1、畢業設計co測試儀軟件設計co tester software design 2009 屆 電氣與電子工程分院專 業 自 動 化 學 號 學生姓名 指導教師 完成日期 2009年5月25日畢業設計成績單學生姓名學號班級電0502-2專業自動化畢業設計題目co測試儀軟件設計指導教師姓名指導教師職稱教授評 定 成 績指導教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績： 院長簽字：年 月 日畢業設計任務書題目co測試儀軟件設計學生姓名學號班級電0502-2專業自動化承擔指導任務單位電氣與電子工程分院導師姓名導師職稱教授一、設計內容本設計的主要內容是co測試儀的軟件設計。對檢測系統的軟件設計是在前面硬件設計的

2、基礎上，對實現各個硬件所具有的功能進行相應的軟件設計。這部分主要討論軟件實現的相應方案，程序的編譯和調試以及結合硬件電路的仿真等。二、基本要求基于硬件電路的設計，系統軟件采取模塊化結構，主程序分別調用加電自動化預熱等初始化程序，a/d采樣程序，led顯示程序（聲光報警和外圍控制程序），結果存儲程序等，來完成整個傳感器輸出信號的智能量化過程。三、主要技術指標檢測系統的軟件設計按模塊化進行。結合檢測儀各部分硬件功能，將整個系統主要分為三個部分：信號采集模塊，采集信號綜合處理模塊，系統輸入輸出模塊。1、信號采集模塊。獲取探測點采樣數據。主要采集待測co氣體濃度信號，額外因素如環境溫度信號，環境濕度信

3、號等可忽略。2、采集信號綜合處理模塊。這是檢測系統的核心處理部分。主要是編寫相應的程序，收集co濃度，經a/d轉換成相應電壓傳送到單片機芯片。3、系統輸入輸出模塊。這部分主要的功能是實現對計算結果的濃度數字化顯示，鍵盤輸入，聲光報警，外圍控制，結果儲存及上傳等功能。四、應收集的資料及參考文獻1、單片機方面的知識及其接口技術2、at89系列單片機的原理及應用3、keil c51的應用系列叢書五、進度計劃第一周查閱相關資料，對所作的題目有個大概了解，對設計過程中用到的芯片進行詳細地了解。第二到三周完成畢業設計選題報告和任務書，并作出本次設計的總體方案和通過對幾種方法的比較最終確定設計所用的方法。第

4、四周去大同機車廠實習。第五到八周的時間內把本次設計的各個模塊理清楚，掌握所用到的編程語言,寫出設計方案。第九到十周通過調試和仿真對軟硬件進行最后的修改，是最終的結果能符合題目要求。第十一周完成畢業設計報告，讓老師對其中的不足之處予以指出，自己對其進行修改，最終實現能達到指導老師的要求。第十五周進行畢業答辯。教研室主任簽字時間年 月 日畢業設計開題報告題目co測試儀軟件設計學生姓名學號班級電0502-2專業自動化一、 研究背景co是一種有毒的可燃可爆性氣體。它給工業安全生產帶來巨大危害，在煤礦井下，co是引起瓦斯爆炸的主要氣體之一。在化工生產中，co是一種有毒的危機工人生命安全的副產品。co也是

5、鋼鐵冶金工業生產中的有毒氣體，在冶金企業的焦爐、高爐、鐵合金礦熱爐等冶金生產中都有大量co產生。為了實現對co的檢測，裝設可燃氣體檢測器，及時發現事故隱患、盡早采取補救措施是非常必要的。因此，實時、準確的測出這些場合co的濃度，對有效防止co中毒、火災的早期預測預報、保障工業安全生產等方面具有十分重要的意義。二、 國內外研究現狀從國內產品性能來看，由于敏感元件受到國內材料及加工技術水平的限制，所研制和生產的元件測量范圍小，產品合格率低、密封性差而漏液、使用壽命短，產品性能與國外先進水平差距較大。目前，國內北京、惠州、濟南已有幾家生產co測試儀，但其敏感元件的關鍵材料仍由國外進口，價格較高。仍然

