内容摘要随着工业的迅猛发展，环保问题也更为引起人们的关注。近年来，智能测量控制仪表发展迅速，尤其以内嵌单片机式智能仪表为主流。本设计就是利用单片机技术，检测空气中有害气体的含量的。具有通用性，检测什么气体由电化学气体传感器的类型决定。根据国家环保局规定的6种标准污染物中，二氧化硫已成为第一大污染，且污染日趋严重。当大气中二氧化硫的浓度超过一定的标准时，会对人体或其它有价值的物质产生实时的或潜在的危险。为了检测空气中二氧化硫的含量，本设计中引用了电化学气体传感器，即检测空气中二氧化硫单一气体。 在仪表的设计中引入了原始资料，即二氧化硫气体传感器的技术数据；分析了仪表中各元器件的选型、属性、功能及基本工作原理；经过方案比较，确定了单片机芯片及其基核部分和相关电路；继而对仪表进行了可靠性设计；最后对所设计的仪表作了整机分析，包括仪表的硬件结构和仪表中的软件程序结构。并附有仪表的整体硬件结构图和软件编程流程图。关键词--- 智能仪表 传感器 功能组件 基核硬件 整机分析 Abstract With the fast development of the industry , environmental protection problem becomes more important for people . In recent years, the intelligence measures and control gauge develop quickly, particularly including the single a machine intelligence appearance is a main current. This design is used to examine the harmful gas containing in the air by using the single a machine technique .It has general use .Examining which gas based on using which type sensor .According to the rule of the national environmental protection bureau the sulfur dioxide has become the biggest pollution in 6 kinds of standards pollutant, and pollution gradually serious .While sulfur dioxide 's density exceed certain standard in atmosphere , It will do harm to our body or other worthy materials solid hour of or latently .In order to examine the sulfur dioxide contain in the air , In this design using the electricity chemistry air sensor to examine the only contain in the air of the sulfur dioxide . It led into the primitive data in the design of the appearance , namely the technique data of the sulfur dioxide ; The type's choosing ,attribute, function and basic work principles of the appearance are analyzed; Make sure the type of the signal machine and its basic parts with the related electric circuit by comparing the project; And then the dependable credibility for the appearance is designed ; Finally make designing for the whole machine analyze, including the hardware construction of the appearance and the control the procedure construction of the appearance. And the whole hardware construction diagram of the appearance and the flow chart of software program of the appearance are provided . Key words- -intelligence appearance sensor function module basic hardware whole machine analysis 前言近年来，随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现。特别是单片机的出现，正在引起测量控制仪表领域内的新的技术革命。单片机具有体积小、价格低、功能强、可靠性高以及使用方便灵活的特点，通过它能够很容易地将计算机技术与测量控制技术相结合，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。这种新型的智能仪表易于更新换代、维护方便。现在很多厂家、研究所以及高校都在研究开发各种智能化测量控制仪表。本毕业设计说明书也是为了适应这种发展趋势，针对具体的智能环保仪表进行系统设计的。本设计不仅与科研同步，更与现实生活中的环保问题联系紧密。 本设计说明书共分六章。第一章绪论，叙述智能仪表的组成、特点及发展趋势。第二章引用二氧化硫传感器的技术参数，并对电化学传感器的技术条件作了说明。第三章针对仪表中专用单片机系统进行设计，包括单片机芯片的确定、基本结构及内部资源的扩展。第四章主要对仪表中测量部分、键盘、显示器、打印机等功能组件进行设计。第五章对仪表的可靠性及系统自检设计。第六章是对所设计的智能仪表进行整机分析，包括测试部分、信号转换及显示部分的硬件原理图及简单的软件程序说明。附录给出了所用的二氧化硫电化学气体传感器的技术资料。 由于编者水平有限，说明书中难免会有缺点和不妥之处，恳请读者批评指正。 目 录第1章 绪论 1.1智能仪表的基本组成...........................................................(1) 1.2智能仪表的功能特点...........................................................(2) 1.3智能仪表的发展趋势...........................................................(5) 第2章 相关技术资料 2．1二氧化硫传感器的技术资料...............................................(6) 2.2电化学传感器的技术条件—名词释义...............................(8) 2.3我国电化学传感器的研究进展..........................................(11) 第3章 仪表中专用单片机系统的设计 3.1 单片机芯片的确定...........................................................(13) 3.2 单片机的应用模式...........................................................(15) 3.2.1 时钟系统设计..........................................................(16) 3.2.2 复位电路的设计......................................................(19) 3.3 单片机的硬件结构...........................................................(22) 3.3. 1 CPU系统..................................................................(23) 3.3.2 CPU外围电路...........................................................(24) 3.3.3 基本功能单元.........................................................(25) 3.4 单片机的内部资源扩展...................................................(25) 3.4.1 基核的不变性...................................................... (26) 3.4.2 CPU外围扩展........................................................ (26) 第4章 仪表中功能组件的设计 4.1 测量部分的设计...............................................................