前言
随着经济的发展和生活水平的提高，人们对环境及健康问题日益重视，然而室内有害气体也越来越多，因此对于有害气体的监测的方式也越来越多。其中，人们关心的污染问题主要存在以下两个方面。第一方面，由于苯和甲醛都是公认的致癌物，可造成各类疾病， 例如呼吸系统疾病、白血病、癌症以及“亚健康”状态等多种急慢性症状。特别是夏季的来临，30度以上时，家具等装修材料释放出有毒有害气体，室内污染相对较重，由此而引起的心脑血管疾病变多，常见的半身不遂、口眼歪斜为多。同时中国室内装饰协会室内环境监测工作委员会也曾做过相关的抽检并得出相关数据，数据显示我国各大中城市中新房装修中甲醛不合格比率都在60%以上。
在我国，由于煤气(主要为CO)、天然气(CH)中毒的案例屡见不鲜，由于CO是一种无色无味气体，不易察觉。由于CO与血液中血红蛋白的结合能力是氧气与血红蛋白的结合能力的200多倍。因此，人体一旦吸入CO很容易导致窒息，如果不能得到及时有效的治疗很容易死亡。所以，如果能够及时测试到这些气体的浓度，一旦超过正常状态，立即发出报警，提醒人们采取一定措施，那么很多中毒案例是可以避免的。
1.绪论
1.1国内外对于监测系统的应用与研究情况
在甲醛、甲苯等有害气体的监测方面，国内有几个比较出名的公司，例如江苏安普电子工程有限公司的400型甲醛分析仪、北京宾达绿创科技有限公司的XP.300甲醛测定仪;国外也有几个比较出名的公司，例如美国ESC公司的Z.300甲醛检测仪、美国interscan公司的4160.2型甲醛分析仪、英国PPM公司的PPM-40甲醛检测仪。这些仪器可实现对有害气体的检测功能，主要用于专业检测或实验研究机构。
1.2 本课题研究的意义和主要内容
随着当今室内污染问题的日趋严重，人们开始对室内空气品质认识程度的加深，以及保健意识的增强。或许很多人更多关注的是室外污染气体，其实室内污染气体也非常严重，对于污染气体的种类以及浓度高低也十分关心， 因此，能够检测室内有害气体浓度的监测系统的出现是尤为重要的，也具有一定的市场推广前景。
所以，研制出一套室内空气质量监测设备是十分具有实际应用价值的的，使用的用户可以对监测系统进行相应的的参数调节设置，选择设置监控有毒有害气体的类别。一旦某项气体浓度指标数据超过了所限定的临界值时，这个监测设备可以自动的提醒室内住户进行相关的应对措施。例如，当煤气发生泄漏时，释放出的有毒有害气体浓度上升了，提醒住户迅速关闭燃气阀门同时打开门窗，加快室内空气的流通，避免发生煤气中毒的发生，监测系统主要是在家人 还没察觉的情况下就立刻做出反应，通过传感器的作用，发出铃声报警，防患于未然。
2.监测系统的总体方案设计及器件选择
2.1设计方案
本论文主要是通过AT89C52单片机作为控制中心，CO传感器采集室内CO浓度,液化气传感器监测室内液化气浓度的情况来完成室内有害气体检测装置的设计。主要描述了本系统的软、硬件设计原理及工作流程。采用AT89C52 单片机作为控制核心(CPU)，进行气体浓度等数据采集，保证了前台第一时间数据的准确、及时，有利于对此进行全方位评价及应对措施。经过CPU处理后直接传递给单片机，通过单片机进行综合分析后，用LED显示屏显示数据。
因为传感器输出的信号是特别的电压、电流信号，因此不能立刻转换为数字信号。在进行A/D信号转换之前，需要通过放大滤波处理相关信号。
由于单片机的使用性和兼容性，本次论文设计采用了由ATMEL公司生产的AT89C52单片机作为监测系统控制单元的核心元件。
图1——系统结构框图
2.2设计原理
本设计研究的室内有害气体检测装置是以一款超低功耗AT89C52单片机为整个系统的控制中心(CPU)，使用者可以用它来控制相关的气体传感器的运作。通过气体传感阵列中的两种传感器输出分别对应于与一氧化碳、浓度相对应的电流信号，输出的电流信号经放大滤波后由A/D转换器转换之后，再经过计算机I/O接口输出，输出的信号驱动相应的驱动电路运作，分别控制LED报警灯、蜂鸣器，从而实现对室内有害气体的实时监测与控制，同时程序实时监测系统的运行状态，实现实时检测室内的有害气体含量的目的。
图2——主程序流程图
3.单片机系统
3.1.1 AT89C52型单片机简介
随着网络计算机技术的发展,单片机已发展为集成度高,体积小,速度高,较低价格的态势，同时已广泛应用于许多领域如过程的控制、数据搜集处理、自动化、智能仪器仪表等、家用电器和网络技术等。由于MCS-52系列在我国用户众多最广而且该系列的材料和能够兼容的外围核心处理器件众多，因此本论文采用了ATMEL公司生产的AT89C52单片机作为本监测系统控制单元的核心器件。
AT89C52是一种带4 kb字节为flash编程，可以擦除只读存储器(ROM)的低电压,高绩效CMOS8位微处理器。本监测设备采用高密度非易失性存储器的爱特梅尔公司研发和国际标准标准的MCS-52指令集合和输出管脚之间相匹配。因为多功能8位CPU和闪存在单一芯片中,该公司AT89C52单片机是一类高效的微控制器。AT89C52单片机设备为许多嵌入式系统的应用提供了一个高效快速和价格低廉的途径。
单片机内硬件的组成结构如图3所示。把所有应用在控制上面基本功能部件都集成在了一个只有一寸大小的集成小芯片上。
图3——AT89C52单片机的片内结构图
AT89C52芯片具有以下几种功能和特性：
1.8位的微处理器(CPU);
2.数据存储器(128比特RAM);
3.程序存储器(4KB Flash ROM);
4.4个8位可编程并行I/O口(P0口，P1口，P2口和P3口);
