨著工業(yè)化的發(fā)展,我們的生活及環(huán)境的污染迅速增加,環(huán)境中存在著各種有毒有害、易燃易爆氣體,從家用液化石油氣、城市煤氣以及天然氣到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣、交通工具中排放的各種氣體都在不斷地污染環(huán)境,影響我們的生存。此外,我國(guó)燃?xì)獾淖兏锛拔鳉鈻|輸工程的進(jìn)行,煤氣或天然氣已成為多數(shù)家庭的燃料。這些氣體在帶給人們能源、生產(chǎn)生活提供方便的同時(shí),它們本身是有毒、易燃的化學(xué)物品,給燃?xì)馊季哂脩羯钌盥裣铝嘶馂?zāi)、中毒、爆炸的隱患。一方面人類對(duì)各種有毒有害氣體的承受能力是有限的,另一方面易燃易爆氣體超過(guò)一定濃度,就可能引起火災(zāi)或爆炸,造成人身傷亡
2、和財(cái)產(chǎn)損失。但是人的感官缺乏對(duì)各種有害氣體的感知,特別是對(duì)有害氣體濃度定量的判斷能力,因而研制能夠感知并判別氣體的種類和測(cè)量氣體濃度的儀器系統(tǒng)就變得尤為必要。傳統(tǒng)的分析氣體組分和濃度的方法是以色譜法為代表的各種化學(xué)計(jì)量方法,盡管其測(cè)量精度很高,但操作手續(xù)繁雜,實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng),無(wú)法對(duì)有毒、有害氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)、瞬時(shí)檢測(cè),而氣體傳感器則滿足這種要求,并且在人們?nèi)粘I钪袑?duì)減少氣體爆炸、火災(zāi)等事故已經(jīng)發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。再者,計(jì)算機(jī)的普及和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,智能化被引入家庭,并迅速在世界各地發(fā)展起來(lái)。單片機(jī)在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,其設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品體積小、成本低、運(yùn)用靈活、易于產(chǎn)品化
3、、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)范圍廣,在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠工作?;诖耍菊撐臄M設(shè)計(jì)一種便攜式的氣敏傳感器的信號(hào)采集系統(tǒng),用于監(jiān)測(cè)空氣中天燃?xì)鈿怏w的濃度,并且能將氣體的濃度顯示在液晶上,當(dāng)空氣中的可燃?xì)怏w的濃度達(dá)到一定的警界值時(shí),發(fā)出報(bào)警信號(hào),從而能夠保障人們自身和生產(chǎn)與生活的安全。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀氣敏傳感器及單片機(jī)是本設(shè)計(jì)的的兩大核心內(nèi)容。從技術(shù)發(fā)展的角度看,根據(jù)使用傳感器原理的不同,常見(jiàn)的氣體檢測(cè)儀器儀表各自有適用氣體及應(yīng)用領(lǐng)域,新技術(shù)新產(chǎn)品正在成為未來(lái)氣體檢測(cè)儀器儀表的主流。未來(lái)一段時(shí)間,使用半導(dǎo)體和催化原理的氣體檢測(cè)儀器儀表依靠著價(jià)格優(yōu)勢(shì)仍會(huì)占據(jù)部分低端市場(chǎng)。目前國(guó)內(nèi)用于燃?xì)鉂?/p>
4、度監(jiān)測(cè)的也主要是這兩種氣體傳感器[1]。第46頁(yè)共46頁(yè)清華大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展,LSI(超大規(guī)模集成電路)技術(shù)也在不斷提高,為單片微型機(jī)的進(jìn)步提供了有力的技術(shù)支持。目前的單片微型機(jī)早已從最初的四位、八位字長(zhǎng),發(fā)展到十六位、三十二位字長(zhǎng)。技術(shù)的發(fā)展,集成度的提高,使得單片微型機(jī)在社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大、越來(lái)越多的作用?,F(xiàn)在的社會(huì)是數(shù)字化的社會(huì),是信息的時(shí)代。許多的模擬技術(shù)都被數(shù)字技術(shù)所取代,這意味著智能化的各種設(shè)備及產(chǎn)品會(huì)越來(lái)越多的呈現(xiàn)在我們的眼前。在我國(guó)當(dāng)前,智能化的儀器儀表是單片微型機(jī)應(yīng)用最多,最為活躍的領(lǐng)域。而且隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的
5、發(fā)展,電阻型氣敏傳感器的工作穩(wěn)定性也相對(duì)提高,成本也在不斷的下降[2]。這兩項(xiàng)技術(shù)的迅猛發(fā)展,為氣體檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展提供了更好的平臺(tái)。1.3研究目標(biāo)及內(nèi)容本文所設(shè)計(jì)的氣敏傳感器的信號(hào)采集系統(tǒng)采用單片機(jī)AT89C51,本設(shè)計(jì)能將在測(cè)試環(huán)境中的氣體傳感器輸出的模擬電壓通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器送入單片機(jī)AT89C51中進(jìn)行處理后通過(guò)液晶顯示,通過(guò)設(shè)置報(bào)警值,當(dāng)檢測(cè)到的濃度達(dá)到或者超過(guò)設(shè)定值時(shí),用單片機(jī)控制發(fā)光二極管發(fā)光報(bào)警,同時(shí)打開喇叭發(fā)出聲音報(bào)警,來(lái)達(dá)到報(bào)警的目的。系統(tǒng)以MQ-4氣體傳感器和AT89C51單片機(jī)為核心,設(shè)計(jì)氣體濃度信號(hào)采集系統(tǒng)。完成以下內(nèi)容:(1)研究天然氣氣體傳感器的基本工作原理,
6、并選擇一個(gè)可供設(shè)計(jì)的具體型號(hào),給出相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo);(2)設(shè)計(jì)與所選傳感器匹配的放大、采集、存儲(chǔ)電路,要求確定具體的放大倍數(shù)、采樣速率、采樣時(shí)間、進(jìn)而確定采樣容量;(3)設(shè)計(jì)報(bào)警電路并控制顯示天然氣氣體濃度;(4)繪制測(cè)試系統(tǒng)原理圖和PCB圖。第46頁(yè)共46頁(yè)清華大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書2系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和報(bào)警功能系統(tǒng)。要求能實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ)空氣中的天然氣氣體的濃度,并在濃度超某一臨界值時(shí)具有報(bào)警功能。在本設(shè)計(jì)中,信號(hào)采集系統(tǒng)的主要功能就是快速準(zhǔn)確的檢測(cè)被測(cè)氣體中天然氣的含量,通過(guò)LCD顯示屏將天然氣濃度顯示出來(lái)并且存儲(chǔ),當(dāng)氣體濃度達(dá)到一定門
7、限值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。為了實(shí)現(xiàn)以上功能:系統(tǒng)應(yīng)該具備氣體傳感器及其適配電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路模塊、單片機(jī)控制模塊、LCD液晶顯示模塊、聲光報(bào)警單元、存儲(chǔ)模塊,供電模塊這幾部分。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體框圖系統(tǒng)工程流程:氣體信號(hào)檢測(cè)電路由氣敏傳感器和信號(hào)調(diào)理電路組成,將氣體信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬的電信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從檢測(cè)電路送出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后再送入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理分析,看是否超過(guò)某個(gè)預(yù)設(shè)值,如果超過(guò)則會(huì)啟動(dòng)報(bào)警電