基于单片机的石化企业环境监测仪设计

1、广东石油化工学院本科毕业(设计)论文：基于单片机的石化企业环境监测仪设计. ：.；学号： 毕业设计阐明书基于单片机的石化企业环境监测仪设计Petrochemical enterprise environmental monitoring instrument design based on microcontroller学院计算机与电子信息学院 专业测控技术与仪器 班级测控- 学生 指点教师职称 教授 完成时间 年 月 日至 年 月 日专业担任人同意日期 毕 业 设 计 任 务 书院系： 计算机与电子信息学院 专业 测控技术与仪器 班 级： 测控-班 学生： 何燕珊 学号： 一、毕业设计课题

2、基于单片机的石化企业环境监测仪设计 二、毕业设计任务自 年 月 日起至 年 月 日止三、毕业设计进展地点 广东石油化工学院 四、毕业设计的内容要求 一、主要内容： 系统方案设计，硬件设计，软件设计，制造调试；实现石化某些有毒气体及温湿度的检测、处置、显示、报警等。 二、要求： 查阅篇以上参考文献，其中外文文献不少于篇并翻译篇。写出开题报告，对方案进展论证 ，拟定设计进程；完成篇不少于万字的毕业设计报告，报告要写作规范、内容正确、条理清楚 、言语流畅、构造严谨。图表、实验数据各种规范资料的运用和援用符合学校和学科 ( 专业 ) 国家 规范规定。 指点教师 接受毕业设计义务开场执行日期 年 月 日

3、学生签名 摘要摘要近年来，随着国家经济的开展，在石油化工企业里，由于硫化氢气体走漏呵斥艰苦事故的案例时有发生，而因车间温湿度问题而导致在消费及储存过程中产品遭到不同程度的损坏，甚至报废的情况也越来越多，所以环境监测对石化企业来说是必需的。因此本文设计了一款基于系列单片机的一个便携式环境监测仪，可用于监测石化企业的环境情况。本论文引见了基于单片机的环境监测仪设计方案，论述了系统构造、硬件设计和软件设计。该便携式环境监测仪具有体积小、本钱低、任务可靠等特点，可以实现对环境温湿度和硫化氢浓度的监测、显示、报警功能，可提示任务人员得知现场环境的温湿度能否符合规范和硫化氢气体浓度能否超限，使任务人员可及

4、时采取处置措施，便可有效地防止了事故的发生。关键词：单片机 硫化氢气体 温湿度 环境监测仪 AbstractIn recent years, with our country development of the economy, in the petrochemical enterprises, many serious accidents caused by hydrogen sulfide leakage often occur. More and more products subject to different degrees of damage, and even scrappe

5、d in the process of production and storage. So environmental monitoring is required for petrochemical enterprises. Therefore, I designed a portable environmental monitoring instrument based on series microcontroller, it can be used for monitoring environmental conditions of the petrochemical enterpr

6、ises. that design introduces the design of microcontroller-based environmental monitoring instrument on the system architecture, hardware and software design. that portable environment monitoring instrument is small, cheap and reliableIt can achieve detect, displayand alarm about environmental tempe

7、rature, humidity and the hydrogen sulfide concentration. It can alert the staff informed whether environmental temperature and humidity is in line with the specification, and whether the hydrogen sulfide concentration is overrun. So that staff can take timely measures and effectively prevent acciden

8、ts. Key words: microcontroller hydrogen sulfide gas temperature and humidity environmental monitoring instrument目录目录 TOC o - h z u HYPERLINK l _Toc 摘要 PAGEREF _Toc I HYPERLINK l _Toc Abstract PAGEREF _Toc II HYPERLINK l _Toc 第一章 绪论 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 设计的背景及意义 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _T

9、oc . 石油石化企业对环境监测仪的需求 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 设计的目的与意义 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 与课题相关的设计的现状 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 国内的环境监测仪设计现状 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 国外的环境监测仪设计现状 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 设计方案及其比较 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 气体检测模块设计方案比较 PAGEREF _Toc HYPER

10、LINK l _Toc . 显示模块的设计方案比较 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 本论文的内容 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 本设计简要引见 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 本论文的内容构造 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc 第二章 系统组成及任务原理 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc .系统组成及原理 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 任务的主要技术目的 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc

11、 . 需留意的技术问题 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc 第三章 系统硬件设计 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 单片机电路 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . ATS单片机 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 单片机电路 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 硫化氢浓度检测电路 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc .硫化氢传感器 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc .硫化氢浓度检测电路 PAGEREF _To

12、c HYPERLINK l _Toc .温湿度检测电路 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . DHT数字温湿度传感器 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 温湿度检测电路 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 显示电路 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 报警电路 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 蜂鸣器 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc .报警电路 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc .按键电路 PAGERE

13、F _Toc HYPERLINK l _Toc .电源电路 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 串口通讯电路 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 本章小结 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc 第四章 系统软件设计 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 软件设计总体思想 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc .硫化氢浓度检测流程 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc .温湿度检测流程 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc .显

