课程设计报告一氧化碳检测仪设计

一氧化碳检测仪是家庭平安打算的一个重要组成部份。在美国，消费者产品平安委员会建议

每一个家庭至少要有一个一氧化碳检测仪。一氧化碳检测仪是通过一氧化碳传感器感应空气中一氧化碳气体的浓度转变成电信号，电信号的大小跟一氧化碳的浓度有关。一氧化碳检测仪按所利用的传感器来分类，一样分为半导体一氧化碳检测仪、电化学一氧化碳报警器、红外一氧化碳检测仪等，从测量灵敏度、精度、稳固性、抗交叉气体干扰来讲，性能最好的是红外一氧化碳检测仪，但比较昂贵适合实验室利用，民用的一样为半导体和化学的一氧化碳检测仪。

半导体一氧化碳检测仪采纳半导体型一氧化碳传感器作为灵敏元件，要求其灵敏元件恒温在200°C时能快速响应，因此要提供比较大的电流，当温度、湿度、乃至风转变大时对其精准测量很不利，还有确实是容易受到其他气体的交叉干扰，如酒精、氮氧化物、氢气、烷类等气体的干扰，容易误报，但其价廉，一样利用寿命可达五年。

电化学一氧化碳检测仪采纳零功耗化学一氧化碳传感器作为灵敏元件，多数采纳电化学法中的定电位电解法原理，利用定电位电解法进行氧化还原化学反映，检测扩散电流即可得出一氧化碳气体的浓度，而且有专门好的线性测量范围和很高的选择性，抗交叉气体干扰能力也很强，价钱相对照较贵。电化学一氧化碳传感器零功耗性，无需加热，超级适合配合低功耗的检测电路采纳电池供电，做成一氧化碳浓度表、便携式---一氧化碳报警器等。电化学一氧化碳传感器长期暴露在气体样品、酒精、油漆等刺激溶液中会阻碍其灵敏度和寿命，乃至会失效。电化学一氧化碳传感器在空气中的利用一样为三年，也有五年的，更长的可达八年以上。

设计目标及技术要求：

在家庭或工业环境中，容易产生一氧化碳等有害气体。本设计尝试在一样抽风机等通风设备的基础上，应用单片机作为测控系统的核心，以一氧化碳等有害毒气体的传感器作为拓展，实现小型化，低本钱，高性能的一氧化碳检测、报警一体扮装置。

要求能同时测量两点以上一氧化碳含量，并具有显示、报警功能。 给定条件：

面包板一块；传感器2个、显示模块1个；单片机1个；电阻、电容和其他元器件假设干。

设计思路：

一氧化碳气体质量浓度检测操纵系统是通过单片机编程实现对一氧化碳气体浓度的搜集、显示、操纵、报警等一系列功能的系统。

设计进程为：一氧化碳气体传感器直接与环境中的被测气体反映，产生线性转变的微弱电流信号，该信号通过信号滤波放大电路后转换为电压信号送给单片机，通过模数转换、模型运算等处置，直接在液晶屏上显示出被测气体的质量浓度。且该仪器可设置报警，当气体质量浓度达到预置的报警值时，可发出报警信号。

具体设计进程要求：

2.选择适合的传感器、单片机、开关装置、显示模块等； 3.设计并搭建一氧化碳测量电路、单片机测量/显示/报警电路； 4.在模拟环境下，实现多点一氧化碳气体的检测； 5.完成报告。

一、硬件选择及介绍

在接到课程设计题目后，通过考虑和查找各方面资料最终确信了一氧化碳检测仪的具体方案。 硬件选择要紧包括：单片机、A/D转换器、时钟芯片、LCD、外围扩展数据RAM等芯片的选择。

要紧元件介绍：

AT89S51单片机 AT89S51/LS51单片机是低功耗的、具有4KB在线课编程Flash存储器的单片机。它与通用80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。片内的Flash可许诺在线从头编程，也可利用非易失性存储器编程。他将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上，形成了功能壮大、利用灵活和具有较高性能性价比的微操纵器。

AT89S51/LS51具有如下特性： --片内程序存储器含有4KB的Flash存储器，许诺在线编程，檫写周期可达1000次； --片内数据存储器内含128字节的RAM； --I/O口具有32根可编程I/O线； --具有两个16位I/O线； --中断系统具有6个中断源、5个终端矢量、2个中断优先级的中断结构； --串行口是一个全双工的串行通信口； --具有两个数据指针DPTR0和DPTR1； --低功耗节电模式有节电模式和掉电模式； --包括3级程序锁定位； --AT89S51的电源电压为4.0-5.5V，AT89LS51的电源电压为2.7-4.0V； -振荡器频率0-33MHz（AT89S51），0-16MHz(AT89LS51); --具有片内看门狗按时器； --灵活的在线片内编程模式（字节和页编程模式）； --具有断电标志模式POF；