6、存在技術不過關，使用壽命短等問題。目前國內只有少量的co檢測報警儀使用于現場，特別是在煤礦井下顯得更加落后，大部分煤礦采取人工井下采樣、地面分析化驗的方法，甚至還采用檢測管檢測的方法。井下缺少對co的安全監測儀器，難以適應工作面的推進及新工作的開拓。近年來，美國，日本，德國等對co傳感器的研究發展較快。其中具有代表性的產品主要有：日本理研計器株式會社研制的co-7型，co-82型電化學co傳感器；美國interscan公司的ld-145型電化學co傳感器；中美合資msa有限公司研制的minico型電化學co傳感器。目前co檢測儀的發展方向主要有微小型化、集成化、智能化、多功能化、通用化和網絡嵌

7、入式互聯網化。三、 主要工作和方法在硬件設計的基礎上，進行相應的軟件設計，用匯編語言進行編程。系統工作時，首先進行初始化等準備工作。然后進行數據采集，經過硬件的放大濾波處理后，送至單片機進行數據的處理。單片機根據輸入的信號進行濃度計算，最后得到濃度值。系統軟件采取模塊化結構，主程序分別調用初始化程序，ad采樣程序，led顯示程序（聲光報警和外圍控制程序），結果存儲程序等，來完成整個傳感器輸出信號的智能量化過程。指導教師簽字時 間年 月 日摘 要co測試儀利用a/d轉換原理，將被測模擬量轉換成數字量，并用數字方式顯示出測量結果。a/d轉換器的精確度影響數據顯示的準確度，本設計采用adc0809對

8、輸入模擬信號進行轉換，控制核心at89s51單片機對轉換的結果進行運算和處理，最后驅動輸出裝置顯示數字信號，通過keil軟件對所設計程序進行編譯和調試，keil軟件提供了包括c 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個uvision集成開發環境將這些部分組合在一起。將keil軟件與proteus軟件結合，通過proteus仿真軟件實現接口電路設計，將編好的程序輸入keil軟件中，進行編譯，編譯結束將產生一個hex格式的文件，將其載入到proteus環境中，進行實時仿真。proteus軟件是一種電路分析和實物模擬仿真軟件。它運行于windows操作系

9、統上，可以進行仿真、分析各種模擬器件和集成電路，是集單片機和spice分析于一身的仿真軟件，功能強大，具有系統資源豐富、硬件投入少、形象直觀等優點。關鍵詞：at89s51 adc0809 keil軟件 proteus軟件abstractco tester using a/d conversion principle, to convert the measured analog to digital, and show the result in digital way . a/d converters accuracy impact the accuracy of data , we use

10、 adc0809 to convert the input analog signal in this design, the control core-at89s51 single-chip computing and processing to the result of the conversion, the last drive the output device to show the digital signal, use keil software to compile and debug the design process, keil software provide a c

11、omplete development program including c compiler, macro assembler, connectors, database management and a powerful debugger, through an integrated development uvision will ring static these parts together.to combine keil software and proteus software, complete the interface circuit design through the

12、 proteus simulation software,input the completed procedures to keil software, and to compile, when the compiler ends, it will generate a hex file format, and loaded it into the environment of proteus, go to real-time simulation. proteus software is a kind of circuit analysis and simulation software.

13、 it runs on windows operating systems, can be simulation, analyses various analog devices and integrated circuits. it is an analysis of single-chip and spice of simulation software, powerful, rich in resources with the system, less hardware investment, the advantages of visual image.key words：at89s5

14、1 adc0809 keil software proteus software 目 錄第1章 緒論11.1 課題研究的目的意義11.2 國內外研究現狀21.2.1 一氧化碳檢測的現狀21.2.2 我國co檢測的發展21.2.3 各國一氧化碳檢測的發展31.3 co傳感器31.3.1 電化學傳感器31.3.2 本設計co傳感器的選擇4第2章 總體設計方案52.1 設計思路52.2 主要算法52.2.1 初步考慮的算法52.2.2 實際應用的算法6第3章 軟件設計73.1 主程序設計73.2 a/d轉換程序的設計83.2.1 adc0809簡介83.2.2 a/d轉換子程序93.2.3 a/d轉

15、換程序流程圖103.3 報警子程序113.4 顯示程序設計123.5 十六進制轉bcd碼17第4章 keil軟件的運用184.1 keil工程的建立184.1.1 源文件的建立184.1.2 建立工程文件184.2 工程的詳細設置204.3 編譯、連接234.4 keil c51軟件與proteus軟件的結合234.4.1 編譯、調試234.4.2 proteus isis與keil的接口244.4.3 proteus軟件的介紹244.4.4 proteus缺點和不足26第5章 系統調試及仿真275.1 軟件調試275.2 現場調試285.3 系統仿真結果顯示29第6章 結論與展望326.1