14、示义务流程 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 显示模块初始化 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . LCD显示义务流程 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 报警义务流程 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc .按键义务流程 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc .键盘扫描流程 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc .按键义务流程 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc . 本章小结 PAGEREF _Toc HYPERLINK

15、 l _Toc 第五章 总结 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc 参考文献 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc 附录 PAGEREF _Toc HYPERLINK l _Toc 致谢 PAGEREF _Toc 第一章 绪论第一章 绪论. 设计的背景及意义随着我国经济的开展，在石油、化工、天然气等工业消费过程中，有毒性气体的泄露是普遍存在的，而且是非常危险的，它能够导致错误操作、损坏设备、污染环境、甚至呵斥人员的中毒死亡。近年来因有毒气体走漏呵斥艰苦环境污染事故的案例时有发生，给社会经济和人们生命财富带来艰苦损失。另一方面，现代社会越来越多的实验都

16、要求在严厉的环境条件下完成，而温度和湿度是实验室最根本的环境条件，也是对实验影响较大的要素，因此在消费过程中对于环境温度和湿度的控制要求也越来越高。这阐明了人们对环境维护的越来越注重，所以应在消费现场需求设置环境监测仪，及时检测并发出报警信号，以便采取措施，防止事故发生。. 石油石化企业对环境监测仪的需求从我国产业开展看，“十一五期间，我国石油、化工业将遵照基地化、大型化、一体化的方向，优化开展根底化工原料，积极开展精细化工，淘汰高污染化工企业。这些规划的大型石油石化工程也大量运用相关的环境监测仪，尤其是高性能的、更具优势的网络环境监测系统。国内石油石化产品需求坚持稳步增长的同时，对石油石化产

17、品的质里、种类等也将提出更多和更高的要求。组成原油的主要元素是碳、氢、硫、氮、氧，并且含硫、氧、氮的化合物对石油产品有害，在石油加工中需尽量除去。这就使消费加工过程中一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等毒性气体和苯、酸、酮等有机蒸汽大量产生，对消费平安、环境维护呵斥要挟。目前普遍采用气体检测分析的方法予以控制，在石油消费中对可燃气体的走漏检测、对氦、氧等环境气体的监控也需求运用环境监测系统。而各类油气站，对可燃气体、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢等毒性气体和苯、酸、酮等蒸汽检测的气体检测器需求也很大，主要用于平安防护，防止中毒与爆炸事故。随着石油资源的日益紧张，煤化任务为我国中长期能源开展战略的重点，必将

18、在今后的长期开展中占据重要的位置。我国规划投资逾万亿元开展煤化工产业，方案在全国打造七大煤化工产业区。在工业道路中无论是炼焦工业、煤基甲酸、煤制合成油、煤化工等都对气体报警产品有广泛的需求，尤其是对二氧化硫、硫化氨、一氧化碳、氯气、氨气等气体传感器需求量非常大。 现代社会由于车间温湿度问题而导致在消费及储存过程中产品遭到不同程度的损坏，甚至报废的情况越来越多。防潮、防霉、防腐、防爆是石油企业日常任务的重要内容，是衡量消费管理质量的重要目的，它直接影响到贮藏物资的运用寿命和任务的可靠性。另外，越来越多的实验都要求在非常严厉的环境条件下完成，而温度和湿度是实验室最根本的环境条件，其中几乎一切的实验

19、室都需求对环境温度和湿度进展控制，也是对实验影响较大的要素。为保证日常任务的顺利进展，首要问题是加强企业环境的温度和湿度的监测任务。因此在石化企业里对于环境温度和湿度的控制要求也越来越高。. 设计的目的与意义随着石油、化工行业的开展，工业用易燃易爆和有毒气体的种类和运用范围都有了较大程度的添加，同时随着新能源的不断开发和利用，特别是液化气和天然气的普及，有毒气体也与人民群众的日常生活亲密相关。这些气体在消费、运输、和运用过程中一旦发生走漏，将会引发中毒事故，严重危害人民群众的生命。对石化工业来说，硫是石油中最主要、含量最大的非烃元素，硫化氢存在于石油开采、炼制加工的各个环节，发生中毒的能够性和

20、普遍性远高于其它行业。据中石化总公司统计，年，石化总公司共发生硫化氢中毒典型事故起，死亡人。其中茂名炼油厂起，死亡人。从年至年的典型事故统计情况来看，硫化氢中毒事故的发生次数及死亡人数均呈上升的趋势。年发生了起事故，死亡人；年发生了起事故，死亡人；年发生了起事故，死亡人。石化工厂对待这类事情是决不能松懈。其中人对硫化氢的嗅觉个体差别很大，其感知的浓度范围远低于引起危害的浓度。低浓度硫化氢可被敏感地觉察，浓度超越. mg/m 后，其臭鸡蛋味与浓度升高呈正比；浓度超越 mg/m，继续增高时反觉其臭味减弱；浓度达 mg/m 时，因嗅觉疲劳或嗅神经麻木而不能觉察硫化氢的存在；浓度在 mg/m 时，接触

