基于单片机的室内甲醛检测仪的设计.pdf

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1、.基于单片机的室内甲醛检测仪的设计..基于单片机的室内甲醛检测仪的设计摘要：室内空气质量的好坏直接影响到人体的健康，其中甲醛的危害更是亟待解决的问题。因此，测定室内甲醛含量也成为一个具有意义的研究。本设计主要针对居民住楼的甲醛含量可能超标设计的。设计采用电化学甲醛传感器作为数据的感知部分，电化学甲醛传感器器较其他的甲醛含量检测方法操作简单，成本相对较低，适合用于实验的研究和室内甲醛含量的检测。该甲醛含量采集系统能够达到0.01mg/m3的精度，并且将结果用液晶屏显示出来，当甲醛含量超过设定标准是发出警告。

2、关键词：MSP430电化学传感器甲醛含量一方案设计实验以MSP430F149单片机作为系统的核心，通过按键控制液晶显示和驱动放大电路。1.1单片机的选择论证方案一：采用MC68HC05/08系列单片机对系统进行控制。其乘法和除法指令给编程带来了便利。但是其指令系统共有89条指令，不利于CPU的执行速度。方案二：采用MCS-51系列单片机对系统进行控制。MCS-51系列单片机采用哈佛体系结构，其程序存储器和数据存储器独立编址。7中寻址方式，111条系统指令，操作简单适合于简单系统。方案三：MSP430F14

3、9单片机内部资源比51单片机丰富，并且具有可以调节的晶振频率，是编程更为灵活。综上所述由于设计的系统简单，所以选择方案三。综上所述选择方案一。1.2传感器的选择论证检测室内甲醛含量的方法有许多种，以下表格给出一些典型的方法和其特点。方法优点缺点电化学传感器法操作简单快速便携方便易受其他气体干扰，..可调激光吸收光谱法灵敏度高仪器要求工艺高，价格过高差分光学吸收光谱法灵敏度高需要很长光程方可达到要求的灵敏度窄带吸收法灵敏度高需要很长光程方可达到要求的灵敏度，不适合现场检测衰荡腔光谱法灵敏度高光路复杂，成本高

4、甲醛电化学传感器的主要技术指标如下：测量范围：0—10ppm响应时间:小于50秒最大负荷：50ppm输出信号：1200±300Na/ppm分辨率：0.05ppm根据以上表格和电化学传感器的主要技术指标，选择电化学法进行实验。CH2O/M-10型号的甲醛电化学传感器。1.3人机模块的选择论证方案一：采用独立按键和数码管作为人机接口。编程简单可行，但是显示过于枯燥，独立按键不利于人机交互。方案二：采用4*4键盘和LCD1602作为人机接口。4*4具有16个按键，设置更为灵活，具有字库使显示更加明了，编程简单。

5、采用方案二。二硬件电路设计硬件设计部分：传感器接口电路设计，放大电路设计，外围模块的电路设计（电源模块，液晶显示模块，无线模块，键盘模块，串口通信模块等）以单片机为核心，接收到传感器经过接口电路、信号放大电路后的的信号，在单片机内部集成的AD对数据进行采样，编写程序对数据进行处理，将数据结果即甲醛的浓度输出，并且，如果甲醛的含量超标则报警。..甲醛传感器传感器接口电路信号放大电路AD转换显示部分MSP430F149报警部分系统总流程框图2.1恒电位电路原理由甲醛传感器的工作原理可知，甲醛气体扩散至传感器内

6、部，在与传感器内部的溶液发生氧化还原反应，工作电极的表面电极被消耗，转移一定量的电子数目，从而产生电流信号，产生的电流为微安级。由于信号的产生，甲醛传感器本身的电位发生变化，导致工作电极与对电极表面的氧化还原反应变得不稳定，因此在传感器的测量电路里，应加入传感器的恒电位电路，以保证工作电极与参考电极之间的电压稳定。在以下电路中U1B部分为恒电位电路，维持参考电压RET和工作电压WE之间的电压稳定，即使甲醛与内容溶液发生化学反应，WE电压依然稳定。..恒电位电路图2.2放大电路原理由于电压信号很微弱，需要进

7、行信号的放大。如下图所示，该信号放大电路为二级放大，第一级放大U1的放大倍数最高可达100倍，并且可以通过R1调节放大倍数。第二级放大U2与第一级放大基本一致，由R2调节放大倍数，选择0—100的放大倍数。经过两级放大，已经可以满足要求。信号放大电路图..2.3测量电路由于对电极CE和参考电极REF由恒电位电路控制，CE和REF之间的电压一直处于稳定状态。输出的电流信号经过R3，转换成电压信号。传感器的测量电路电路图2.4外围模块设计便携式甲醛检测仪的硬件外围模块主要包括液晶显示模块，键盘模块，电源模块等

8、。MSP430F149作为主控芯片，其外围设备有液晶显示模块，矩阵键盘模块，内置AD转换模块以及电源模块。键盘模块用于输入和操作，显示模块用于显示经过单片机处理过的数据。..键盘模块显示模块MSP430AD模块F149供电模块主控制器电路2.4.1液晶模块设计采用1602液晶显示以显示数据液晶显示电路设计2.4.2键盘界面设计键盘模块是为了让用户输入数据，启动或暂停仪器的工作，实现人机互动。设计采用4*4矩阵键盘。..4*4矩