室内空气质量检测系统的设计

室内空气质量检测系统的设计
叶勇
【摘要】This project is using STC89C52RC chip as the core as the main controller,sensor using the MQ - 135 the information acquisition of the air that indoor,after A/D analog-to-digital converter to process data into the single chip microcomputer, automatic control by single chip microcomputer system detection,real-time using digital tube display the related parameters of air pollution.The project will automatically judge then drive buzzer alarm function when the air that indoor is pollutioning levels, through the sensor to the single chip microcomputer project information.The external extension interface has been designed of the project for more function to become true,in addition.Have certain economic effect and practical significance.%本设计采用STC89C52RC芯片作为主控制器,使用传感器进行室内空气信息的采集,通过A/D模数转换器后将数据传入单片机进行处理,经由单片机系统现场自动控制检测,实时用数码管显示出空气污染的相关参数.若室内空气污染超标时,经由传感器传给单片机系统信息后,系统会自动判断进而驱动蜂鸣器实现报警功能.其次系统还设计了外部扩展接口,便于实现更多功能.有一定的经济作用与实际意义.
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2016(000)022
【总页数】2页(P5-6)
【关键词】单片机;MQ-135传感器;A/D模数转换
【作者】叶勇
【作者单位】湖南城市学院通信与电子工程学院,413000
【正文语种】中文
随着人们生活水平的不断提高，人们对于自己的心理健康和身体健康就会越来越注重，所以对于室内空气质量进行检测就成为必不可少的一环，在检测之后，如果室内空气质量良好，那人们就会在心理上感觉舒适，身体也不会受到危害；反之，室内空气质量较差，就必须要再采取相应的措施去改善房子里的空气质量。

现如今，各种与之相关的检测产品也接踵而来。

但是，这些产品都有一定的缺陷。

第一；有的产品只能检测小部分区域的空气质量，不方便携带，无法满足多数人的要求。

第二；有部分产品检查空气质量后无法清晰的将数据表现出来，致使人们难以作出相应的措施。

第三；多数产品缺少改善空气质量的应对手段。

本设计在他们的基础之上进行了一些改进。

系统硬件部分由核心控制模块、显示模块、外围扩展模块、传感器模块、A/D转
换模块、蜂鸣器加灯光警报模块、5V电源模块组成。

核心控制模块由
STC89C52RC芯片、外围电路和程序下载端口电路组成，外围电路包括晶振电路、复位电路；显示模块由数码管组成；传感器模块由MQ-135传感器和DSM-501
传感器组成，A/D转换模块由TLC549CP芯片控制。

其方框图如图1所示。

2.1 显示模块
显示模块由四位数码管实现。

所用数码管为共阳数码管，均由7个发光二极管和
一个圆点型发光二极管组成，通过七段发光二极管亮灭的不同组合，可以显示多种符号。

该系统由多种传感器检测外部空气质量，并将所得到的电信号转换为数字信
号通过如下所示的数码管显示出来，结果一目了然。

2.2 传感器模块
如图2，MQ-135传感器所使用的导体材料是在室内空气中电导率较低的二氧化
锡(SnO2)。

当房间内存在监测范围内的有害气体时，传感器的电导率随室内空气
中的有害气体浓度的增加而增大。

使用转换电路即可将电导率的变化转换为与室内有害气体的浓度相对应的输出信号。

MQ135气体传感器对氨气、硫化物、苯系蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其它污染气体的监测也很理想。

特点：(1)在较为宽广的
房间内对有害气体有良好的灵敏度，(2)对氨气、硫化物、苯系等气氛灵敏度较高，(3)使用时间长、价格便宜，(4)设计简单的电路就可以在现实中使用。

DSM-501传感器可以检测空气中的尘埃粒子，可以再-10度~+60度范围内正常工作，理论上可以检测到1um以上的微小粒子。

可以与MQ-135传感器组合，
让检测范围更大，更加具有实用性。

2.3 A/D转换模块
这个模块被TLC549芯片所控制，引脚示意图如图2所示。

该芯片是以12位开关电容逐次逼近A/D转换器为基础而构造的CMOS A/D转换器。

它的设计目的是
能通过3态数据输出、微处理器、外围设备来串行接口。

TLC549仅用作输入/输
出时钟和芯片选择输入数据控制。

TLC549的I/O CLOCK输入频率最高可达
1.1MHz。

当/CS变为低电平的时候，TLC549芯片被选中，同时前面一次转换结果的最高有效位MSB (A7)从DATA OUT 端输出，接着要求自 I/O CLOCK端输入8个外部
时钟信号，前7个I/ O CLOCK信号的作用是配合TLC549 输出前次转换结果的
A6-A0 位，并为这一次的转换做准备，在第4个I/O CLOCK信号从高到低的跳
变之后，芯片里面采样、保持电路对输入模拟量的采集开始，第8个I/O CLOCK
信号的下降沿让芯片里面采集、保持电路进入保持状态并启动A/D开始转换。