21、. . h 可发生肺水肿和中枢神经系统病症，以致认识丧失，甚至呼吸衰竭； mg/m 吸入数秒可发生猝死。硫化氢是一种窒息性和刺激性气体，急性中毒可累及中枢神经系统、呼吸系统、心肝等多器官系统。最敏感的组织是黏膜暴露和需氧较多的呼吸系统和脑组织。为了减轻硫化氢气体对人与社会呵斥损伤，必需加强对石化企业的硫化氢气体浓度的监测。随着科技的开展，工厂的消费车间的建立规模不断扩展，检测规范的不断更新，以及实验设备的日新月异，对于环境温湿度的控制要求也越来越严厉。由于车间温过高而导致消费车间爆炸的事故时有发生，另外由于湿度过高而使产品遭到不同程度的损坏，甚至报废的情况也越来越多。因此对石化企业温湿度的检测

22、显得非常重要。为了及时可靠的探测空气中有毒气体的含量和监测车间温湿度能否符合消费规范，人们开场大量运用环境监测仪，以防止环境问题对人们呵斥损伤。为此，本文设计一种用单片机控制的石化企业环境监测仪，是用于监测石化企业的消费、储存、运输等环节的环境，并显示出环境温湿度和硫化氢气体浓度，并在温湿度超出上下限值和硫化氢气体浓度高于限制值时能做出报警提示功能的系统。它具有构造简单、价钱低廉、易于操作、性能稳定性等特点。它利用 系列单片机的强大功能和可扩展性为后盾，可以实现对前端环境监测的各种实时、有效、多功能地控制操作，非常适宜石化企业用于环境监测。. 与课题相关的设计的现状对于石化企业环境监测仪的设计

23、，如今国内外都在研讨如何提高环境监测仪的灵敏度及准确度的方法。现代互联网信息技术也成为环境监测的一个重要技术，发扬这不可替代的重要作用，它将各类信息经过互联网传送给总监测人员，使其可多方面、多点地监测各车间的环境情况，环境监测仪在不断的改良与开展。 . 国内的环境监测仪设计现状如今国内的一些工厂消费的高端环境监测仪都采用智能型的报警系统，该系统能自动监测能否有毒气走漏和温湿度能否符合消费规范，并且能经过网络实现远程报警。该系统的普通的任务原理：一旦由信号检测电路检测到有毒气体信号，就将此信号传送到单片机，由单片机启动电阀门任务，启动扬声器以通知在场的人，并且由信号检测电路启动排气扇任务。在此延

24、时一段后，假设走漏依然严重，单片机启动铃流检测电路检测此时该用户的能否空闲，假设忙那么延时一段后再检测，直到话机空闲，然后由单片机控制模拟摘挂机电路、DTMF发送电路拨通预先设置好的被叫用户，当双音频检测电路检测到被叫用户应对后，由语音电路发出报警语音信号到网，以实现远程报警。普通的环境监测仪都是用简单的控制芯片来设计，这样可以把本钱控制在一定的范围内，然而也有部分公司设计的环境监测系统是运用了PC 机作为控制平台, 利用Rsview 组态软件包建立一个有效的监视及管理系统, 完成现场温湿度及有毒气体浓度数据显示、现场位置确定、数据库建立、数据查询、数据分析、统计、打印等操作。全方位智能型环境

25、监测系统具有报警限设定、声光报警、现场浓度动态显示、误差自动校正功能, 而且具有自动翻开排风设备、按键开启阀门的功能。. 国外的环境监测仪设计现状随着计算机的开展技术，丈量技术和无线通讯技术，这些传统的手工监测方案正逐渐被取代电子监控设备。国外在环境监测仪大部分都采用了智能型的报警系统，该环境监测系统普通都经过网络实现全方位、多点监测及管理，同样具有国内的监测系统所具有的功能，可以实现现场温湿度及有毒气体浓度数据显示、现场位置确定、数据库建立、数据查询、数据处置、报警限设定、声光报警、现场浓度动态显示等功能。某些环境监测系统主要经过远程监控技术，新兴的低本钱的无线通讯技术，结合嵌入式软件的协议

26、，实现实时嵌入式系统的网络通讯，访问远程任务站如图形用户界面GUI的效力，文件I/O活动，视频，音频等。它主要是为了经过先进的传感器，无线电台，通讯等领域的硬件开发接口，监测和分析传感器数据。还有一些环境监测仪是一种无线的监控系统，不仅可以经过网络全方位控制，还可以减少有线网络的本钱和防止复杂的网络布线。无线传感器网络是一个新兴的技术数的运用潜力。这样的环境监测仪可更有效地利用能源，气候控制,。除此之外，国外设计的环境监测仪还添加了很多功能和具有很好的灵敏度、准确度。其中在监测有毒气体性能方面，如今的检测仪运用了气体传感器阵列电子鼻系统，可以检测多种气体，但要防止不同气体相互影响，因此造本钱钱