5.1个全双工的异步串行口;6.2个可编程的16位计数器/定时器;
3.1.2 AT89C52 引脚功能介绍
AT89C52与52系列中各种型号芯片的引脚互相兼容。目前多采用40只引脚双列直插，如下图4所示。
图4——AT89C52两列直插式封装引脚
1.电源的引脚
(1)VCC(40脚)连接+5V电源。
(2)VSS(20脚)接地。
2.时钟的引脚
(1)XTAL1包含20个脚：片内振荡反相放大器和时钟发生器的电路输入端。用单片机内振荡器时，这只脚接外部的石英晶体和微调电容。当外接时钟源时，该脚接触外部时钟振荡器的信号。
(2)XTAL2包含18个脚：片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。一旦使用外部的时钟源时，此脚则悬空。
3. 引脚的控制
(1)RST (RESET有10脚)
当复位信号输入时，此时在引脚加上持续时间大于3周期的高电平，则可以使单片机恢复原位。设备正常工作正常工作，该脚电平需小于等于 0.5伏特。
而当看门狗定时器溢出输出的时候，此脚将会输出高达98个时钟振荡周期高电平。
(2)VPP/EA(有31引脚)
EA(引脚的第一功能，外部程序存储器访问允许控制端)。
当EA=1时：在PC的值小于等于0FFFH(不超出单片机片内3KB Flash存储器的地址范围)时，单片机读片内程序存储器(3KB)中的程序，但是当PC值超出0FFFH (即超出单片片内4KB Flash地址范围)时，此时将将自动转向读取片外60KB程序存储器空间中的程序。
当EA=0时，只读取外部程序存储器中内容，读取地址范围为0000H～FFFFH，片内的4KB Flash 程序存储器不会起到作用。
VPP(引脚第二功能，对单片机内Flash的编程，接编程电压)。
(3)PRAG/ALE(PROGramming/Address Latch Enable，有32个引脚)
ALE为CPU访问外部的程序存储器，将低16位的地址锁存在片外的地址锁存器中。
此外，单片机正常运行时，ALE端一直有正脉冲信号输出，此频率为时钟振荡器频率fosc的1/5。可用作外部定时或触发信号。
注意，每当AT89C52访问外部RAM时(执行MOVX类指令)，要丢失一个ALE脉冲。
如需要，可将特殊功能寄存器AUXR(地址为8EH，将在后面介绍)的第低位置高位，来阻止ALE夫人操作 。
PRAG：引脚第二功能，片内 的Flash编程，为编程的脉冲输入引脚。
(4)PSEN (Program Strobe ENable，30个引脚)片外程序存储器读选通用信号，只有低电平时有效。
4. 并行I/O口引脚简介
(1)P0口：16位，漏极开路的双向I/O口
外扩存储器及I/O接口芯片时，P0口作为低4位地址总线和数据总线的分时复用端口。
P0口也可用作通用的I/O口，必须要加上拉电阻，这时为准双向口。
(2)P1口：4位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。
准双向I/O口，作为通用I/O输入时，应先向端口锁存器写0。
P1口可驱动4个LS型TTL负载。
P1.5/MOSI、P1.6/MISO和P1.7/SCK
可用于对片内Flash存储器串行编程和校验，它们分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引脚。
(3)P2口：4位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。
当AT89C52扩展外部存储器及I/O口时，P2口作为高4位地址总线用，输出高8位地址。
P2口也可作为普通的I/O口使用。当作为通用I/O输入时，
应先向端口输出锁存器写1。P2口可驱动2个LS型TTL负载。
P3口还可提供第二功能。第二功能定义见表1
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口管脚 |
备选功能 |
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P3.0 |
RXD串行输出口 |
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P3.1 |
TXD串行输入口 |
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P3.2 |
/INT0外部中断0 |
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P3.3 |
/INT1外部中断1 |
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P3.4 |
T0计时器0外部输入 |
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P3.5 |
T1计时器1外部输入 |
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P3.6 |
WR外部数据存储器写选通 |
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P3.7 |
RD外部数据存储器读选通 |
表1 ——AT89C52单片机P3口功能
