基于51單片機(jī)的室內(nèi)甲醛測試系統(tǒng)
甲醛是一種具有刺激氣味的無色氣體,也是一種潛在的致癌物質(zhì),對人體健康有較大的危害,許多疾病的誘發(fā)都與甲醛有關(guān),如哮喘,白血病等。甲醛濃度在每立方米空氣中達(dá)到0.06-0.07mg/m3時(shí),兒童就會發(fā)生輕微氣喘。當(dāng)室內(nèi)空氣中甲醛含量為0.1mg/m3時(shí),就有異味和不適感。達(dá)到0.5mg/m3時(shí),可刺激眼睛,引起流淚,它對人體健康的危害不容忽視。單片機(jī)具有通用性強(qiáng)、體積小、價(jià)格低、穩(wěn)定可靠等突出優(yōu)點(diǎn),在智能產(chǎn)品、測控系統(tǒng)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的測試儀可現(xiàn)場可直接顯示甲醛濃度值。當(dāng)其濃度值小于國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值(可按鍵修改)時(shí)綠燈亮,可以入住,當(dāng)超過規(guī)定的室內(nèi)居住標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)紅燈亮開始報(bào)警提醒人們暫時(shí)不要入住。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/172446.htm1 硬件介紹
基于單片機(jī)的室內(nèi)甲醛測試儀由單片機(jī)系統(tǒng),顯示電路,功能鍵盤,甲醛傳感器,測量電路及3位半雙積分A/D轉(zhuǎn)換器,報(bào)警輸出電路構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:
1.1測量電路
測量電路由CH20/S-10甲醛傳感器,I/U(電流/電壓)變換器RCV420芯片,5G14433A/D轉(zhuǎn)換器等組成如圖2所示。
甲醛傳感器由甲醛探頭,CH20傳感器組成。當(dāng)空氣被內(nèi)部的采樣系統(tǒng)吸收后,將產(chǎn)生的電流信號與相連產(chǎn)生一個(gè)與甲醛濃度成正比的電流,該電流經(jīng)過4~20MA甲醛模塊的信號調(diào)理,與I/U變換器RCV420芯片轉(zhuǎn)換成0~5V的電壓,該電壓經(jīng)過5G14433A/D轉(zhuǎn)換器,與8051單片機(jī)相連,在顯示器上顯示出甲醛的濃度值,當(dāng)超過國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行報(bào)警。CH20/S-10的相關(guān)參數(shù)如下:電化學(xué)工作原理;量程:0-10PPM;最大過載濃度:50PPM;最小分辨率:±0.05PPM;工作壽命:3年;靈敏度:1200±300nA/ppm,4~20MA甲醛模塊;工作溫度:-20~45,響應(yīng)時(shí)間(T90):<50s。
Burr-Brown公司生產(chǎn)的RCV420精密I/U變換器能將4~20mA的環(huán)路電流變換成0~5V的電壓輸出。作為一種單片集成電路具有可靠的性能和很低的成本。除具有精密運(yùn)放和電阻網(wǎng)絡(luò)外,還集成有10V基準(zhǔn)電壓源。在不需要外調(diào)整的情況下,可以獲得86dB的共模抑制比和40V的共模電壓輸入。在全量程范圍內(nèi)輸入阻抗僅有1.5V的壓降,對于環(huán)路電流具有很好的變換能力。其芯片引腳分布及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2和圖3所示。
在使用中10、11和12腳相連,2、5和13腳相連接地,14和15腳相連接,作為0~5V電壓信號的輸出端,當(dāng)需要調(diào)整增益時(shí)14和15腳之間接入電位器來調(diào)整增益,但這樣會減小共模抑制比,減少量是增益增加1%,共模抑制比將減少6dB,因此我們在使用時(shí)一般直接將14和15腳短接,7和8腳懸空,4和16腳分別接一個(gè)1μF的電容接地,IN+或IN-端接輸入的電流信號,一般情況下,只使用一端,具體使用那端取決于輸入信號的極性和所需輸出電壓的極性,我們在使用過程中,使用的是IN+端。
1.2 5G14433A/D轉(zhuǎn)換器
5G14433A/D轉(zhuǎn)換器是國產(chǎn)的廣為流行的最典型的雙積分3位半A/D轉(zhuǎn)換器它具有抗干擾性能好,轉(zhuǎn)換精度高(相當(dāng)于11位二進(jìn)制數(shù)),自動(dòng)校零,自動(dòng)極性輸出,自動(dòng)量程控制信號輸出,動(dòng)態(tài)字位掃描BCD碼輸出,單基準(zhǔn)電壓,外接元件少,價(jià)格低廉等特點(diǎn)。但其轉(zhuǎn)換速度慢,約1~10次/秒在不要求高速轉(zhuǎn)換的場合。5G14433芯片引腳參數(shù)及其與單片機(jī)的連接如下:
VAG:被測電壓VX和基準(zhǔn)電壓VR的接地端(模擬地)。
VR:外接輸入基準(zhǔn)電壓(+2V或+200mv)
VX:被測電壓輸入端。
R1、R1/C1、C1:外接積分電阻器和積分電容C1元件端,外接元件典型值:
當(dāng)量程為2V時(shí), C1=0.1μF,R1=470KΩ;
當(dāng)量程200mV時(shí),C1=0.1μF,R1=27KΩ
C01、C02:外接失調(diào)補(bǔ)償電容C0端,C0的典型值為0.1μF。
DU:更新輸出的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)結(jié) 果的輸入端。當(dāng)DU與EOC連接時(shí),每次的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果都被更新。
CLKI和CLKO:時(shí)鐘振蕩器外接電阻Rc端,Rc的典型值為470kΩ,頻率隨著Rc增加而下降。
VEE:模擬部分的負(fù)電源端,接-5V
VSS:除CLKO端外所有輸出端的低電平基準(zhǔn)(數(shù)字地)。當(dāng)VSS接VAGR模擬地、數(shù)字地相連)時(shí), 輸出電壓度為VAG~VDD(0~+5V):當(dāng)VSS接VEE(-5V)時(shí),輸出電壓幅度為VEE~VDD(-5~+5V),10V的幅值。應(yīng)用時(shí)一般是VSS接VAG,即模擬地與數(shù)字地相連。
EOC:轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志輸出。每當(dāng)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換周期結(jié)束,EOC端輸出一個(gè)寬度為時(shí)鐘周期二分之一寬度的正脈沖,與DU一起接單片機(jī)的P3.2引腳。
DS1~DS4:多路選通脈沖輸出端,分別接電片機(jī)的P1.4~P1.7引腳。DS1對應(yīng)千位,DS4對應(yīng)個(gè)位。
Q0~Q3:BCD碼數(shù)據(jù)輸出線,分別接單片機(jī)的P1.0~P1.3引腳。其中Q0為最低位,Q3為最高位。當(dāng)DS2、DS3和DS4選通期間,輸出三位完整的BCD碼。
1.3功能鍵盤
鍵盤設(shè)置為3*3陣列鍵盤,有功能選擇鍵、報(bào)警確認(rèn)鍵、回車(數(shù)值確認(rèn))鍵、數(shù)值鍵、鍵等。
1.4 CD顯示單元
CD顯示單元選用OCM 4×16字符點(diǎn)陣液晶顯示屏模塊組件,主要有LCD顯示器、控制器、驅(qū)動(dòng)器和偏壓產(chǎn)生電路組成,用于顯示當(dāng)前被測溫度值、電流輸出值、溫度報(bào)警設(shè)定值、P設(shè)定值、TI設(shè)定值、TD設(shè)定值、偏差量、報(bào)警狀態(tài)等信息。
2 軟件設(shè)計(jì)
軟件采用模塊化設(shè)計(jì)。全部軟件由主程序、鍵盤處理子程序、數(shù)據(jù)采集子程序、報(bào)警程序組成。主程序是控制和管理的核心。系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化和中斷處理操作。初始化主要完成對報(bào)警值的設(shè)定和初次檢查,同時(shí)斷開各電器的電源。初始化完成后,系統(tǒng)開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)行甲醛濃度檢測和報(bào)警等操作,主程序的流程圖如圖3所示。
為了提高測量精度,本文采用中值濾波法,就是對參數(shù)連續(xù)采樣N次(一般N為奇數(shù)),然后把N次采樣值從大到小或從小到大,按遞增或遞減順序排序,再取中間值作本次采樣值。中值濾波對于去掉偶然因素引起的波動(dòng)或采樣不穩(wěn)定產(chǎn)生的誤差比較有效,在N次采樣中只要有一次是正確的,即可提高精度。
3 結(jié)論
本文對利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)甲醛濃度測量進(jìn)行了比較全面的描述和分析,本文所實(shí)現(xiàn)的甲醛濃度測量系統(tǒng)具有比較全面的功能。該測量系統(tǒng)操作方便、性價(jià)比適宜、運(yùn)行可靠,測量精度高,還可以根據(jù)具體的需要對系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?/p>
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