27、的添加。另外在气敏传感器的选择上，如今国外主要选择红外传感器，相对于气敏传感器，红外传感器可处理半导体和催化元件的缺乏。红外气体传感器的原理是利用比耳朗格红外吸收定律，即不同气体对特定波长的光有吸收，吸收的强度和气体的浓度成正比。传感器包括红外光源发射和红外光线接纳两部分以及外围处置电路，传感器分对射式和反射式两种任务方式。另外，非色散红外传感器改动了传统红外检测器的构造，它不再运用单独的光学部件，也没有单独的发射和接纳部分，大大减少了检测仪的体积。非色散红外传感器除坚持了稳定性、抗干扰性和长寿命等优点外，其独特的构造还防止了粉尘对检测的影响。空气温度，风的速度和方向、空气湿度，属于最重要的环

28、境气候要素。因此国外一些环境监测仪添加了风速风向的监测，即添加了风向和风速传感器，风速是基于上光电原那么，可经过检测风扇的频率振动再加以处置得到。因此可全方面监测环境情况，使人们更好地监测及管理现场的环境。. 设计方案及其比较通常的基于单片机的石化企业环境监测仪的硬件电路主要包括检测电路、报警电路、显示电路等部分组成，并且实现假设当被测气体中有毒气体浓度比报警电路设置的值大时，驱动报警电路发出声、光报警信号。本设计方案的不同主要表达在检测模块与显示模块的不同。 . 气体检测模块设计方案比较从检测原理上分为半导体式、催化熄灭式、热导式、光谱吸收、PID 式光离子化 等。调查一个传感器性能的好坏主

29、意是看它产生的呼应信号所显示的各种参数目的，如灵敏度、准确性、选择性、丈量范围、呼应时间、温度系数、低电流和噪声、运用寿命以及对任务环境的要求等。本设计采用的硫化氢电化学传感器型号为 HS -，特性目的：正常检测范围是- ppm，灵敏度为 . . A/ppm，底电流： . A，基线漂移- ：相当于 .ppm HS，分辨率为 . ppm，呼应时间T 小于 秒，线性度为线性，长期稳定性小于% 信号值/月。任务条件：任务温度为 - oC，任务湿度为 %RH 无冷凝，任务压力为 kPa，偏压为 mV，储存时间为 个月RAE公用包装盒中，储存温度为 ，运用寿命为 年，质保期为 交货后 个月。对于低浓度气

30、体的检测，灵敏度、选择性、低电流和噪声等是一些比较重要的目的。()灵敏度：灵敏度是电化学传感器的一个重要性能目的，一些特殊行业如室内空气检测，海关检查走私、违禁物品药品，炸药或其它易燃易爆品时，要求能检测ppb、ppt级甚至更低检测下限物质浓度。电化学传感器的灵敏度以下多种要素的影响：a、待测物在检测系统中的传质速度；b、电化学活性包括电极资料，电极的物理性状和任务时的电极电位；c、反响过程中每摩尔物质传送的电流；d、待测物在电解液中的溶解性和流动性；e、任务电极产生的噪声信号大小；f、传感器的几何外形和样品进入的方法。将以上几种要素进展最优化组合，可使传感器得到最大的灵敏度技术目的。()选择

31、性：从本质上讲，研讨影响传感器选择的要素主要应从两方面思索，即系统的热力学和动力学角度。从热力学角度思索，例如在被测气和干扰气共存条件下检测被测气体，可选择适当的任务电极电位，在该电位下被测气体发生反响而干扰气体，使其不发生反响。从动力学角度思索，以硫化氢气体传感器为例，硫化氢在Pt、Au电极上反响都很快，但由于CO在Au电极上的反响速度比在Pt电极上反响要慢倍，所以，在硫化氢气体和CO气体共存的环境中，用Au电极检测硫化氢气体就可以获得很好的选择性。因此，传感器任务时的电极电位和电催化剂的选择直接影响传感器的选择性。除此之外，选择适宜的电解液和操作方法，外加过滤器或有选择性透过的膜也可以提高

32、传感器的选择性。()呼应时间：在平安检测过程中，要求传感器能对环境成分尤其是有毒气体做出快速反响，以确保生命和财富平安。多数情况下，气体传感器的呼应时间都由阅历共识给出。定电位电解型气体传感器的呼应时间在很大程度上取决于任务电极与参考电极间的电阻。即溶液电阻。另外，气室的体积和电机反响速率也有很大的影响。()底电流和噪声：噪声与底电流的存在都会对传感器的灵敏度产生不利的影响。假设能大幅度的降低底电流和噪声，传感器的灵敏度将显著的提高。通常情况下，电流型气体传感器的底电流的产生主要有以下几种缘由：a、电解液或电极上的杂质，如微量的溶解氧或金属离子；b、电极的腐蚀，即在阳极电势范围内，贵金属电极催

