C8051F005单片机烟道气体测控系统硬件部分设计+电路图(2)
第一章 绪论
1.1设计的意义
烟道气是指煤等化石燃料燃烧时候所产生的对环境有污染的气态物质。因这些物质通常由烟道或烟囱排出，也是有毒和有害气体和烟尘的混合物。烟道气产生的过程大多是燃料不充分利用，不完全燃烧造成的。其成分为氮气、一氧化碳、二氧化碳、氧和水蒸气和硫化物等，无污染物占99％以上；灰尘、粉渣和二氧化硫含量低于1％，须经气体净化装置处理后排空，以减少对环境的污染。
本文主要测控的是一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫，这三者是煤炭燃烧的主要产物。一氧化碳是一种无色无的有毒气体，是大气中几种重要污染物之一，其化学性质相对而言比较稳定，具有可燃性。一氧化碳的主要是由含碳燃料的不完全燃烧产生，在煤炭燃烧过程中容易产生，可以通过再次燃烧生成二氧化碳。二氧化硫是一种无色有刺激性气的气体，是空气中的主要污染气体之一，排放到空气中的二氧化硫会与水结合，形成酸雨，造成危害。
1.2设计的内容
本文主要完成烟道气体测控的硬件设计。烟道气体测控系统硬件设计内容包括温度控制，气体过滤控制，燃烧气体成分分析和对有关管道阀门等进行控制。
该系统采用单片机为核心，以实现烟道气体测控的基本控制过程，作用是改善燃烧过程，提供燃烧效率和减轻污染。测控系统采用C8051F系列单片机及其外围电路，包括多点状态的测量，分析，并据此对多个继电器和控制阀门进行控制。另外还需实现与上位机和网路的通讯功能。该烟道气体测控采用C语言进行软件开发。
本系统采用功能模块化的设计思想，系统主要分为总体方案设计、硬件和软件设计三大部分。
1.3发展背景
工厂以及一些化工企业需要对产生的烟道气进行测量分析，目的是改善燃烧效率，提高效益。这时，烟道气体测控系统就显得尤为重要。除此之外，随着我国工业化的发展，对保护环境的要求越来越高。烟道气中的有毒有害气体会产生重大污染，造成严重后果。一氧化碳是无色、无臭、无的气体，故易于忽略而致中毒。一氧化碳中毒的原因是因为一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合，进而排挤血红蛋白与氧气的结合，从而出现缺氧，这就是一氧中毒。常见于居室通风差的情况下，煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒。一氧化碳可以通过再次燃烧产生二氧化碳。二氧化碳密度较空气大，当二氧化碳少时对人体无危害，但其超过一定量时会影响人（其他生物也是）的呼吸，原因是血液中的碳酸浓度增大，酸性增强，并产生酸中毒。空气中二氧化碳的体积分数为1%时，感到气闷，头昏，心悸；4%-5%时感到眩晕。6%以上时使人神志不清、呼吸逐渐停止以致死亡。同时二氧化碳也是加剧温室效应的主要来源。二氧化硫（化学式SO2）是最常见、最简单的硫氧化物。其是大气主要污染物之一。在许多工业过程中也会产生二氧化硫。当二氧化硫溶于水中，会形成亚硫酸。若把亚硫酸进一步在PM2.5存在的条件下氧化，便会迅速高效生成硫酸（酸雨的主要成分）。这就是对产生这些烟道气而不加以测控以至引发恶劣环境效果的担心原因。
第二章 总体方案设计
2.1设计方案
该烟道气体测控系统针对烟道气体的特点，通过对多点状态的测量、分析，采用红外气体成分分析仪采集、分析烟道气成分，C0851F005单片机芯片及其外围电路对气体分析仪采集到的数据进行处理，根据单片机的处理结果对多个继电器以及相关阀门进行控制如填料、通风等，同时单片机通过LCD液晶屏显示数据处理结果，直观反映烟道气体成分，实现了对烟道气体的实时测控，能够有效地提高燃烧效率，减少污染气体的排放。