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1基于单片机的氧气浓度检测控制系统设计目录第一章系统方案论证...............................................41.1检测方案确定.................................................41.1.1方案介绍.................................................41.1.2方案比较.................................................51.1.3方案确定.................................................51.2单片机的选择.................................................61.3显示器的选择.................................................6第2章硬件设计.....................................................82.1总体设计方案.................................................82.1.1系统框图.................................................82.1.2系统原理与结构...........................................82.2测氧原理.....................................................92.2.1氧化锆测氧原理..........................................92.2.2系统结构及特点.........................................102.2.3氧值运算及输出.........................................102.2.4氧探头的选择及介绍.....................................102.3A/D转换电路................................................102.3.1.ADC0809的说明.........................................112.3.2．ADC0809应用说明......................................122.4单片机的选择...............................................1322.4.1AT89S51的介绍.........................................132.4.2AT89S51主要特性.......................................132.4.3AT89S51管脚说明.......................................152.4.4晶振电路...............................................182.4.5复位电路...............................................182.5报警电路的选择..............................................192.5.2报警电路...............................................202.6静态显示电路...............................................212.6.174LS138译码器.........................................212.6.274HC4511译码器........................................222.6.4上拉电阻的选择.........................................262.7按键选择与简介..............................................262.8时钟芯片选择与设计..........................................272.9电源的选择..................................................292.9.1主电源.................................................292.9.2备用电源...............................................302.10控制单元...................................................302.11网络传输单元...............................................31第三章软件设计.....................................................323.1软件设计结构................................................323.2主程序模块的设计............................................323.3模数转换的设计..............................................3333.4按键模块的设计..............................................343.5时钟模块的设计..............................................353.6显示模块的设计..............................................36第四章结论.........................................................37参考文献............................................................384第一章系统方案论证1.1检测方案确定在目前检测氧浓度的方法中，有很多的方法都可以检测到氧气浓度，比如电化学、顺磁氧、氧化锆方法及超声波流量浓度检测法。1.1.1方案介绍方案一：氧化锆测氧法原理：稳定氧化锆在高温下呈现的离子导电现象。在氧化锆电解质(ZrO2管)的两侧面分别烧结上多孔铂（Pt）电极。检测方式是通过导引管，将被测气体导入氧化锆检测室，再通过加热元件把氧化锆加热到工作温度（650℃以上）。氧化锆一般采用管状，电极采用多孔铂电极。方案二：流量浓度原理：在充满流体的管道内，超声脉冲经流体传播，在顺流方向和逆流方向有不同的传播时间，气体流速不同逆流和顺流的时间差就不同，通过时间差就能检测到气体的流速。浓度的检测也是用同样的超声波脉冲，在二元气体的组分下，两种组分的浓度比不同，超声脉冲在气体中的传播速度也不同。超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，可制作成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。5方案三：电化学原理：电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极（或工作电极）和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，最终到达电极表面。通过电极间连接的电阻器，与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。1.1.2方案比较氧化锆测氧法：其优点是不受检测气体温度的影响，通过采用不同的导流管可以检测各种温度气体中的氧含量，这种灵活性被运用在许多工业在线检测上。其缺点是反应时间慢；结构复杂，容易影响检测精度；加热器一般用电炉丝加热，寿命不长。超声波流量浓度：目前所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200℃以下的流体。另外，超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500m／s左右，被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是10－3数量级．若要求测量流速的准确度为1％，则对声速的测量准确度需为10-5～10-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前提下才能得到实际应用的原因。1.1.3方案确定三种传感器的检测氧气的方式各有优缺点，但在实际制氧机行业应用和测试中，超声波氧气流量浓度传感器具有，寿命长、无消耗、免维护。尤其是免维护免校准，减少了最终用户对仪器性能的疑问。其次连续检测，具有流量、浓度同时测6量的特点，有助于今后仪器功能的升级。比如今后流量、浓度数字显示。经过长期测试，超声波氧气浓度传感器是能够满足制氧机的浓度检测需要。氧化锆传感器被用于英维康公司，但据相关厂家介绍，定期给最终用户邮寄氧化锆电解池。电化学传感器虽然检测精度最高，但寿命和经常需要校准的特点不适用于制氧机行业，最终客户没有能力校准。所以不建议大规模运用。首先否定电化学测氧浓度，方案定格在氧化锆及超声波流量测氧发。由于超声波传感器造价昂贵，这与我们的节约理念相悖，而且氧化锆传感器不仅造价低廉，而且工艺简单，适用于大规模生产。所以此处采用方案一。1.2单片机的选择AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。而且AT89S51实现了ISP下载功能，取代了89C系列的下载方式，加之价格低廉，故而此处选用AT89S51单片机来控制。1.3显示器的选择目前广泛使用的显示器件主要有LED（二极管显示器）、LCD（液晶显示器）、和VFD（真空荧光管）等。LED显示器造价低廉，与单片机接口方便灵活,技术易于实现，但只能显示阿拉伯数字和少数字符，通常用于对显示要求不高的场合。LCD和VFD显示器成本较高，7可以显示包括汉字在内的多种字符，甚至是复杂的图形，并且耗电极省，可广泛用于各种终端设备，如PDA、手机、触摸屏等等。由于此处只要求显示器显示数值，本着节约成本因此选用LED作为显示器件。8第2章硬件设计2.1总体设计方案2.1.1系统框图测量系统由单片机，传感器，AD转换电路，显示电路和控制电路等组成。图2.1总体设计方案2.1.2系统原理与结构（1）氧气检测调理单元对信号进行采集，转换，放大，输出一个易于检测的电压信号。（2）处理单元完成对前面单元向其输入信号的AD转换，处