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文 献 综 述 一、研究背景 环境保护监测先行，自动化、信息化是做好环境监测的前提和保障，多年来在地方经济迅速发展的同时，各地区不断出现不同程度的水、气、噪声等环境污染事件，严重影响了人们的生活质量，阻碍了当地经济的持续发展。随着国家制定的各种环境保护政策及法规的颁布实施，各级地方政府在对辖区内的环境治理日益重视的同时，加大了对环境监测及应急监测的投资力度，各地区陆续规划安装了大气环境质量监测地面站。但监测站只能测量本地区的平均空气质量，便携式空气质量监测设备对于多点城市流动环境监测、突发事件处理后的空气质量应急监测、重点污染企业的不定期抽查更方便、快捷。城市大气环境监测仪完全可以实现区域环境保护监测部门对城市环境、工业企业环境监测的实际需要，满足现场空气质量预报的要求。 二、国内外研究现状 本课题是利用单片机作为主控器件，通过有关的外围接口芯片和相应的传感器，完成对室内空气检测仪的设计。单片机将中央处理器CPU、存储器ROM/RAM、输入/输出接口电路以及定时器/计数器单元集成在一块芯片中，构成了一个完整的计算机系统，因此它结构紧凑、价格低廉[1]。目前市面上有多种不同型号的单片机，其中最早、最经典的8051单片机是由Intel公司生产的，51系列其他单片机都是在8051的基础上进行功能的增减改变而来[2]。其中STC公司是全球最大的8051内核单片机设计公司，其单片机性能出众，使用广泛。STC公司以8051单片机为内核，对其功能进行改进、增加或缩减，生产出多个系列的51单片机，其中89系列是最基础的51单片机，可以完全兼容Atmel的AT89系列单片机，属于12T单片机[3]。而AT89系列单片机是ATMEL公司推出的在世界电子技术行业中引起极大反响的产品。该系列单片机以8051为内核，结合自己的技术优势，有和AT8051接插相兼容、以EEPROM电可擦除和Flash技术为主导的存储器、采用静态时钟方式降低功耗、可反复进行应用系统试验、高标准的质量检测等优点，在各大领域被广泛使用[4]。除上述两个系列的单片机，Microchip公司还推出了采用RICS和哈佛结构的PIC系列单片机，具有内核简单、低价、体积小、抗干扰能力强、功耗低、驱动能力强、指令简单等优点，且每一种型号的芯片都含有片内程序存储器，它们的指令系统向下兼容，用户可以根据需要选择具有不同外围接口功能、不同封装形式和不同电压范围的芯片[5]。 温湿度检测方面，温度作为日常生活中非常重要的物理量，其测量包括接触式和非接触式两种，前者需要感温元件与被测物体接触，会产生滞后现象，后者则是通过接收被测介质发出的辐射来实现的[6]。我国对于温度控制技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度控制技术的基础上，掌握了人工气候室内微机控制技术，该技术仅限于温度湿度和CO2浓度等单项环境因子的控制[7]。传统广泛应用的许多温度控制系统多采用电阻式温度传感器。如今越来越多的领域开始运用全数字式温湿度监测，美国Dallas公司生产的单总线数字式温度传感器DS18B20是一种新型的体积小、适用电压宽、与微处理器接口简单的数字化温度传感器[8]。DS18B20与微处理器仅需要用一条数据线即可实现双向通信，需要做较精确的延时，测温范围为-55℃- 125℃，测量分辨率为0.0625℃。DS18B20的低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器，高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，当计数门打开时，DS18B20对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，进而完成温度测量，计数门的开启时间由高温度系数振荡器决定[9]。广州奥松公司的温湿度传感器DHT11，该传感器采用了单总线技术，体积小、功耗低、响应速度快、抗干扰能力强、控制简单、性价比高；信号传输距离可达20m；湿度测量范围为20%-90%，相对精度为plusmn;5%，温度测量范围为0-50℃，相应精度plusmn;1℃，响应时间小于5s[10]。 