33、化剂外表缓慢生成氧化层；c、反响物或对应电极上的反响物的分散。. 显示模块的设计方案比较通常的气体检测仪器的显示屏有两种类型，分别是液晶显示与数码管显示，它们都有各自的优缺陷。液晶显示资料优点有：驱动电压低、功耗微小、可靠性高、显示信息量大、彩色显示、无闪烁、对人体无危害、消费过程自动化、本钱低廉、可以制成各种规格和类型的液晶显示器，详细有以下优点： ()显示质量高 ：由于液晶显示器的每一个点在收到信号后就不断坚持那种颜色和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器CRT那样需求不断刷新亮点。因此，液晶显示器的画质高而且绝对不会闪烁，把眼睛疲劳降到最低。 ()没有电磁辐射：传统显示器的显示资料是荧

34、光粉，经过电子束撞击荧光粉而显示，电子束在打到荧光粉上的一刹那间会产生强大的电磁辐射，虽然目前有许多显示器产品在处置辐射问题上进展了比较有效的处置，尽能够地把辐射量降到最低，但要彻底消除是困难的。相对来说，液晶显示器在防止辐射方面具有先天的优势，由于它根本就不存在辐射。在电磁波的防备方面，液晶显示器也有本人独特的优势，它采用了严厉的密封技术未驱动电路的少量电磁波封锁在显示器中，而普通显示器为了分发热量的需求，必需尽能够地让内部的电路与空气接触，这样内部电路产生的电磁波也就大量地向外“走漏了。 ()可视面积大：对于一样尺寸的显示器来说，液晶显示器的可视面积要更大一些。液晶显示器的可视面积跟它的对

35、角线尺寸一样。阴极射线管显示器显像管前面板周围有一英寸左右的边框不能用于显示。 ()画面效果好：与传统显示器相比，液晶显示器运用纯平面的玻璃板，其显示效果是平面直角的，让人有一种耳目一新的觉得。而且液晶显示器更容易在小面积屏幕上实现高分辨率。()数字式接口：液晶显示器都是数字式的，不像阴极射线管彩显采用模拟接口。也就是说，运用液晶显示器，显卡再也不需求像往常那样把数字信号转化成模拟信号再行输出了。实际上，这会使颜色和定位都更加准确完美。 ()“身体匀称小巧：传统的阴极射线管显示器，后面总是拖着一个笨重的射线管。液晶显示器突破了这一限制，给人一种全新的觉得。传统显示器是经过电子枪发射电子束到屏幕

36、，因此显像管的管颈不能做得很短，当屏幕添加时也必然增大整个显示器的体积。而液晶显示器经过显示屏上的电极控制液晶分子形状来到达显示目的，即使屏幕加大，它的体积也不会成正比的添加，而且在分量上比同等显示面积的传统显示器要轻得多。()功率耗费小：传统的显示器内部由许多电路组成，这些电路驱动着阴极射线显像管任务时，需求耗费很大的功率，而且随着体积的不断增大，其内部电路耗费的功率一定也会随之增大。相比而言，液晶显示器的功耗主要耗费在其内部的电极和驱动IC上，因此耗电量比传统显示器也要小得多。LED数码管显示，它是一种经过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号

37、等各种信息的显示屏幕。LED数码管显示与LCD显示相比，LED在亮度、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。LED与LCD的功耗比大约为：，而且更高的刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现，能提供宽达的视角，可以显示各种文字、数字、彩色图像及动画信息，也可以播放电视、录像、VCD、DVD等彩色视频信号，多幅显示屏还可以进展联网播出。有机LED显示屏的单个元素反响速度是LCD液晶屏的倍，在强光下也可以照看不误，并且顺应零下度的低温。综合分析，本设计选用了液晶显示屏，由于本设计是为了设计便于携带的一种环境监测仪，其电源是由两节电池提供，所以需求用功耗比较低的显示屏，相对于数码管显示，液晶显示

38、屏驱动电压低、功耗微小、无闪烁、对人体无危害、消费过程自动化、本钱低廉等都更具优势， 更适宜设计。. 本论文的内容. 本设计简要引见本文设计一种基于单片机的石化企业环境监测仪，具有构造简单、价钱低廉、易于操作等特点。它利用 系列单片机的强大功能和可扩展性为后盾，可以实现对石化企业前端环境监测，可有效实时监测环境中温湿度和硫化氢气体浓度，可以实时显示环境中的温湿度和硫化氢气体浓度，当检测到环境中温湿度超出所限制的范围内或硫化氢气体浓度超限时，监测仪自带的蜂鸣器发出报警提示和LED报警提示，有利于提示任务人员现场的环境情况，有效地防止了各种损失及事故的发生。. 本论文的内容构造第一章绪论，引见该课

39、题的研讨背景，阐明研讨的目的与意义，并对该课题相关设计现状分析及对不同方案做出阐明和比较，最后简述了本论文的内容与构造。第二章主要引见了本设计当中用到的相关知识和原理，需求到达的技术目的，然后简述了设计时需求留意的技术问题。第三章主要对系统的硬件进展设计，包括传感器的检测模块，电源的供电模块、显示模块等各部分硬件的设计。第四章主要对系统的软件进展设计，包括总体软件设计的构造图和各个模块的流程图及驱动程序代码。第五章简述对本设计的总结。第二章 系统组成及任务原理第二章 系统组成及任务原理.系统组成及原理本设计的基于单片机的石化企业环境监测仪的硬件电路主要由温湿度检测电路、硫化氢气体检测电路、显示