(28) 4.1.1 传感器..................................................................... (28) 4.1.2 放大器..................................................................... (30) 4.1.3 A/D转换器.............................................................(31) 4.2 键盘接口的设计...............................................................(34) 4.3 显示器的设计...................................................................(38) 4.4 打印机及其接口设计.......................................................(41) 4.5 仪表中其它功能组件的设计.......................................... (41) 4.5.1开关机电路的设计.................................................. (41) 4.5.2设置.......................................................................... (42) 4.5.3报警电路的设计.......................................................(43) 第5章 仪表的可靠性设计 5.1 可靠性设计简述...............................................................(44) 5.2 应用系统的可靠性模型...................................................(45) 5.3 电源、地线系统的可靠性设计........................................ (47) 5.3.1开关电源的噪声抑制........................................... (47) 5.3.2地线系统干扰的抑制...............................................(48) 5.4 实际系统中的自检设计.....................................................(49) 5.4.1 实际系统中的自检..................................................(49) 5.4.2 实际系统中的自修复与报警................................. (51) 第6章 智能化环保仪表的整机分析 6.1 智能化环保仪表的硬件结构...........................................(52) 6.1.1气体测试...............................................................(52) 6.1.2信号变换...............................................................(53) 6.1.3输出显示...............................................................(53) 6.2 智能化环保仪表的监控程序..........................................(54) 6.2.1 仪表的监控程序结构..........................................(54) 6.2.2 主要功能模块的软件设计..................................(55) 结论....................................................................................................(64) 附录....................................................................................................(65) 致谢....................................................................................................(67) 参考文献........................................................................................... (68) 外文翻译............................................................................................(69) 第1章 绪论智能仪表是计算机技术向测量仪器移植的产物。含有微型计算机或微处理器的测量仪表，由于它拥有数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，有着智能的作用（表现为智能的延伸或加强等），因而被称之为智能仪表。单片机的出现，引起了仪表结构的根本性变革，以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，可以容易地将计算技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。目前，这类智能化测量控制仪表已经能够实现四则运算，逻辑判断，命令识别，自诊断，自校正，甚至自适应和自学习的功能。随着科学技术的进一步发展，这类仪表的智能化程度必将会越来越高。 1.1智能仪表的基本组成的以单片机为核心的智能化测量仪表的基本组成如图1.1所示。由图可见，单片机是仪表的主体，对于小型仪表来说，单片机内部的存储器已经足够大；大型的仪表要进行复杂的数据处理，或者要完成复杂的数据处理，或者要完成复杂的控制功能，其监控程序较大，测量数据较多，这时就需要在单片机外部扩展片外存储器。被测量的模拟信号经传感器转换为电信号，在经过A/D转换之后，通过输入通道（预处理部分）才可以进入微机。输入通道包括输入放大器，抗混叠滤波器，多路转换器，采样保持器，A/D转换器，三态缓冲器等部分。通讯接口的功能是通过GPIB或者RS-232接口总线与其它的仪器仪表甚至计算机作远距离通讯，以达到资源共享的目的。智能仪表的整个工作过程都是在软件程序的控制下自动完成的，装在仪表内部 EPROM中的监控程序由许多程序模块组成，每一个模块完成一种特定的功能，例如实现某种算法、执行某一中断程序、接受并分析键盘输入命令等。编制完善的监控程序中的某些功能模块，能够取代某些硬件电路的功能。需要指出的是， 图1.1 智能仪表的基本组成智能仪表中引入单片机之后，有可能降低对某些硬件电路的要求，这绝不是说可以]忽略测电路本身的重要性，尤其是直接获取被测信号的传感器部分，仍应给予充分的重视。有时提高整台仪表性能的关键仍然在于测试电路尤其是传感器的改进。现在传感器也正在受着微电子技术的影响，不断发展变化。传感器正朝着小型、固态、多功能和集成化的方向发展。有许多国家正致力于将微处理器集成于一体，以构成超小型，廉价的测量仪表的主体。 1.2智能仪表的功能特点 一个内藏微计算机的智能仪器意味着计算机技术向仪表的移植，它们具有的软件功能已使仪表呈现出某种智能的（延伸、强化等）作用。这相对于过去传统的、纯硬件的仪表来说是一种新的破，其发展潜力十分巨大，这已为70年代以来智能仪表发展的历史所证实。概括起来，智能仪表具有以下特点： 1．测量过程的软件控制 测量过程的软件控制起源于数字化仪表测量过程的时序控制。60年代，数字仪表的自动化程度已经很高，如可实现自稳零放大、自动急性判断、自动量程切换、自动报警、过载保护、非线性补偿、多功能测试、巡回检测等等。但随着上述功能的增加，使硬件负担过重，结构越来越复杂，导致体积及重量增大，成本上升，给其进一步的发展造成很大困难，但当引入微计算机技术，是测量过程改用软件控制之后，上述困难即得到很大解决，不仅简化了硬件结构、缩小了体积及功耗、提高了可靠性、增加了灵活性，而且使仪表自动化程度更高，如实现简单人机对话、自检`、自诊、自校准以及CRT显示及输出打印和制图等等。这就是人们常说的“以软代硬”的效果。 在进行软件控制时，仪表在CPU的指导下，按照软件流程不断取指（令）、寻（地）址，进行各种转换、逻辑判断、驱动某一执行软件、完成某个动作，使仪表的工作按一定的顺序进行下去。在这里，基本操作为从软件形式完成的逻辑转换，它与硬件的工作方式有很大的差异。操作的每个步骤往往由若干个指令组成，每条指令都需要有一定的执行时间，尽管很短，但较之硬件就慢得多。但软件转换却带来了很大的方便，其硬件组成是统一的，不必要像过去硬件逻辑中那样许多一一对应的专用电路，而且软件的灵活性很强，当需要改变功能时，只要改变程序即可，并不需要改变硬件。因此，灵活性强，但工作速度相对硬件逻辑要慢。这是软件控制的特点，使它在一些要求速度很高的地方，如实时处理或实时控制等方面的应用受到限制。 .................更多内容请下载浏览