基于单片机的室内空气报警装置文献综述

 2022-11-09 13:27:23

结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写 2000字左右的文献综述:

近年来,环境污染严重,空气质量屡破新低,再加上室内装修材料质量稂莠不齐,我们赖以休息的室内空气堪忧。并且煤气中毒,装修污染物中毒的悲惨事件不断见于报端,令人痛心之余,难免有所担忧。空气是我们赖以生存的必需品,室内空气更是重中之重。室内空气中的污染物轻则诱发人们头痛发烧,重则休克死亡。并且,中毒过程缓慢不易发现,如一氧化碳,无色无味却极易导致人体缺氧。然而,市面上用于检测室内空气的仪器少之又少,精密仪器不适合大众,专业机构知名度不高,一种新型的用于检测室内空气的设备需求量很大。

室内空气质量检测方面有,温度,湿度,CO,甲苯,氮硫化物,可燃气体等。温湿度的实时显示,提醒着添减衣物,空气循环,加湿器的开关。CO等的有害物质在在空气中的含量不高,但是高于一定的阈值就会对人体造成损害,如二氧化硫的标准值是0.5mg/m3,二氧化氮的标准值是0.24mg/m3,等等。俗话说,新房装修要等三个月,然而三个月后空气质量是否达标不得而知。所以,有极大的必要进行室内空气质量的测量。

本次实验拟采用多种气体传感器来收集并检测室内气体的密度,并将信息转换成电信号传输给单片机,单片机作为载体对电信号进行分析和比较,判别是否通过电路驱动报警装置,实现报警。

单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。MSP430单片机具有丰富的寻址方式,简洁的内核指令,大量的模拟指令和寄存器,片内集成了丰富的资源,如看门狗,模拟比较器,硬件乘法器,液晶驱动器,等。其中MSP430单片机又称混合信号处理器,其针对实际应用需求,将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上,以提供“单片机”解决方案。MSP430系列单片机处理能力强、运算速度快、功耗低、片内资源丰富、开发环境方便高效,丰富的外设接口能承载大量传感器,能够满足本次课题的要求。

目前,用于气体检测的主要是半导体气体传感器。多参数气体传感器目前应用最广的当属CD4 多参数气体检测仪,CD4 以扩散方式同时检测甲烷、一氧化碳、硫化氢、氧气4 种气体,小巧轻便。由于CD4 甲烷检测采用催化燃烧式原理,导致有稳定性不高、标校周期短、使用寿命短等问题,因此,对气体检测仪的研制上,还有更广的发展。所谓半导体气体传感器是通过气体在敏感材料表面发生氧化或还原反应,引起半导体宏观电学性质的改变,进而实现对待测气体浓度以及成分的检测,具有成本低廉、灵敏度高、使用寿命长等优点。在早期的半导体气体传感器中,多采用金属氧化物(如ZnO、SnO2、In2O3等)作为气敏材料,但金属氧化物半导体气体传感器普遍存在选择性差、工作温度高、精度低、抗干扰能力差等问题,从而限制了金属氧化物作为气体敏感材料在低浓度环境下检测的应用。现在多采用氧化石墨烯等聚合物材料,当还原导电性增强后,用于电子器件中效果更好,灵敏度更高。但是,相应的价格更加高昂,不做首选。在接下来的设计中,我将用到不同的传感器测试并分析最符合实际的类型。

报警系统的搭载相对容易,蜂鸣器和二极管提供声光报警,也可以二级报警,控制继电器做到关闭室内总电源。综合上面所述,气体传感器如CO-7G产生与CO浓度呈线性关系的电流,电流传输到信号调理电路被转换成电压,然后MSP430单片机使用A/D转换模将接收电压信号转换成数字电压信号,并计算成浓度显示在数码管上。同时,通过单片机的D/A转换模块将浓度信息转换为电压,电压供给报警电路,实现报警。

MSP430单片机的软件部分,我将用到C语言开发单片机程序,C语言有利于模块化编程,相较于汇编语言更加通俗易懂,而且更有效率。实现430作为上位机,要做到界面的采集控制设置和实时绘图功能,对特定文件格式的数据的保存和软件完整功能的调试。基本实现数据采集控制与设置,串口设置,采集时间显示,采集通道的切换,实时绘制响应曲线图,数据表格显示,数据的保存与查询。并且要实现对气体传感器的信号分析计算,并做好统一的标准。

其中,我认为气体传感器测量气体密度时,稳定的气体环境难以保证,并且国家标准中气体密度的测量是在一个小时内的平均数据,用时周期长,要想做到灵敏度上的飞跃,必须在软件层次上有所改进。其次,硬件电路的搭载要综合多个传感器,应尽量简化线路,实现精简易懂。

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