40、电路、报警电路、按键电路等部分组成。当监测仪检测到空气中的硫化氢时，硫化氢气体分散到传感器中，与其中的电解液发生化学反响产生电信号。电子线路板将电信号处置成大小与硫化氢气体浓度成线性关系的规范信号。温湿度传感器用于把温湿度转换成电压信号，而硫化氢气敏传感器用于把气体浓度转换为电压信号，由于该电压非常小，因此添加了放大电路对电压进展放大，随后采用ADC 模块，把模拟信号转换为数字信号后，经过单片机进展采样数值的处置，然后驱动显示电路显示温湿度和丈量的气体的浓度值，并且假设当被测气体中有毒气体浓度比报警电路设置的值大时，驱动报警电路发出声、光报警信号，提示操作人员及时采取平安处置措施。本设计的硬件

41、构造框图如以下图。图. 监测仪的硬件构造框图. 任务的主要技术目的本文设计的基于单片机的石化企业环境监测仪具有构造简单、价钱低廉、易于操作等特点。它利用 系列单片机的强大功能和可扩展性为后盾，可以实现对前端有毒气体检测系统的有效对工业环境中的有毒气体的检测。详细需求到达的目的如下：()可以实时监测环境中的有毒气体浓度；()可以实时监测环境中的温湿度；()LCD显示功能，可以实时显示环境的有毒气体浓度和温湿度；()具备报警功能，当检测到环境中的有毒气体浓度超限时，或当检测到温湿度超出所限范围时，监测仪可经过蜂鸣器发出报警和LED光报警提示。. 需留意的技术问题本设计的环境监测仪是设计为便携式设备

42、，因此仪器是靠电池供电的，所以必需仔细思索如何延伸仪器的任务时间。研发过程中，除了思索在硬件电路上运用低功耗器件外，在软件程序编写上更是要留意低功耗原那么的运用。首先，在满足数据计算和事件处置要求的前提下，尽量降低MCU的任务时钟，由于较高的驱动时钟就意味着较大的电流耗费。其次，封锁MCU内部未运用的外设资源，降低不用要的电流损耗。第三，开机形状下充分利用MCU睡眠方式，经过定时唤醒的方式来处置数据和按键恳求，可以有效降低MCU功耗。留意各类传感器的寿命各类气体传感器都具有一定的运用年限，即寿命。普通来讲，在便携式仪器中，LEL 传感器的寿命较长，普通可以运用三年左右；光离子化检测仪的寿命为四

43、年或更长一些；电化学特定气体传感器的寿命相对短一些，普通在一年到两年；氧气传感器的寿命最短，大约在一年左右。电化学传感器的寿命取决于其中电解液的干涸，所以假设长时间不用，将其密封放在较低温度的环境中可以延伸一定的运用寿命。固定式仪器由于体积相对较大，传感器的寿命也较长一些。因此，要随时对传感器进展检测，尽能够在传感器的有效期内运用，一旦失效，及时改换。传感器输出的弱小信号易受噪声的影响，在绘制PCB板时要留意将模拟电路和数字电路分开规划，模拟信号和数字信号在各自的区域内走线，尽量相互远离、不能有交叉跨越，最后模拟地和数字地经过单点衔接起来，以最大程度的降低数字电路对模拟信号的影响。留意监测仪器

44、的丈量范围，各类环境监测仪都有其固定的检测范围。只需在其测定范围内完成丈量，才干保证仪器准确地进展测定。而长时间超出测定范围进展丈量，就能够对传感器呵斥永久性的破坏。第三章 系统硬件设计第三章 系统硬件设计本设计的这款基于单片机的便携式石化企业环境监测仪选用了系列的ATS这款单片机作为处置器，它的系统硬件电路主要包括温湿度检测电路、硫化氢气体检测电路、显示电路、报警电路、按键电路、电源电路等。. 单片机电路本设计选用了系列的ATS这款单片机作为处置器，它主要是对传感器传输来的信号行进采集，并对信号处置，然后驱动显示电路显示现场的温湿度和硫化氢气体的浓度值，并且当环境的温湿度超出所限的范围或硫化

45、氢气体浓度超越了所设置的极限值时，那么会驱动报警电路发出声、光报警信号。. ATS单片机本文设计的环境监测仪以单片机为中心构成了一个具有判别、运算和控制才干及具有存储、显示功能的智能仪表，它所处置的信息量和数据处置义务并不非常繁重，因此他们选择了ATMEL公司的COMS工艺的低功耗单片机ATS，相对于C，ATS有更丰富的片内资源。例如有 k 字节的片内EEPROM，以及字节的片内RAM，对于本系统的控制程序来说曾经足够，因此可以省去片外程序存储器和片外RAM，降低了本钱和简化了控制电路。ATS有个位的时钟计数器，而且 个I /O 线全部可编程，时钟可高达M，和C相比，它的运用更加灵敏。ATS的

