室内甲醛检测仪设计

室内甲醛检测仪的设计
摘要：本文设计了一种基于单片机的甲醛浓度实时检测系统。

该系统以at89c52单片机为核心，选用专用的ch20／s—10甲醛传感器检测甲醛浓度。

甲醛气体经甲醛传感器后，得到相应的电压信号，再经电路放大转换成标准电压信号，输入模/数转换器adc0809，经单片机进行相应的数据处理，得到的数字信号送入lcd显示器，把相应的气体浓度值显示出来。

该系统可以达到实时检测甲醛气体浓度的目的。

关键词：甲醛；检测仪；at89c52；adc0809
中图分类号：tp23文献标识码：a文章编号：1007-9599 (2013) 07-0000-02
随着生活质量的提高，人们开始不断改善自己的居住环境，各种室内装饰、装修材料被大量的使用。

而这些材料中有大量的甲醛，直接影响着人们的健康。

甲醛也叫蚁醛，是一种有刺激性气味的易溶的无色气体，是一种潜在的致癌物质。

低浓度的甲醛会导致鼻炎、咽炎、结膜炎等，随着甲醛浓度的增高，甚至会导致人类的死亡。

这已经引起了国家相关部门的重视。

国家标准gb/t16127-1995《居室空气中甲醛的卫生标准》规定：居室空气中甲醛的最高允许浓度为0.08mg/m3，而公共场所甲醛的最高允许浓度为0.12mg/m3[1]。

本文提出一种通用的室内甲醛气体实时检测系统，该系统具有实时检测、操作简单、实用等特点。

1检测系统总体设计
该系统包括甲醛传感器、模/数转换器、单片机、lcd显示器。

甲醛气体检测电路的工作原理框图如图1所示。

该系统以at89c52单片机为核心，由甲醛传感器ch20／s—10检测甲醛气体的浓度，室内微量的甲醛气体经甲醛传感器检测后得到与甲醛浓度相对应的电流信号，通过i/u转换器得到相应的电压信号，送到模/数转换器adc0809转换器的输入端，将模拟信号转换成数字信号，再将数字信号送到at89c52的输入端。

由at89c52控制数据的采集处理，转换得到的数字信号送入lcd1602显示器，把相应的甲醛浓度值显示出来。

图1甲醛气体检测电路工作原理框图
2硬件电路的设计
为了满足需要，尽可能地保证系统输出的准确性，同时该甲醛检测仪还要满足体积小、操作方便、制备成本低等要求，硬件电路设计中尽可能选用功耗小、性能稳定的集成电路。

2.1甲醛传感器模块
传感器检测性能的好坏影响整个系统的精确度与可靠性。

在该设计中，甲醛传感器部分选择用ch20／s-10，它具有可靠性和稳定性高、体积小、响应时间短可以达到实时监测的要求[2]。

当空气被内部的采样系统吸收后，将产生一个与甲醛浓度成正比的电流信号，该电流信号经过4-20ma的甲醛模块的信号调理，经i/u变换器rcv420转换成0-5v的电压。

该电压经过模数转换与at89c52单片机的输入通道相连，在显示器上显示出甲醛的浓度值。

rcv420i/u
变换器能将4-20ma的环路电流变成0—5v的电压输出。

作为一种单片集成电路具有高性能，低成本的特点[3]。

2.2模/数转换器模块
在设计中模数转换模块起到桥梁的作用，连接着模拟信号与数字信号之间的转换。

对该系统而言，就是快速、高精度地对输入的甲醛浓度信号进行采样编码，将其转换成单片机能够处理的数字量。

在同类型产品中，adc0809在分辨率、转换速度、功耗、价格等方面都有一定的优势。

2.3单片机模块
本系统采用单片机为控制核心。

选择单片机时要考虑该单片机是否满足结构简单，操作方便，价格便宜等最基本的要求。

基于本系统设计内容的需要，综合考虑后，选择at89c52为控制核心。

at89c52是一个低电压，高性能的8位单片机，工作电压为4.25—5.50v，工作频率为12mhz，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和256k bytes的随机存取数据存储器，内置通用8位中央处理器和flash存储单元，适用于较为复杂的控制应用场合[4]。

at89c52与adc0809的连接：（1）首先要考虑a/d转换器芯片内部是否有三态输出缓冲器，若有，则可以将a/d的数字量输出线可以直接与单片机相连，否则a/d的数字量输出线必须通过74ls74分频电路与单片机的数据线相连；（2）adc0809的转换时钟clk信号的获得。

提供给单片机的12mhz晶振频率经内部6分频后得到2mhz的脉冲信号（由ale脚输出），再经外部4分频后作为adc0809
的转换时钟clk信号，其时钟频率为500khz；（3）adc0809的a/d 转换结束信号eoc现与单片机at89c52的p1.2口相连，用于查询转换是否结束；（4）ale信号线与start信号线连在一起，使得在信号的上升沿写入地址信号，下降沿启动转换。

可以采用查询方式将a/d转换结果读入单片机，即每次写信号启动a/d转换后，立即查询状态标志，当eoc端呈高电平时表示a/d转换结束，可将转换结果读出。

2.4显示模块
由于该设计中显示的甲醛含量属于较简单的字符，可以考虑使用lcd1602，lcd1602具有功耗低、体积小、显示内容丰富等特点，在袖珍式仪表和低功耗系统中被广泛的应用。

且它的驱动电压为3.3v 或5.0v，适合该设计的要求。

其构成原理较为简单：由两层玻璃基板夹住的液晶组成，形成一个平行板电容器，通过嵌入在下玻璃基板上的tft对这个电容器和内置的存储电容充电，以此形成电场，在电场作用下，中间的电体发生亮度变化，就可以看到与电极形状相同的字形[5]。

3软件设计
系统软件采用模块化结构程序设计方法。

该甲醛检测仪的软件系统包括，初始化程序、数据采集程序、数据处理程序、显示程序。

初始化程序包括单片机at89c52的初始化和adc0809的初始化。

数据采集程序以100次/秒的采样速率连续采样40次数据。

将采样结果进行数字滤波。

数字滤波的具体方法是去掉10个最大值，10个
最小值，剩下的20个采样结果求平均值，显示程序需要将数字滤波后的平均值转换成十进制，送到lcd1602显示。

4结束语
目前，公共场所,民用建筑室内需要检测甲醛气体，同样建筑材料中甲醛含量也需要检测等等很多地方都需要进行甲醛含量的测试，看其是否超标。

甲醛含量超标对人体健康有很大的影响。

具有民用价值的室内甲醛检测仪的研制受到了人们的高度重视[6]。

设计能够满足生活需要，便于携带，操作简单的甲醛检测仪迫在眉睫。

针对目前的现状，该系统设计遵守体积小，质量轻，性价比高等原则。

且本甲醛检测仪硬件结构简单，软件设计灵活，充分发挥了单片机结构紧凑、功能强大的优点。

参考文献：
[1]gb/t16127-1995.居室空气中甲醛的卫生标准.
[2]membrapor公司.甲醛传感器ch20／s—lo数据手册[s].2004.
[3]汤同奎.rcv420i/v转换电路的几种典型应用[j].自动化仪表,1996,8.
[4]曹国华.单片机原理及接口技术[m].西安:西安电子科技大学出版社,2006.
[5]李维提,郭强.液晶显示应用技术[j].中国仪器仪表,2000,5.
[6]刘宝静.基于单片机的室内甲醛测试系统的设计[j].工业技术,2011,12.
[作者简介]李若丹（1989-），女，陕西西安人，长安大学硕士研
究生，研究方向：嵌入式。