基于單片機(jī)的室內(nèi)甲醛濃度檢測(cè)系統(tǒng)

摘要：眾所周知，房屋裝修、劣質(zhì)家具等所留有害氣體主要為甲醛，甲醛對(duì)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。針對(duì)此，設(shè)計(jì)了一種用于檢測(cè)室內(nèi)氣體所含甲醛含量的檢測(cè)系統(tǒng)。該檢測(cè)系統(tǒng)具有顯示甲醛含量以及超標(biāo)報(bào)警的功能。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是基于STC89C52RC單片機(jī)，選擇MQ138型甲醛傳感器。在系統(tǒng)中傳感器模塊輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能識(shí)別的信號(hào)，單片機(jī)對(duì)此信號(hào)進(jìn)行處理，最后將甲醛含量顯示在LCD上，并在甲醛含量超標(biāo)時(shí)進(jìn)行報(bào)警。本設(shè)計(jì)體積小，集成度高，操作簡(jiǎn)單，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

眾所周知，房屋裝修、劣質(zhì)家具等所留有害氣體主要為甲醛，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(居室空氣中甲醛的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn))規(guī)定：居室空氣中甲醛的最高容許濃度為0.08 mg/m3，超過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。因此人們迫切需要一種能方便地檢測(cè)室內(nèi)殘留甲醛含量的設(shè)備，以使生活更加方便和安全。

本文在經(jīng)過大量的資料調(diào)研后，設(shè)計(jì)了一種基于ST89C52RC單片機(jī)的檢測(cè)室內(nèi)氣體中所含甲醛含量的檢測(cè)系統(tǒng)。該檢測(cè)系統(tǒng)不僅能實(shí)時(shí)顯示甲醛含量，而且當(dāng)甲醛超標(biāo)時(shí)還有語(yǔ)音報(bào)警的功能。

1 STS9C52RC單片機(jī)特點(diǎn)

單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)內(nèi)存RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)是靠程序運(yùn)行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。

本系統(tǒng)采用的是STC公司生產(chǎn)的STC89C52RC型單片機(jī)。S7C89C52RC是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序內(nèi)存和512 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，STC89C52RC單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。STC89C52RC單片機(jī)各引腳功能如圖1所示。

2 基于STC89C52RC單片機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

以STC89C52RC為核心的檢測(cè)系統(tǒng)的硬件組成圖如圖2所示。

本系統(tǒng)主要分為：主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊和人機(jī)交互模塊。

主控制模塊選用的是STC89C52RC單片機(jī)。封裝形式是雙列直插式的。主控制模塊其實(shí)就是單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括電源電路，晶振電路，復(fù)位電路和P0口的上拉電阻。其中本系統(tǒng)的電源采用兩種供電方式，直流電池供電和USB電源線供電。當(dāng)選用直流電池供電時(shí)，采用7805芯片進(jìn)行穩(wěn)壓。

數(shù)據(jù)采集模塊選用的是化學(xué)傳感器MQ138型傳感器，并結(jié)合模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

顯示模塊采用的是液晶LCD12864，本設(shè)計(jì)選用的是帶字庫(kù)的上下分屏液晶。這種液晶顯示漢字簡(jiǎn)單，方便，主要用來顯示甲醛的濃度。

報(bào)警模塊采用語(yǔ)音和蜂鳴器雙重報(bào)警。當(dāng)甲醛的濃度超過正常的甲醛濃度時(shí)，語(yǔ)音報(bào)警并且蜂鳴器也會(huì)響鈴報(bào)警，這兩種報(bào)警方式都是屬于聽覺報(bào)警。而且蜂鳴器的響鈴報(bào)警設(shè)置了三個(gè)響鈴頻率。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同濃度值選擇不同頻率的響鈴。濃度越高，響鈴頻率越高。

人機(jī)交互模塊的實(shí)現(xiàn)是采用簡(jiǎn)單的三個(gè)按鍵，定義為確認(rèn)鍵，人工報(bào)警鍵(以后稱報(bào)警鍵)和響鈴鍵。確認(rèn)鍵的功能就是當(dāng)系統(tǒng)上電啟動(dòng)時(shí)，需要按下確認(rèn)鍵才可以檢測(cè)到甲醛的濃度并顯示。返回鍵的功能是當(dāng)按下返回鍵，系統(tǒng)退出，并提示關(guān)閉電源。報(bào)警鍵的功能就是當(dāng)按下報(bào)警鍵時(shí)，系統(tǒng)的蜂鳴器會(huì)選擇三個(gè)頻率中中間的那個(gè)頻率響鈴。

本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制中心，利用甲醛傳感器采集室內(nèi)甲醛含量的數(shù)據(jù)，傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)外圍放大電路放大，此放大信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別的信號(hào)，信號(hào)經(jīng)由單片機(jī)處理顯示在LCD上，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)單片機(jī)控制報(bào)警電路報(bào)警，語(yǔ)音和蜂鳴器同時(shí)報(bào)警。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

主程序實(shí)現(xiàn)的功能：與硬件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)室內(nèi)甲醛檢測(cè)儀的各個(gè)功能。主要是檢測(cè)與顯示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，功能子函數(shù)的調(diào)用。主程序控制整個(gè)程序的流程。主程序也就是程序的入口，所以一般進(jìn)入主程序之后最先做的事情就是一些初始化的動(dòng)作，將CPU初始化，將外設(shè)初始化，使其都處于可用狀態(tài)。緊跟其后的就是整個(gè)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)處理。本系統(tǒng)在最開始的時(shí)候初始化了CPU、定時(shí)器、及LCD12864的初始化。之后才進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯處理。主程序的流程圖如圖3所示。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

經(jīng)過測(cè)試，該系統(tǒng)硬件正常工作，軟件能穩(wěn)定運(yùn)行。成功地實(shí)現(xiàn)了甲醛檢測(cè)并報(bào)警的功能。該系統(tǒng)能夠滿足生活需要，攜帶方便、體積小，質(zhì)量輕，性價(jià)比高。

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為硬件和軟件兩部分。硬件部分主要根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能而設(shè)計(jì)出相應(yīng)的功能模塊。硬件系統(tǒng)中所包含的功能模塊有：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、按鍵模塊，將這幾個(gè)模塊組合搭建而成整體的硬件電路。

軟件是基于C語(yǔ)言編寫的，結(jié)合了編寫語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的可控性、模塊化和移植性。編寫的思路就是模塊化的思想，原則是高內(nèi)聚、低耦合。將系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)行劃分，然后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。再將設(shè)計(jì)的模塊整合形成整個(gè)軟件設(shè)計(jì)部分。

本設(shè)計(jì)經(jīng)過設(shè)計(jì)、仿真、制板和焊接最終做出了實(shí)物，并且與市場(chǎng)上同功能的檢測(cè)儀器進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，最終證明本系統(tǒng)能得出較準(zhǔn)確的甲醛測(cè)試濃度，精度能達(dá)到0.001 ppm，圖4為利用本系統(tǒng)的一個(gè)測(cè)試實(shí)例。