46、主要管脚有：XTAL 脚和XTAL 脚为振荡器输入输出端口，外接MHz 晶振。RST 脚为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC 脚和VSS 脚为供电端口，分别接+V电源和接地。PP 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P 端口 脚被定义为N 功能控制端口，分别与N的相应功能管脚相衔接， 脚定义为IR输入端， 脚和脚定义为IC总线控制端口，分别衔接N的SDAS脚和SCLS脚端口， 脚、 脚及 脚定义为握手信号功能端口，衔接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整形状进入的控制功能。. 单片机电路单片机电路是整个便携式环境监测仪的中心，它在设计中的功

47、能主要是对传感器传输来的信号行进采集，并对信号处置，然后驱动显示电路显示温湿度和丈量的气体的浓度值，当被测气体中有毒气体浓度比报警电路设置的值大时，驱动报警电路发出声、光报警信号。单片机电路如图.所示。为了保证单片机的正常任务必需给它提供时钟，单片机的时钟方式有两种内部时钟方式和外部时钟方式。常用的方式是内部时钟方式，在本单片机系统中采用的时钟电路方式就是内部时钟方式。单片机芯片内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL 脚和XTAL 脚分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反响元件的片外晶体一同构成一个自激振荡器。外接晶体与电容Cl和C构成并联式谐振电路，接在单片机内

48、部放大器的反响回路中，这时内部振荡器便自激振荡。复位电路也是单片机系统必需的部分，没有正确的复位信号，单片机就不能正常任务。通常的单片机复位操作有上电复位、人工手动复位和运转监视复位等。电复位是指单片机系统在上电时的复位操作，此复位必需保证单片机上电后能立刻进入规定的复位形状。人工复位是指单片机运转过程中出现异常或其它情形下，需求开场运转程序时，在复位引脚RST加以复位信号而产生复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中，按键电平复位是经过使复位端经电阻与VCC电源接通而实现的，本系统的复位电路采用按键电平复位方式。 图. 单片机电路图. 硫化氢浓度检测电路本设计选用了HS-电化学式硫化

49、氢传感器，用来检测硫化氢这种有毒气体的浓度，并转换为电压信号，接着经过运算放大电路对电压进展放大，随后经过A/D转换电路把模拟信号转换为数字信号，最后送进单片机里处置。.硫化氢传感器气体传感器的主要特性：第一稳定性，稳定性是指传感器在整个任务时间内根本呼应的稳定性，取决于零点漂移和区间漂移。零点漂移是指在没有目的气体时，整个任务时间内传感器输出呼应的变化。理想情况下，一个传感器在延续任务条件下，每年零点漂移小于%。第二灵敏度，灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器构造所运用的技术。大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学。首先要思索的是选择一种敏感

50、技术，它对目的气体的阀限制或最低爆炸限的百分比的检测要有足够的灵敏性。第三选择性，选择性也被称为交叉灵敏度。可以经过丈量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器呼应来确定。这个呼应等价于一定浓度的目的气体所产生的传感器呼应。这种特性在追踪多种气体的运用中是非常重要的，由于交叉灵敏度会降低丈量的反复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性。第四抗腐蚀性，抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目的气体中的才干。在气体大量走漏时，探头应可以接受期望气体体积分数倍。在前往正常任务条件下，传感器漂移和零点校正值应尽能够小。气体传感器的根本特征，即灵敏度、选择性以及稳定性等，主要经过资料的选择来确定。选择适

51、当的资料和开发新资料，使气体传感器的敏感特性到达最优。本设计是用于检测硫化氢这种有毒气体的浓度的，所以本设计的传感器选用了HS-电化学式硫化氢传感器。它对于气体浓度的输出具有突出的直线性。对气体具有突出的选择性。具有极高的稳定性和反复再现性。高温或高湿环境下具有突出的耐久性。具有良好的灵敏特性、体积小、分量轻、运用方便。由于本身不发热，所以电力耗费为零，电池可以驱动。本体构造的机械性能稳定，对落地或撞击具有极高的耐久性能。 适用于工业用HS报警器、监测用便携式检测报警器、HS浓度计、环境监测仪等。 本设计采用的硫化氢电化学传感器型号为HS-，特性目的：正常检测范围是- ppm，灵敏度为 . .

52、 A/ppm，底电流 ： . A，基线漂移- ：相当于 .ppm HS，分辨率为 . ppm，呼应时间T 小于 秒，线性度为线性，长期稳定性小于% 信号值/月。任务条件：任务温度为 - ，任务湿度为 %RH 无冷凝，任务压力为 kPa，偏压为 mV，储存时间为 个月RAE公用包装盒中，储存温度为 ，运用寿命为 年，质保期为 交货后 个月。图. 硫化氢传感器外形.硫化氢浓度检测电路图. 硫化氢浓度检测电路图一图.硫化氢浓度检测电路图硫化氢浓度检测电路如图.、图.所示，硫化氢浓度检测电路由传感器检测、运算放大电路、A/D 转换电路组成。本设计选用了HS-电化学式硫化氢传感器，用来检测硫化氢气体的浓