转
换时间为 36个系统时钟周期，最大为 17us。

直到 A/D转换完成以前的这段时间之内，TLC549 的控制逻辑要求为，或者/CS保持高电平，或者I/O CLOCK 时钟
端保持36个系统时钟周期的低电平。

由此可见，在自TLC549的I/O CLOCK 端
输入8个外部时钟信号期间需要完成下面的步骤，读入前次A/D转换结果，对本
次转换的输入模拟信号采样并保持不变，启动本次 A/D转换开始。

2.4 报警模块
（1）蜂鸣器加灯光报警。

由于蜂鸣器的工作电流一般都会比较大，所以会导致单片机的I/O口是没办法直接驱动的，所以就要利用放大电路来进行驱动，一般都
是使用三极管来放大电流就可以了。

当检测到的气体浓度超过设定的标准值时，蜂鸣器会报警且指示灯亮。

若室内空气质量良好，则系统正常运行，不会报警。

（2）数字语音报警。

该功能不与上述报警功能重复，在接收到检测到的污染气体的有关电信号并转化为数字信号后，可以通过语音播报读出准确数字，超过设定的数值时，会提示“超标”。

反过来，就表示室内空气良好，正常读数。

程序在开发工具Keil_uVision3上进行设计与编译，系统上电后初始化数据，然后在数码管上显示由室内空气质量转换而来的相关参数。

室内空气质量检测系统工作过程。

通电、系统初始化之后，室内空气经过MQ-135和DSM-501传感器的检测。

通
过A/D转换模块将从传感器得到的电信号转换为数字通过数码管显示出来，并将
所得数值与程序设定值所比较，高于设定值则蜂鸣器报警、且二极管发光，语音读出数字且提示“超标”，则说明室内空气质量较差。

低于设定值则数码管显示数值、语音正常读数则表示室内空气质量良好。

用辅助电源给系统供+5V的直流电，系统复位，观察系统是否正常工作，若正常
工作，数码管显示的数值即为室内空气质量对应转化的值。

若不工作，则检查系统故障，并加以修复。

反复调试直至该系统可以正常使用。

系统正常工作时，数码管
显示由当前室内空气质量转化而来的相应数值，当显示数字大于0.220V时，指示灯亮且蜂鸣器报警。

反之，就说明室内空气质量良好。

本文以单片机STC89C52RC为核心，通过A/D转换模块、数码显示模块、报警模块、传感器模块以及电源模块完成了对室内空气质量检测的设计。

可以用于检测室内的尘埃颗粒，对氨气和硫化物的检测也很理想。

然后通过A/D转换将得到的信号转换成电信号传递给单片机进行处理，再以数字的形式在数码管上显示出来。

若空气质量较差，且尘埃颗粒浓度较高，则蜂鸣器报警、指示灯亮。

语音提示“超标”且读出该数字。

反过来看，若外界空气质量较好，则系统继续正常工作，不发出警报，仅有语音读出数字。

本系统在报警后，因技术和时间有限，无法实现相关的应急处理措施。

可以在室内尘埃颗粒浓度较高时，采取洒水器的功能，以降低室内尘埃浓度。

且同一时间，室内其余在检测范围内的有害气体的浓度超标时，开启风扇，吹散局部区域的空气以达到改善的目的，这将是下一步要继续做的工作。

叶勇（1966—），男，湖南南县人，讲师，研究方向：电路与系统。

【相关文献】
[1]杨恢先，黄恢先，肖卫初等.单片机原理及应用[M].湘潭：湘潭大学出版社，2013.
[2]寇戈，蒋立平.模拟电路与数字电路（第三版）[M].北京：电子工业出版社，2015:164-188.
[3]周景润.传感器与检测技术[M].北京: 电子工业出版社，2014:53-67.。