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基于單片機的室內多功能檢測儀的研究

发布时间:2019-11-09 08:16:49

基于单片机的室内多功能检测仪的研究

随着人们生活水平的提高,全装修住宅的日益扩展,其室内环境质量控制越来越引起社会各界的广泛关注同时人们也需要安全、舒适的家居现市场也有对室内环境的检测仪器,但存在有体积大、价格贵、功能少等原因,根据市场调查非常需要家居用室内安全、温湿度和室内甲醛的检测本文设计的是家用集环境污染(甲醛)、安全、温度和湿度为一体的多功能便携式测试仪

城市居民的气体燃料主要是液化石油、煤气和天然气液化石油气的主要成分是丙烷、煤气的主要成分是CO和H2,天燃气主要成分是甲烷

该设计主要包含两大部分功能,第一,空气质量包括温度、湿度、甲醛的检测第二,室内安全测量包括CO、甲烷

1 总体结构设计

总体结构图如图1:

图1 总体结构图

该仪器以单片机为核心,单片机选用价格便宜的8031,具有对CO浓度、甲烷浓度测量与报警功能;对温湿度和甲醛的含量的测量及显示功能;设有人工自动复位和自动上电复位以及硬件看门狗电路单片机外接8255A并行接口芯片,8255A接键盘、显示、甲醛测量电路通过键盘可设定室内甲烷、CO的报警值温湿度测量采用数字化温湿度传感器LTM-8901,用4位半液晶显示温湿度和甲醛值CO和甲烷测量电路输出分别接单片机接外中断INT0和外中断INT1,利用中断实现对CO和甲烷的实时监控另外扩展了数据存储器和紫外线可擦除的EPROM存储器

2 温湿度模块设计

温湿度传感器采用LTM-8901,该传感器是全新的数字化温湿度传感器,适合室内环境的温湿度测量范围,无需A/D转换,可直接接单片机,使系统故障率低,便于维护湿度测量时是传统湿敏元件与湿度变送器的融合体,本身具有很强的抗静电、抗干扰、抗反接等保护能力,而且具有很强的结露恢复能力,并对腐蚀气体有一定的低御能力LTM-8901内置滤波、保护电路、极低的功耗,温度补偿已在生产检验时校准完成这种智能化修正方式,实现温湿度全量程的精确测量如图1中,数字传感器LTM8901通过光耦器件4N35和驱动电路接单片机的并行I/O端,实现输入输出隔离,以提高系统的抗干扰能力,光耦器件4N35对于LTM8901其速度基本上满足要求,若选用DS18BO2应使用更快速度的光耦

3 CO和甲烷测量模块

采用半导体气体传感器SB-500测量CO和甲烷,SB-500在高低温周期变化过程中工作时,传感器输出信号受温度影响,高温时感应甲烷气体,低温时感应CO气体,高温0.9V*5秒,低温0.2V*15秒,因此工作电压为高电平为0.9V,低电平为0.2V的方波,占空比为1:3,周期20S该方波通过设置单片机内部定时器T0的参数,由单片机的并行端口输出,再经12V供电的放大电路放大半导体气体传感器SB-500的输出接单片机的外中断,当CO浓度超标时,被高、低电平加热的SB-500的电阻会降低,经过分压和调整分压电阻达到外中断请求电平向单片机请求中断,通过中断处理程序实现超标报警由于高、低电平加热SB-500时呈现的电阻不同,采用不同的分压电阻分压以实现中断请求电平,因此需通过单片机控制电子开关自动切换CO和甲烷的测试和报警如图2:

图2 单片机控制电子开关自动切换CO和甲烷的测试和报警

4.甲醛测量模块设计

室内甲醛污染对人身体健康影响较大,标准规定的方法绝大多数是化学分析法,使用的手段是实验室分析仪器,主要有比色计、分光光度计,化学滴定、气相和液相色谱但这些方法难做到现场实时控制,费力费时,过程复杂,大多数过程是人工操作,成本高,自动化程度低随着传感器和计算机技术的不断发展,现已有了基于电化学的便携式甲醛测试仪,并且测试测试范围、分辨率、精度、稳定性已接近标准要求,因此该设计可选用基于电化学原理的甲醛传感器,其原理是空气中的甲醛在电极下发生氧化反应,产生的扩散电极电流与空气中的甲醛浓度成正比通过检测放大电路和放大倍数的调整,经A/D转换后送单片机由单片机现场自动控制检测并显示甲醛浓度实际制作时,考虑到甲醛测试成本高,可将甲醛测试做成一个单独模块,仪器端安装外接插头,需要时外接即可

5 软件设计

软件运用模块化设计,采用汇编语言与C语言混合编写,包括主程序和中断程序,有初始化模块、数据采集与处理模块、显示模块、中断模块、系统测试与报警模块初始化是对外部接口、定时器等部件初始化;数据采集和数据处理模块是完成温湿度和甲醛的测量对其分析处理;显示模块将循环显示温湿度和甲醛含量;中断控制模块完成CO和甲烷的超标报警;系统测试模块是检查系统各模块、温湿度模块等是否正常,出现异常报警的自诊断功能流程图如下:

图3 流程图

6 结论

该仪器是适合家庭用的环境测量与安全报警的便携式仪表随着甲醛传感器价格降低、家居全装修增多,人们对生活质量要求的提高,这种多功能测试仪将会有更广泛的应用前景本文的创新点在于集室内环境与安全报警为一体,并考虑到甲醛的成本较高,将甲醛的测试做成一个独立的模块,仪器设有外接头,需要时外接,或选用市场上的便携式甲醛测试仪配套使用

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