引脚图如下：

QM-N5型气敏元：QM-N5型气敏元件是以金属氧化物SnO2为主体材料的N型半导体气敏元件，当元件接触还原性气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。

特点：1）用于可燃性气体的检测 2）灵敏度高 3）响应速度快 4)输出信号大 5）寿命长，工作稳固靠得住

技术指标如下：

74LS74 D触发器电路 74LS74内含两个独立的D上升沿双d触发器，每一个触发器有数据输入、置位输入、复位输入、时钟输入和数据输出。

74LS74功能表：

74LS74引脚图：

硬件系统的电路设计要紧包括：硬件主电路设计、数据搜集、模数转换电路设计、液晶显示

电路设计、外围扩充存储器接口电路、时钟电路、复位电路、键盘接口电路等功能模块电路设计，系统结构框图如图1：

12345D 图1 系统结构图 2.1 一氧化碳气体传感器电路的设计 一氧化碳气体传感器电路要紧有一氧化碳传感器和低电压低功耗CMOS运放组成，其功能是将传感器的弱电流信号放大为电压信号，在气体传感器的线性输出范围内，电路输出电压随气体质量浓度线性转变。测量质量浓度的元件能够选择集成一氧化碳气体传感器MQ-5。该传感器为电压输出型气敏传感器，电路内部已校准，并采纳内部补偿。其输出电压与质量浓度成正比，无需校准，精度很高。 具体电路图如下： C+12VVCC+12VVCCIN0IN1JP2HEADER 3X22627U1ADC0809IN-0IN-1IN-2IN-3IN-4EOCIN-5IN-6IN-7ALE16+5V12ref(-)ref(+)ENABLESTARTCLOCKADD-AADD-BADD-Cmsb2-12-22-32-42-52-62-7lsb2-8212019188151417725242322AD AAD BAD CWRP10P11P12P13P14P15P16P17JP3IN228HEADER 3X2IN31IN4IN52345531642IN0R3100kIN1IN6R4100kIN76425319RD610CLK B2.2 A/D转换基准电压的设计 A/D转换是将 模拟的电压或电流信号与参与电压或电流信号相较取得一个相应的进程。可设置1~8个A/D转换通道，必需通过对ADCON0和ADCON1两个寄放器的设定来操纵A/D转换。 2.3 键盘操纵电路的设计 键盘采纳软件查询和外部中断相结合的方式来设计，低电平有效。系总共用到四个按键， 按键1是系统复位，按键2是功能转换键，按键按下时，显示当前浓度值。按键3，设定质量浓度依次减1,；按键4，设定质量浓度依次加1。 2.4 报警电路设计 系统的报警电路由发光二极管和低电压蜂鸣器组成。当操纵信号FM为低电平常，三极管导传感器 ADC0809A通，蜂鸣器发声报警。反之，当操纵信号FM为高电平常，蜂鸣器不工作。报警电路如以下图： 12345VCCQ218550EBELL1C3B2R1510KFMC 蜂鸣器TitleSizeA3Date:File:6 A NumberRevision16-Jun-2009Sheet of C:\\Documents and Settings\\Administrator\\桌面\\课程Drawn 设计By:--cy\\[feiq]AD0809.ddb78 B 此系统由于搜集的是可燃气体的浓度，从而判定环境的平安状态。因此环境温度也是一个超级重要的参数。如图8所示，本设计采纳DS18B20单总线集成温度传感器。由于DS18B20输出的确实是数字信号，因此单片机只需要按时去读取数值尽能够了。连接电路就只需要给DS18B20和单片机之间成立一个通信信道即可。 JDS1123CON318B20RB110KVCC DS1820NumberRevisionA3 A由于电机的功率为3W，单片机I/O口无法直接驱动电机工作，因此需要一个驱动电路来连TitleSize接单片机和电机，且电机和单片机之间需要进行电源隔离。如图6所示，本设计采纳光耦和L298N组合利用来作为驱动电路。采取光电隔离是一种抗干扰技术，如此既能保证单片机正常工作，又B能保证电机正常运行。