16、結論326.2 展望32參考文獻34致 謝35附錄a 外文資料翻譯36附錄b 源程序47第1章 緒論1.1 課題研究的目的意義co是一種有毒易燃易爆性氣體，常溫下無色無味、難溶于水，但易溶于氨水。由于相對密度略低于空氣，故能均勻的擴散于監測環境中。在受co的環境污染中，人們慢性中毒時完全意識不到它的存在，co的這一特性更增加了它的危害性。co隨空氣毫無知覺的吸入人體肺部后，由于co與血紅蛋白的親和能力比氧氣和血紅蛋白的親和能力大約高250300倍，形成碳氧血紅蛋白。而且它們結合后不易分離，它們的解離速度只有氧和血紅蛋白的1/3600。因而造成血紅蛋白更易于co結合而不易與氧結合，使輸送到人體各

17、組織器官的血液供氧不足。甚至還能奪走人體內的氧氣，導致組織低氧癥，使人體腦及全身組織缺氧窒息而中毒。在空氣中的co達到一定濃度值時，將直接威脅人的生命安全。接觸高濃度的co在很短的時間內可導致窒息死亡。co給工業安全生產帶來巨大危害，在煤礦井下，co是引起瓦斯爆炸的主要氣體之一。在化工生產中，co是一種有毒的危機工人生命安全的副產品。co也是鋼鐵冶金工業生產中的有毒氣體，在冶金企業的焦爐、高爐、鐵合金礦熱爐等冶金生產中都有大量co產生。在火災的早期預測預報中，co也被確定為監測的最重要氣體之一，傳統的感溫、感煙、感火焰的火災探測器從原理上講都是利用它的物理特性來探測火災的，物理特性往往是火災發

18、生以后才產生的，不利于火災早期預測預報。同時還容易環境等因素的影響而產生誤測誤報，可靠性低，近年來，隨著科技的發展，氣體傳感技術有了長足的進展。在日常生活中，co是智能家具系統、大氣環境監測等重要的參數指標，隨著人居住和工作環境的改善，城市居民每天在室內的活動時間以占90%左右，因而人們越開越關心室內空氣質量問題。液化氣、煤氣進入家庭為人們帶來了方便，改善了城市環境，但同時也給人們帶來了潛在的危險，co就是最重要的危險源；在智能化家居系統中，co也是被列出的重點監測氣體之一，co也是餐廳空氣衛生監測的一項重要指標，這里食物加工過程中產生的co也不容忽視，它直接影響人們的身體健康。為了實現對co

19、的檢測，裝設可燃氣體檢測器，及時發現事故隱患、盡早采取補救措施是非常必要的。保證工業安全生產、工作和生活環境的空氣質量而進行的有害氣體濃度檢測是非常復雜而重要的課題。在工業安全生產、環境保護、環境監測、日常生活、等領域需要監測co濃度。工業鋁電解等產生大量的co氣體。目前隨著城市煤氣、天然氣使用的迅速發展，城市鼓勵液化氣小區取代傳統的家用液化氣鋼瓶以及城市里的加油站的日益增多這些因素都可能有大量co出現，因而對co氣體的檢測顯得日益重要。在氣體的生產、輸送、貯存和使用過程中，違反操作規程或設備密封質量不好，都有可能發生可燃氣體泄露現象，進而釀成火災或爆炸事故，給國家和人民的生命財產造成損失。

20、因此，實時、準確的測出這些場合co的濃度，對有效防止co中毒、火災的早期預測預報、保障工業安全生產等方面具有十分重要的意義1。1.2 國內外研究現狀1.2.1 一氧化碳檢測的現狀目前的co傳感器主要采用的是三點定電位的電化學原電池傳感器。它是20世紀70年代中期，美國enterqertics science 公司發表三電極控制電位原理檢測co敏感元件專利產品。按敏感元件電解質性質的不同，它主要分為膠體電解質co敏感元件、固體電解質co敏感元件和液體電解質co敏感元件。從分析方法上分，主要有：電化學法、電氣法（熱導式和半導式）、色譜法（層析法）、光學吸收法（紅外吸收法和紫外吸收法）等。1.2.2