有害气体检测方面，检测方法多样，如经典的比色法虽然简单，成本低，但是灵敏度不高，选择性不好，采样时间长，不能对待测气体浓度的快速波动迅速作出反应；极谱法不但需要使用有毒试剂，而且需要较长的准备时间，不适于实时检测，并且对操作人员要求较高；光谱学测量技术需要较长的通路以达到高的灵敏度，因此仪器巨大，价格昂贵，搬运困难；传感器检测法灵敏度高、携带方便、适于实时监测. 随着微电子技术与传感技术的快速发展，高性能的气体传感器越来越多，其价格也越来越便宜，体积也越来越小，这些特点为其在未来的生活电子产品中被广泛应用奠定了坚实的基础[11]。其中一氧化碳检测仪是一种监测气体泄露浓度的工具，它可将气体传感器采集的非电信号转换成电信号，再通过对电信号控制相应的模块实现气体探测的各项具体功能[12]。这个系统的工作原理：首先通过一氧化碳传感器采集现场的一氧化碳信息，传感器选用的是英国City Technology Ltd公司的电化学一氧化碳气体传感器7E/F，当一氧化碳气体经过传感器外壳上的气孔扩散到工作电极表面上时发生化学变化，工作电极输出变化的电流，其电流大小与气体浓度成正比，该电流信号再经过运算放大器电路输出0-2.5V的电压信号，此电压信号与气体浓度成线性关系[13]。 显示电路方面，液晶显示器件具有低工作电压、微功耗、信息量大、寿命长等诸多特点。例如在中等规模图形液晶显示器中，T6963C是目前较为常用的内置控制器型图形液晶显示器中的一种[14]。常用的液晶显示模块分为数显液晶模块、点阵字符液晶模块和点阵图形液晶模块。使用图形液晶模块可以显示汉字和图形，通过单片机将已提取的汉字的字模输入液晶控制器，即可按设定在液晶模块显示屏上显示汉字。常见的做法是事先通过字模提取软件提取要显示的汉字的字模，将其作为常量数组存放在单片机的程序存储区内，单片机通过接口电路，根据规定的时序，将要显示的汉字字模的所有字节按液晶控制器规定的方式，按预定位置写入液晶控制器显示缓冲区即可[15]。 |
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参考文献 [1] 冯建华, 赵亮. 单片机应用系统设计与产品开发[M]. 北京: 人民邮电出版社,2001 [2] 求是科技. 单片机典型模块设计实例导航[M]. 北京：人民邮电出版社，2008. [3] 郭天祥. 51单片机C语言教程 – 入门、提高、开发、扩展全攻略[M]. 北京：电子工业出版社，2008. [4] 孙育才, 王荣兴. ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2005 [5] 杨辉, 李明, 杨大勇. 基于PIC单片机的宾馆房间集控器的设计[J]. 漳州师范学院学报, 2010,(2): 62～65. [6] 熊永中，王文剑，陈金鹰等. 基于单片机和PC机的实时温度控制系统设计[J]. 自动化技术与应用, 2010,29(3): 126～129. [7] 李光忠. 基于单片机的温湿度检测系统的设计[D]. 山东大学, 2007. [8] 方景杰，傅成华，唐建国等. 智能温度检测系统的设计[J]. 中国西部科技, 2009,8(18): 29～30,42. [9] 王海燕，高之圣. 基于数字温度传感器DS18B20的智能温度控制器的设计[J]. 科技信息, 2007,(13)：263～264. [10] 黄文力, 胡天彤. 一种新的数字式温湿度监控系统的设计[J]. 工业仪表与自动化装置, 2011,(04)：95～97. [11] 张光南. 一种新型室内空气质量检测仪的设计[J]. 河南科学, 2014，（08）：1478～1482. [12] 张兆丰，田华. 一氧化碳只能监测处理系统设计[J]. 软件导刊，2017,(01)：87～88. [13] 张锐，张莉娟，王培雷. 基于数据采集器ADuC824的一氧化碳检测报警仪设计[J]. 现代科学仪器，2008,(05)：25～27. [14] 李银华, 姬光锋. T6963C点阵式液晶显示模块的应用研究与编程[J]. 液晶与显示, 2008,(05)：560～566. [15] 王海欣, 黄海宏. 液晶显示器的汉字显示方法[J]. 液晶与显示, 2005,(02)：155～158. |
