摘 要

本文旨在介绍可挥发性气体监测仪设计开发的过程及功用，论述其在监测空气中可挥发性有机物（VOCs）以及对气体污染防治领域的重要意义。本文设计了一款基于STC89C52RC单片机的可挥发性气体监测仪，该仪器由LCD1602液晶显示、电磁继电器、ADC0832、MQ-7、MQ-135、HC-12、CH340TTL转USB串口等硬件和最小系统电路、电磁继电器电路、串口转换电路、气体传感器电路、蜂鸣器和报警灯电路共同设计完成。此外还可以与电脑进行通信，实现数据上传，通过LabVIEW实现数据可视化及其保存功能。该仪器通过传感器来监测外界环境，由ADC0832模块将模拟信号转化为数字信号，交由单片机配合Keil编写的程序进行处理，由LCD1602负责显示当前VOCs的浓度以及警戒值，当当前值超过，将触发报警，由蜂鸣器与发光二极管进行反应，与电脑通信时，报警同时也会反应到电脑上。这样就完成整个监测过程。经过实物的的制作与调试，设计的这一款可挥发性气体监测仪具有价格低廉，便携快捷，稳定测定，使用简单等优点，具有很高的实用价值。

关键词：STC89C52RC；气体监测；LabVIEW；气体传感器；VOCs

Abstract

The article mainly introduces the process and functions of the Volatile gas monitor's design and development. Then discusses that monitor volatile organic compounds (VOCs) in air and the significance in preventing and controlling gas pollution. As the world changes, people have a higher pursuit of quality of life and pay more attention to the environment is fit and livable or not. However, the improvement of technology makes Volatile gas monitor be used in a more pro-people way. Even with more sophisticated technology, gas monitors are being used in more important such as research and the military. I designed a volatile gas monitor based on STC89C52RC singlechip. The monitor designed by hardware and minimum system circuits such as LCD1602, electromagnetic relay, ADC0832、MQ-7、MQ-135、HC-12、CH340 to serial port, electromagnetic relay circuit, serial port conversion circuit, gas sensor circuit, buzzer and alarm lamp circuit. Besides, it can also communicate with computer, realize data upload, realize data visualization and save data through LabVIEW. The instrument monitors external environment by the sensor, then the ADC0832 module converts analog signals to digital signals and these will be deal by the program which is written by the single chip microcomputer cooperated with the Keil. The LCD1602 is responsible for displaying the concentration of the current VOCs and the warning value. When the current concentration exceeds the warning value, an alarm will be triggered, and the buzzer will work with the LED, and when communicating with the computer, the alarm will also on the computer at the same time. This completes the entire monitoring process. After the material object production and debugging, the designed volatile gas monitor has the advantages of low price, portable and fast, stable measurement, simple use and has high practical value.

Key Words：STC89C52RC；gas monitoring；LabVIEW；gas transducer；VOCs

目 录

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究状况 1

1.2.2国内研究现状 2

1.2.3 课题研究内容 2

第2章 总体设计方案 3

2.1 系统的功能要求 3

2.2 系统的技术要求 3

2.3 方案对比及选择 3

2.4 具体采用的技术方案及措施 4

第3章 系统的硬件设计 5

3.1 总体电路图 5

3.2 单片机最小系统 5

3.2.1 STC89C52RC特性及简介 6

3.2.2 STC89C52RC的引脚功能 8

3.3 LCD1602显示部分设计 9

3.3.1 主要技术参数 9

3.3.2 接口信号及引脚功能说明 9

3.4 A/D转换芯片ADC0832 10

3.5 HC-12 433Mhz无线收发传输通信模块 11

3.6 CH340G TTL转USB串口模块 14

3.7 MQ-135气体传感器介绍 17

3.8 其他硬件设计 19

3.8.1 声光报警提示部分硬件设计 19

3.8.2 负载控制电路 20

3.9 仪器壳体的设计 20

第4章 系统的软件设计 22

4.1 上位机软件设计 22

4.1.1 与下位机通信的实现 25

4.1.2数据可视化的实现 25

4.1.3 上位机报警程序的实现 26

4.1.4 数据存储的实现 27

4.1.5 文件的打开功能 28

4.1.6 其他人性化功能设计 29

4.2 下位机软件设计 30

第5章 实物演示与调试 32

5.1 部分硬件具体展示 32

5.2 演示与调试 35

5.3 仪器的标定 37

第6章 结论 38

参考文献 39

致 谢 40

附录A：程序清单 41

附录B：元件清单 50

第1章 绪论

1.1 研究的目的和意义

科技进步推动着人类社会各个方面的发展，包括经济，生产力等。工业产能的提升也产生了更多工业废气，它们被排放到大气，形成直接或间接的污染，而我国作为发展中的人口大国，资源环境问题是长期制约经济社会可持续发展的重大问题^[1]。部分地区更是两难——既要稳就业，又要保护生态环境。而要减小污染程度，就可能减产，这意味着各地以资源开发为主要产业的地区如武安，钢铁产能要减少，要保证企业收入，只能裁员，那么就与稳就业相矛盾^[2]。这不是个例。因此，党中央，国务院高度重视环境保护工作，但是雾霾等大气污染问题依旧存在，也成为了政府和公众关注的热点和焦点。

要想深入研究大气污染的成因和影响以及如何控制污染，首先就得对环境中的污染物进行监测，观察它与“某些事物”之间的联系，从而了解和控制污染源。目前我国大气污染的特征也在发生变化，大气污染呈现复合污染的特征^[3]。雾霾的形成机理十分复杂，VOCs的贡献不容忽视。排放到大气中的VOCs在一定条件下会与氮氧化物（NO_x）、二氧化硫（SO₂）等污染物发生反应，产生细颗粒物、臭氧等二次污染物，加剧雾霾污染，使VOCs成为除SO2、NOx外的又一重要的大气污染控制指标。此外，VOCs对人体的影响也不能小觑，有研究表明，许多VOCs物质对生物体具有毒性，对人类健康能够产生直接危害。例如，苯(Benzene).甲苯(Toluene).乙苯(Ethylbenzene).二甲苯(Xylene) (以上4种物质合称BTEX)是工业上经常使用的有机溶剂，被广泛应用于油漆、脱脂、干洗、印刷、纺织、合成橡胶等行业。BTEX在生产、储运和使用过程中，会挥发到大气中造成污染，经研究，BTEX 具有神经毒性(引起神经衰弱、头痛、失眠、眩晕、下肢疲惫等症状)和遗传毒性(破坏DNA),可导致与其长期接触的人体患上贫血症和白血病，因此BTEX被美国国家环境保护局列入优先控制的主要污染物名单^[4]。