21、 我國co檢測的發展我國煤炭行業最早在20世紀50年代采用氣體檢測管測定co濃度。氣體管起源于美國，1919年美國哈佛大學研究出第一支co氣體檢測管。隨著氣體檢測管技術的日臻完善，其應用范圍也在不斷擴大，有最初的定性檢測一種氣體發展成為現在可定性定量檢測分析幾百種氣體；現在氣體檢測管可以廣泛應用于礦井、化工、冶金、地質領域安全檢測及工藝過程分析和環境保護、勞動衛生檢測、污染源及突發事故檢測等諸多領域的氣體檢測方法。目前氣體檢測管仍然是氣體快速檢測的一個重要方法。我國在“六五”、“七五”期間引進并仿制了西德產品，撫順及大連化物所等有關單位也致力研制該產品。從國內產品性能來看，由于敏感元件受到國內

22、材料及加工技術水平的限制，所研制和生產的元件測量范圍小，產品合格率低、密封性差而漏液、使用壽命短，產品性能與國外先進水平差距較大。目前，國內北京、惠州、濟南已有幾家生產co測試儀，但其敏感元件的關鍵材料仍由國外進口，價格較高。仍然存在技術不過關，使用壽命短等問題。目前一些長壽命檢測報警儀仍要從國外進口。目前國內只有少量的co檢測報警儀使用于現場，特別是在煤礦井下顯得更加落后，大部分煤礦采取人工井下采樣、地面分析化驗的方法，甚至還采用檢測管檢測的方法。井下缺少對co的安全監測儀器，難以適應工作面的推進及新工作的開拓。也很難滿足煤礦井下采空區、火區、密閉區等具有高濃度co監測的需要。因此研究適應礦

23、井檢測的co檢測儀具有重要的意義。1.2.3 各國一氧化碳檢測的發展目前市場上廣泛使用的co傳感器主要有金屬氧化物半導體型、電化學固體電解質型和電化學固體高分子電解質型等三種類型。自20世紀70年代中期，電化學co傳感器問世以來，由于其具有結構簡單、使用維護方便、靈敏度及選擇性都高等特點，受到國內外煤礦的重視。目前國外電化學式co傳感器大多采用的是液體酸性電解質，鉑黑催化電極，采用電化學法中恒電位電解法的原理，進行co濃度的檢測。近年來，美國，日本，德國等對co傳感器的研究發展較快。其中具有代表性的產品主要有：日本理研計器株式會社研制的co-7型，co-82型電化學co傳感器；美國inters

24、can公司的ld-145型電化學co傳感器；中美合資msa有限公司研制的minico型電化學co傳感器。目前co檢測儀的發展方向主要有微小型化、集成化、智能化、多功能化、通用化和網絡嵌入式互聯網化。同時對系統長期工作穩定性、易維修性等方面的要求越來越高。隨著半導體工藝和mems技術的發展，紅外氣體分析器微型化、便攜化成為可能2。1.3 co傳感器1.3.1 電化學傳感器co檢測系統中傳感器的選擇很重要，目前達到實際應用水平的主要有半導體式和電化學式兩種。半導體co傳感器具有靈敏度高、響應快、測量范圍寬的優點，但半導體式元件在空氣中阻值漂移大、功耗較高，不適合煤礦井下電器設備的要求。相比之下，電

25、化學co傳感器由于具有靈敏度高、重現性好、功耗低、本質安全等獨特的優點，使得電化學式傳感器成為目前使用最普遍的一類傳感器，更適合于在惡劣環境下對煤礦co濃度的檢測。電化學傳感器的工作原理：電化學傳感器通過與被測氣體發生反應并產生與氣體濃度成正比的電信號來工作。典型的電化學傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個薄電解層隔開。氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發生反應，然后是憎水屏障，最終到達電極表面。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發生反應，以形成充分的電信號，同時防止電解質漏出傳感器。穿過屏障擴散的氣體與傳感電極發生反應，傳感電極可以采用氧化機理或還原機理。這些反應由針對

26、被測氣體而設計的電極材料進行催化。 通過電極間連接的電阻器，與被測氣體濃度成正比的電流會在正極與負極間流動。測量該電流即可確定氣體濃度。由于該過程中會產生電流，電化學傳感器又常被稱為電流氣體傳感器或微型燃料電池。 在實際中，由于電極表面連續發生電化發應，傳感電極電勢并不能保持恒定，在經過一段較長時間后，它會導致傳感器性能退化。為改善傳感器性能，人們引入了參考電極。 參考電極安裝在電解質中，與傳感電極鄰近。固定的穩定恒電勢作用于傳感電極。參考電極可以保持傳感電極上的這種固定電壓值。參考電極間沒有電流流動。氣體分子與傳感電極發生反應，同時測量反電極，測量結果通常與氣體濃度直接相關。施加于傳感電極的

