室内有害气体监测系统的设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院 电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 室内有害气体监测系统的设计指 导 教 师 :2013 年 3 月 18 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册） 。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标 GB 771487文后参考文献著录规则 的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如 0201140102） ，不能只写最后 2 位或 1 位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1、本课题研究的目的及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，甲醛和苯等室内污染物都是确认的致癌物，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、家具等释放出的这些有毒气体增多，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 1。中国室内装饰协会室内环境监测工作委员会于2004 年在北京地区一千户新装修家庭中进行的抽检结果显示甲醛超标的占 60%。从其他地区如青岛、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。2004 年 1 至 7 月份，深圳市计量质量检测研究院共对全市 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 2。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(=74ppb） 。另一方面，在我国，每年由于煤气(主要是 CO)中毒和天然气（又称甲烷，CH 4）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 200 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 3。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，那么很多家庭灾难是可以避免的 4。目前，居室内空气质量问题也主要来自两个方面：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时采取措施，以有效地保护人体健康和防止财产损失 5,6,7,8。二、 国内外研究现状及趋势在测试有害气体方面，美国Interscan公司生产的甲醛检测仪、美国ESC公司生产的Z一300甲醛检测仪、英国TSI公司生产的PPM 400TM甲醛检测仪、德国生产的TG2000系列固定式有害气体检测仪、国内江苏安普电子工程有限公司生产的400型甲醛分析仪、北京宾达绿创科技有限公司生产的甲醛测定仪XP一308、长春吉打小天鹅有限公司生产的全自动室内空气甲醛、氨测定仪等，这些仪器可实现对有害气体的检测功能。这些装置适用于专业检测机构或实验研究机构 8,9,10,11。在净化有害气体方面，韩国专利产品光触媒喷剂和纳米银杀菌保险盒，国内安徽泰康科技发展有限公司与韩国合作生产的甲醛消除液，中国科学院自然电子技术有限公司生产的光触媒灯管等，这些产品可实现对有害气体成分的分解，达到净化的效果12。准确测定甲醛、苯、氨等有害气体的设备昂贵(如日本生产甲醛测定仪约三十万日元、英国TSI公司生产的PPM400TM甲醛仪约一万多元)，测定时间较长，每隔一段时间就需进行重新标定(如英国TSI公司生产的PPM400TM甲醛仪)，需要专业人员进行操作，很难连续测定，而且测试之后没有立即采取措施来净化室内空气质量。目前，室内环保领域，检测与控制相互脱离，国内尚未见到检测与控制一体化的装置与仪器的应用实例 13,14,15。三、 本课题所用仿真软件ProtuesProtues 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等，2010年又增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译。Protues 软件具有其它 EDA 工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：（1）原理布图（2）PCB 自动或人工布线（3）SPICE 电路仿真也具有其革命性的特点：（1）互动的电路仿真。用户甚至可以实时采用诸如 RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。（2）仿真处理器及其外围电路。可以仿真 51 系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Protues 建立了完备的电子设计开发环境。在 Protues 绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在Protues 的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。Protues 是单片机课堂教学的先进助手。不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是我们走向就业的重要实践环节。由于 Protues 提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也能为我们提供了培养实践精神、创造精神的平台。随着科技的发展“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险 16,17。参考文献：1 GB/T 16127-1996. 居室空气中甲醛的卫生标准S. 北京: 中国标准出版社, 1996:2 刘永华. 建筑装修导致室内空气污染的研究D. 重庆：重庆大学，2004： 3 穆红卫， 刘晓红 对室内环境污染的分析J家具与室内装饰，2003, (10):76-80.4 林秀敏，陈捷GM-1型智能多参数气体检测仪J. 江西煤炭科技,1999,(1):45-47.5 潘小青, 刘庆成. 气体传感器及其发展J东华理工学院学报，2004,(1):89-93. 6 武军伟, 康健. 基于 51 单片机的煤矿瓦斯监控系统研究J. 煤炭技术,2012,31(2):103-105.7 冉伟刚. 乙烯气体浓度远程报警检测仪的设乙烯气体浓度远程报警检测仪的设计计J.甘肃科技,2011,27(23):56-58.8 张静萍, 李鸿智. 单片机在煤矿安全监控系统中的抗干扰技术J电脑开发与应用，2001，14(3)：0-49.9 李鸿燕. 基于单片机控制的甲烷浓度监控报警仪D.太原：太原理工大学，2002：10 山璐. 基于单片机的甲烷自动检测报警系统J.科技创业月刊,2011, 24(1):175-177.11 武军伟,康健.基于 51 单片机的煤矿瓦斯监控系统研究J.煤炭技术,2012,31(2):103-105.12 朱高中.基于单片机甲烷浓度监测的研究J.中国安全生产科学技术,2012,08(4):127-131. 13 王明芳，汪梅，淮文军，黄兴荣基于 AT89S52 的便携式智能室内环保监控仪J计算机技术与发展，2006， （6）：57-59.14 徐琴，吴传贵，罗文博，柯淋，唐治军.基于 C51 单片机的便携式甲烷浓度检测仪J.中国集成电路,2011,20(9):64-68.15 Pokhsraryan,D., Aroutiounian, V.M. Chilingaryan,H.Gas Monitoring SystemJ.Armenian Journal of Physics,2010,3(1):78-81.16 陈孔瑜. 单片机实践教学与 protues 仿真J.科技经济市场，2010， （7）：150-151.17 董普松. Protues 在单片机系统设计中的应用J.现代电子技术，2008， （14）： 153-154. 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本设计整体上是基于AT89C51单片机来实现有害气体浓度监测报警，按任务书要求主要对一氧化碳、甲烷实现监测。首先，拟采用气敏传感器，它是用来监测外部某有害气体的浓度，并将监测到得模拟信号转化为电压信号输出出来。然后，再将电压信号进行AD转换变成数字信号，通过编写程序，在AT89C51单片机的控制下将数字信号输入单片机内部，并进行数值变化处理。在单片机进行完整数据处理后就将其结果输出显示，从而显示出某有害气体的浓度，其中显示部分采用四位的LED数码管，用于显示某有害气体浓度值。若实际某有害气体浓度超过设定的有害气体浓度上限值，则在单片机的控制下进行声光报警。借助Proteus软件对以上设计进行仿真。气体传感器：1、MQ5传感器特点： * 对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度 * 对乙醇，烟雾几乎不响应 * 快速的响应恢复特性 * 长期的使用寿命和可靠的稳定性 适用于家庭对液化气，天然气，煤气的监测装置。2、MQ7传感器特点： *一氧化碳气体有良好的灵敏度*长寿命、低成本*简单的驱动电路即可MQ-7传感器对一氧化碳的灵敏度高，可检测多种含一氧化碳的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。 AD转换电路：ADC080