53、度并转换为电压信号，接着经过运算放大器OPA对电压进展放大，随后经过ADC把模拟信号转换为数字信号，其中两个LS分频器是为ADC提供任务频率的，最后将数字信号送进单片机里处置。图. 硫化氢浓度检测电路图二.温湿度检测电路本设计采用DHT数字温湿度传感器来检测温湿度，它具有质量杰出、超快呼应、抗干扰才干强、性价比高等优点。它由电阻式感湿元件和NTC测温元件组成，分别用于感应现场的温湿度。DHT在任务时，需求主机发送一个启动信号，然后等待器件呼应并经过一系列的处置，最后在LCD液晶显示屏上分别显示出现场的温湿度。 . DHT数字温湿度传感器DHT数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度

54、复合传感器。它运用公用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与杰出的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能位单片机相衔接。该产品具有质量杰出、超快呼应、抗干扰才干强、性价比高等优点。每个DHT传感器都在极为准确的湿度校验室中进展校准。校准系数以程序的方式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处置过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输间隔 可达米以上，使其成为各类运用甚至最为苛刻的运用场所的最正确选择。产品为 针单排引脚封装。衔接方便，特殊封装方式可根据用户需求而提供。DH

55、T数字温湿度传感器技术参数为：供电电压： .V DC；输 出： 单总线数字信号；丈量范围： 湿度-%RH， 温度；丈量精度： 湿度+-%RH；温度+-；分 辨 率： 湿度%RH， 温度；互 换 性： 可完全互换 ；长期稳定性： %RH/年。. 温湿度检测电路温湿度检测电路图如图.所示。该电路是经过ATS单片机与DHT衔接丈量环境的温湿度值，衔接时仅需求单条口线即可实现微处置器DHT的双向通讯。在运用中不需求任何外围元件，被测温湿度经过编程可实现到位的数字方式串行输出。图. 温湿度检测电路图. 显示电路气体检测仪器的显示屏有两种类型，分别是液晶显示与数码管显示，它们都有各自的优缺陷。液晶显示资料

56、优点有：驱动电压低、功耗微小、可靠性高、显示信息量大、彩色显示、无闪烁、对人体无危害、消费过程自动化、本钱低廉、可以制成各种规格和类型的液晶显示器，便于携带等。因此选用液晶的显示屏LCD，它微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，非常适宜用在袖珍式仪表和低功耗运用系统中。图. LCD显示屏LCD属于字符型液晶，可以同时显示x即个字符列行。他们普通以表示高电平，表示低电平。液晶也叫字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有假设干个X或者X等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正由于如此所

57、以他不能显示图形。采用规范的脚接口，其中：第脚：VSS为电源地。第脚：VDD接V电源正极。第脚：V为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高对比度过高时会 产生“鬼影，运用时可以经过一个K的电位器调整对比度。第脚：RS为存放器选择，高电平“时选择数据存放器、低电平常选择指令存放器。第脚：RW为读写信号线，高电平“时进展读操作，低电平“时进展写操作。第脚：E或EN端为使能enable端。第脚：DD为位双向数据端。第脚：空脚或背灯电源。脚背光正极，脚背光负极。液晶电路如图.所示。图. 液晶LCD电路图 . 报警电路本设计采用压电式有源蜂鸣器，只需对驱动口输出驱动电平并经过

58、三极管放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音。当采集浓度值超越报警设定值时，蜂鸣器那么发出声音报警。. 蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化构造的电子讯响器，采用直流电压供电蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。报警电路采用压电式有源蜂鸣器，有源蜂鸣器直接接上额定电源就可延续发声；而无源蜂鸣器那么和电磁扬声器一样，需求接在音频输出电路中才干发声。压电式蜂鸣器：压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后.V直流任务电压，多谐振荡器起振，输出.kHZ的音频信号，阻抗匹配器推进压电蜂鸣片发

59、声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank陶瓷资料制成。在陶瓷片的两面镀上银HYPERLINK baike.baidu/view/.htm t _blank电极，经极化和老化处置后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一同。电磁式蜂鸣器：电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流经过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地震动发声。由于有源蜂鸣器是直流电压驱动的，不需求利用交流信号进展驱动，只需对驱动口输出驱动电平并经过三极管放大驱动电流就能

60、使蜂鸣器发出声音，很简单，这里就不对自激蜂鸣器进展阐明了。这里只对必需用/duty 的方波信号进展驱动的他激蜂鸣器进展阐明。单片机驱动他激蜂鸣器的方式有两种：一种是PWM 输出口直接驱动，另一种是利用I/O 定时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进展驱动。PWM 输出口直接驱动是利用PWM 输出口本身可以输出一定的方波来直接驱动蜂鸣器。在单片机的软件设置中有几个系统存放器是用来设置PWM 口的输出的，可以设置占空比、周期等等，经过设置这些存放器产生符合蜂鸣器要求的频率的波形之后，只需翻开PWM 输出，PWM 输出口就能输出该频率的方波，这个时候利用这个波形就可以驱动蜂鸣器了。比如频率为Hz 的蜂鸣器