27、電壓值可以使傳感器針對目標氣體3。1.3.2 本設計co傳感器的選擇本設計采用co/cf-1000電化學式有毒氣體傳感器，該傳感器性能優于同類傳感器，內部的過濾器可以很好地去除co以外的干擾氣體，在硬件上彌補了傳統co傳感器交叉反應的不足。以下是該傳感器的一些描述：測量范圍.0-1000 ppm最大負荷.2000ppm內置過濾器 .過濾酸性氣體工作壽命.空氣中3年 輸出.10020na/ppm分辨率.0.5 ppm溫度范圍.-20 to 45 壓力范圍.大氣壓響應時間 (t 90). 40 seconds濕度范圍.15-90 %rh（非凝結）零點輸出 (純凈空體，20).-1 to +3 pp

28、m 最大零點漂移(20to 40).10 ppm長期漂移 .new”或者點擊工具欄的新建文件按鈕，即可在項目窗口的右側打開一個新的文本編緝窗口，在該窗口中輸入匯編語言源程序，保存該文件，注意必須加上擴展名（匯編語言源程序一般用asm 或a51 為擴展名），這里假定將文件保存為main. asm 。需要說明的是，源文件就是一般的文本文件，不一定使用 keil 軟件編寫，可以使用任意文本編緝軟件進行源程序的輸入。4.1.2 建立工程文件在項目開發中，并不是僅有一個源程序就行了，還要為這個項目選擇 cpu（keil 支持數百種cpu，而這些cpu 的特性并不完全相同），確定編譯、匯編、連接的參數，指

29、定調試的方式，有一些項目還會有多個文件組成等，為管理和使用方便，keil 使用工程（project）這一概念，將這些參數設置和所需的所有文件都加在一個工程中，只能對工程而不能對單一的源程序進行編譯（匯編）和連接等操作，下面我們就一步一步地來建立工程。點擊“project-new project”菜單，出現一個對話框，要求給將要建立的工程起一個名字，你可以在編緝框中輸入一個名字（例如1111），不需要擴展名。點擊“保存”按鈕，出現第二個對話框，如圖4-1所示: 圖 4-1 選擇目標cpu這個對話框要求選擇目標cpu（即你所用芯片的型號），keil 支持的cpu 很多，我們選擇atmel 公司的8

30、9c51 芯片。點擊atmel 前面的“+”號，展開該層，點擊其中的89c51，然后再點擊“確定”按鈕，回到主界面，此時，在工程窗口的文件頁中，出現了“target 1”，前面有“+”號，點擊“+號展開，可以看到下一層的“sourcegroup1”，這時的工程還是一個空的工程，里面什么文件也沒有，需要手動把剛才編寫好的源程序加入，點“sourcegroup1”使其反白顯示，然后，點擊鼠標右鍵，出現一個下拉菜單，選中其中的“add file to group source group1”，出現一個對話框，要求尋找源文件，注意，該對話框下面的“文件類型”默認為c source file(*.c)，

31、也就是以c 為擴展名的文件，而我們的文件是以asm 為擴展名的，所以在列表框中找不到main. asm，要將文件類型改掉，點擊對話框中“文件類型”后的下拉列表，找到并選中“asm source file(*.a51,*. asm)，這樣，在列表框中就可以找到main. asm 文件了。如圖4-2所示：圖4-2 加入文件雙擊main. asm 文件，將文件加入項目，注意，在文件加入項目后，該對話框并不消失，等待繼續加入其它文件，但初學時常會誤認為操作沒有成功而再次雙擊同一文件，這時會出現一個對話框，提示你所選文件已在列表中，此時應點擊“確定”，返回前一對話框，然后點擊“close”即可返回主界面，返回后，點擊“source group 1”前的加號，會發現main. asm 文件已在其中。雙擊文件名，即打開該源程序。4.2 工程的詳細設置工程建立好以后，還要對工程進行進一步的設置，以滿足要求。首先點擊左邊project 窗口的target 1，然后使用菜單“project-option for targettarget1”即出現對工程設置的對話框，這個對話框可謂非常復雜，共有8 個頁面，絕大部分設置項取默認值