+12V+5VU51R51KP24R101KP25R111KP26R121KP272345678TLP521-41615IN11413IN21211IN3109IN4R61KR71KR131KR141KIN1IN2IN3IN4EN AEN B571012611+5V+12V+5VD21N4007D31N4007D41N4007D51N4007U6IN1IN2IN3IN4EN AEN BOUT1OUT2OUT3OUT4SEN ASEN B23131411549VVSSSABABGNDAL298N(15)8D61N4007D71N4007D81N4007D91N4007电机驱动 1234 二、硬件电路的焊接 在元器件接入电路之前，第一要检测各元件器件是不是损坏，以幸免在调试整机电路时带来没必要要的麻烦。 (一)整机电路的安装 1、合理布局

电路在安装前要将各级进行合理布局，一样依照电路的顺序一级一级地布局，在此进程中咱们本着以下原那么： ①了解元件管束功能

②布线尽可能少，合理进行布线 ③布线规律有制，尽可能减少交叉 ④美观大方 注意事项：

①排除逻辑故障

5 这种故障显现的比较多，要紧包括错线、开路、短路。排除的方式是第一将连接的面包板认真对照原理图，看二者是不是一致。必要时 咱们利用数字万用表的短路测试功能，如此能够缩短排错时刻。

②排除元器件失效

在保证安装无误后，能够通过用替换的方式排除错误，或通过测试元器件相连结的元器件是不是工作来排除错误。

③排除电源故障

（二）元器件检测

一、晶体三极管管脚、质量判别

能够把近体三极管的结构看做是两个背靠背的PN结，对NPN型来讲基极是两个PN结的公共阳极，对PNP型管来讲基极是两个PN结的公共阴极。 ①管脚与基极的判别

万用表置电阻档，量程选1K档，将万用表任一表笔先接某一个电极——嘉定的公共极，另一表笔别离接其它两个电极，当两次测得的组织一大、一小相差很多，那么眼前假定的基极有错，就改换其它电极从头进行测量。依照上述方式，能够找出公共极，该公共极确实是基极B，基公共极是阳极，该管属NPN型管，反之那么是PNP型管。 ②发射极与集电极的判别

当三极管基极B确信后，即可判别集电极C和发射极E，同时还能够大至了解穿透电流ICEO和电流放大系数β的大小为使三极管具有电流放大作用，发射结需加正偏置，集电结加反偏置。以PNP型管为例，假设红表笔接集电极 C，黑表笔接E极，这是万用表指针摆动很小，它所指示的电阻值反应管子穿透电流ICEO的大小。如果在C、B间跨接一只Re=100k的电阻，此时万用表指针将有较大幅度摆动，它指示的电阻值较小，反映了集电极电流IC=ICEO+ßIB的大小。且电阻值减小愈多表示 ß愈大。若是C、E极接反三极管处于倒置工作状态，现在电流放大系数很小，万用表指针摆动很小。因此，比较C-E 极两种不同电源极性接法，即可判定C极和E极了。

心得体会：

在这学期快要期末的时候，咱们做了一个课程设计，尽管到了期末大伙儿都忙着温习，可是通过大约一周的时刻，咱们仍是尽力完成了那个课程设计，这次的课程设计是十个人一组，咱们做的是关于《一氧化碳的检测仪设计》的设计，由于课程设计是不是单个人的任务，是依托集体协作才能完成的情形，因此咱们共分为了三个组，第一组是负责程序的，一组是负责报告的，还有一组是负责硬件的。我被分在了硬件组，在硬件组的压力专门大，因为硬件组的完成是其他所有后续进程的前提，咱们硬件组从教师布置任务以后就开始采购元件，其中要紧的元件是AT89S5一、QM-N5型气敏元、BS18B20温度传感器、单片机、A/D转换器、时钟芯片、LCD、外围扩展数据RAM等元件。紧接着咱们有开始在网上进行硬件的查询，硬件的用法，和一些电路的接法，还有硬件的排序等等，最后是进行硬件的焊接。在通过咱们硬件组全组成员的尽力下，咱们终于把那个电路完成了。在完成电路以后咱们都有着一种喜悦的感觉，那个电路是咱们的劳动功效，是咱们付出了一周多的时刻完成的，通过这次课程设计的完成，我也从中学到了很多的东西，对一些元件的熟悉也加倍深刻，对一些元件的应用加倍的驾轻就熟。对《一氧化碳的检测仪的设计》也有了一些明白得。