摘 要嵌入式系统概念以及技术的发展使得空气质量检测控制系统得到了更快更全面的发展，并且在用户使用度方面实现了大幅度的普及。本课题将主要以空气质量检测控制系统作为研究设计目标，将采用AT89C51芯片作为主控单片机，外部结合MQ-135空气质量高灵敏度传感器，设计了一款能够实现对空气中氨气、硫化物、苯系蒸汽、烟雾和其它有害气体浓度进行快速测量、浓度显示以及超标报警等功能的空气质量检测系统，在课题的设计方法上，本论文采用了层次分明的模块化设计，通过原理图和流程图的形式对各模块的硬件和软件设计原理和方法进行了详细的描述，通过最后的成果分析本系统适合推向未来空气质量检测系统市场，相比于先用产品具有更低的成本和更高的性能。
目录
一、 引言 1
（一）空气质量检测技术的发展背景 1
（二）空气质量检测的国内外发展现状 1
（三）本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 控制芯片的选取 2
（二） AT89C51单片机简要概述 3
（三）MQ135传感器探头介绍 4
（四）ADC0832模数转换器芯片简介 5
（五）LCD1602型显示器概述 5
（六）蜂鸣器介绍 6
三、 硬件系统设计 6
（一） 空气质量检测系统的硬件结构框图设计 6
（二） 单片机最小系统设计 7
1. 复位电路设计 7
2. 时钟电路设计 8
（三） MQ135有害气体浓度检测电路设计 8
（四） 电压采集电路设计 8
（五） 报警阀值保存电路设计 9
（六） 显示器外围电路设计 10
（七） 有害气体超标报警电路设计 10
（八） 按键电路 11
四、 软件系统设计 11
（一） 空气质量检测系统的软件工作流程设计 11
（二） 模拟电压信号采集流程设计 12
（三） 单片机读写EERPOM工作流程设计 13
1. 单片机发送起始信号 13
2. 单片机发送终止信号 14

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（四） 显示器工作流程设计 14
1. 判忙函数 14
2. 写数据流程 15
3. 写指令流程 15
五、 实物制作 15
（一） 硬件调试 15
（二） 调试总结 20
总结 21
参考文献 22
致谢 23
附录一原理图 24
附录二 PCB 25
附录三 实物图 26
附录四元件列表 27
附录五程序 28
引言
（一）空气质量检测技术的发展背景
本设计是一款能够实现对空气中氨气、硫化物、苯系蒸汽、烟雾和其它有害气体进行快速检测的嵌入式系统，所谓有害气体是指生产生活中一些常见场合如家居饰物释放气体、家庭燃气的泄露气体或者材料释放气体，这些气体通常可以分为三个种类：可燃气体、毒性气体以及复合式气体三类，这些气体通常表现为毒性较轻并且无色无味，一旦进入有人员经过的场合非常不容易被察觉，更为严重的是当其浓度积累到一定程度后极易带来健康危害或者引起轻度中毒，这也是家居装修、新车除甲醛的根本原因，过去对于这些有害气体的检测方式采用复位阀门式报警器，其工作原理为当待测空气中的有害气体浓度积累到相当大的程度时才能实现报警，并不能够起到预先报警，在使用方式上也存在很大缺陷，从其名称就可以看出它需要通过定时的复位才能够使得报警器正常工作。另外一种用于对有害气体进行集中管理的大型设备造价昂贵，它需要专门的技术人员进行看管维护，对空气成分进行分析辨别，普通群众并不能够轻易的使用它，所以不能够在中小型企业和家庭中进行推广。
上述这些现象在单片机技术以及嵌入式理念推广后得到根本性的解决，嵌入式手持有害气体检测仪器就是其中一种行之有效利器，其内部安置的一片甚至多片微处理器起到“运筹帷幄”的作用，通过对手持机内部检测探头、报警器以及显示屏等模块的驱动，集成对有害气体自动检测、浓度显示、超标报警以及阀值设置等功能于一身，在外形上只有一个手机大小，不但使用方便，任何人只需要经过简单的操作就可上手，因此嵌入式手持有害气体检测仪器得到了快速的发展和功能升级，受嵌入式无线通信以及嵌入式以太网技术的快速发展，由于对单片机内存消耗极小，因此非常容易将这些功能融合到嵌入式有害气体检测仪器中，不但如此，以太网的组网功能使得可以轻松地实现有害气体检测的多点布放，通过一台主机实现对多个地点的集中监控，有害气体手持检测机将检测数据通过以太网接口发送到主控机上，即可以非常低的成本实现复杂的检测网络结构。
（二）空气质量检测的国内外发展现状
随着我国经济的快速发展和基础设施的不断完善，不断上升的生活质量使得人们对于空气中有害气体的检测仪器需求量和性能要求都在不断上升，由于监测点已成星罗棋布之势，因此对于气体检测仪器的成本提出了更高的要求，不但要以最低的成本实现检测系统，还要使得其工作性能和功能都较为完善，目前国内外大多数气体检测器大多采用性价比最高的STM32系列处理器来作为主控，尤其是其F103系列的模块高集成度特性，更是许多气体检测器生产厂家的首选，搭配上高精度的检测探头（如近些年来的MQ系列），实现一款高性价比的气体检测仪器还是较为简单的。另外对于有害气体检测器已经不单单是工厂的独特需求了，高级轿车、智能家居系统对于高性能、小体积的有害气体检测器需求也在不断增长。
（三）本文主要研究内容
本文从多个角度对空气质量检测控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点。
本课题将要实现的功能指标如下：
1.能实现51单片机最小系统的设计，实现对ADC0832模数转换器、报警器、液晶屏等模块的驱动；
2.通过MQ135空气质量传感器实现对空气中氨气、硫化物、苯系蒸汽、烟雾和其它有害气体的浓度进行快速检测；
3.通过模数转换器实现对MQ135空气质量传感器输出电压的实时快速检测，并将采样值传送给51单片机；
4.通过51单片机对液晶屏的驱动，实现有害气体浓度检测结果等数据的显示。
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。

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