【正文】 表、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用，從而使這些領(lǐng)域的技術(shù)水平、自動化程度大大提高。室內(nèi)空氣中有害氣體通過傳感器輸出一個與氣體濃度相對應(yīng)的電壓信號 ,該信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換電路按一定得采樣頻率將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機進行數(shù)據(jù)采集以便進行顯示處理，溫濕傳感器直接與單片機相連。同時設(shè)計了聲光報警系統(tǒng)，實現(xiàn)在參數(shù)超標時及時的報警。 （ 3） 按鍵操作可進行測量 值 范圍的調(diào)整，及手動和自動測量的轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)框圖 圖 11 系統(tǒng)總框圖 主控制器 氣體傳感器 電源 數(shù)字式溫濕度傳感器 AD 轉(zhuǎn)換 輸入鍵盤 聲光報警 顯示模塊 4 167。 167。 3 第 1章 本課題的主要研究內(nèi)容、方法及總體設(shè)計 167。 2 在測試甲醛、苯等害氣體方面， 國外比較出名的有 :美國 ESC 公司生產(chǎn)的 Z 一 300 甲醛檢測儀、英國 PPM 公司生產(chǎn)的 PPM400 甲醛檢測儀 。早在 1983 年，壓電類甲醛傳感器就已問世。據(jù)統(tǒng)計，全球近一半的人處于室內(nèi)空氣污染中，室內(nèi)環(huán)境污染已經(jīng)引起 %的呼吸道疾病， 22%的慢性肺病和 15%的氣管炎、支氣管炎和肺癌。 當(dāng)今，人類正面臨 “煤煙污染 ”、 “光化學(xué)煙霧污染 ”之后，又出現(xiàn)了 “室內(nèi)空氣污染 ”為主的第三次環(huán)境污染。1 主要結(jié)論 .......................................... 35 167。 常見的硬件故障 .............................. 32 167。 聲光報警模塊 ................................ 30 167。 軟件模塊設(shè)計 .................................... 28 167。 本章小結(jié) ........................................ 26 第 3 章 空氣質(zhì)量檢測儀的軟件設(shè)計 ................................................. 27 167。 的 RAM 地址映射及標準字庫表 .......... 23 167。 聲光報警電路設(shè)計 ................................ 18 167。2. 3 傳感器的選用 ..................................... 8 167。 STC90C51 單片機簡介 .............................. 5 167。 課題設(shè)計的內(nèi)容 .................................. 3 167。室內(nèi)智能空氣品質(zhì)監(jiān)測儀體積小，功耗低，操作簡單，適合應(yīng)用于家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康保健，能夠?qū)崟r知道室內(nèi)空氣的質(zhì)量。人的一生中有三分之二的時間是在居室內(nèi)度過的。 本文研究的室內(nèi)便攜式智能空氣品質(zhì)監(jiān)測儀 是以室內(nèi)空氣中有毒有害氣體的 監(jiān)測監(jiān)控為背景， 是以 STC 工公司的一款 8 位超低功 耗單片機 STC90C51 為控制核心，能夠?qū)崿F(xiàn)對室內(nèi)溫度，濕度，VOC 氣體的實時采集處理、顯示、報警等功能。 關(guān) 鍵 詞： STC90C51， 室內(nèi)空氣品質(zhì) ， LCD 顯示 ， 溫濕度 ， VOC 氣體 BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTER AIR QUALITY TESTER DESIGN ABSTRACT We paid more attention to the environment and health problems especially, indoor air quality (IAQ) conditions with the development of the national economy and the improvement of people39。 課題設(shè)計的方法 ................................... 3 第 2 章 空氣質(zhì)量檢測儀的硬件設(shè)計 ................................................... 5 167。 STC90C51 主要性能參數(shù)： ....................... 6 167。 氣體傳感器 ................................... 8 167。 液晶顯示電路設(shè)計 ................................ 18 167。 的一般初始化過程 ..................... 24 167。 系統(tǒng)軟件設(shè)計思路 ............................... 27 167。 主程序模塊 .................................. 28 167。 按鍵模塊 .................................... 30 167。 硬件調(diào)試方法 ................................ 32 167。2 展望 .............................................. 35 參考文獻 ................................................................................................. 37 致 謝 ..................................................................................................... 38 附 錄 ..................................................................................................... 39 附錄一 ................................................ 39 附錄二 ................................................ 40 1 前 言 一、 課題研究的目的及意義 空氣質(zhì)量的好壞反映了空氣污染程度，它是 依據(jù)空氣中污染物濃度的高低來判斷的 。美國專家檢測發(fā)現(xiàn)，在室內(nèi)空氣中存在 500多種揮發(fā)性有機物，其中致癌物質(zhì)就有 20多種，致病病毒 200多種。 本課題主要研究設(shè)計 基于量化檢測的 “ 空氣質(zhì)量檢測儀 ” 系統(tǒng)，此系統(tǒng)旨在實現(xiàn)室內(nèi)空氣溫度、濕度、有害氣體的預(yù)警監(jiān)測，有利于進行全方位的評價室內(nèi)空氣質(zhì)量，為人類營造一個健康的室內(nèi)生存空間。這種傳感器可以不需要對樣品進行任何處理就可以測定，但易受水分子的影響而使晶體震動頻率發(fā)生漂移，故基本無實用性。國內(nèi)的有 :江蘇安普電子工程有限公司生產(chǎn)的 400 型甲醛分析儀、北京賓達綠創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的甲醛測定儀抑一 308 等。 課題設(shè)計的內(nèi)容 以單片機為核心，選擇合適的傳感器，實現(xiàn)對空氣質(zhì)量的檢測。 總體方案設(shè)計 本設(shè)計 集 VOC 氣體 及溫濕度監(jiān)測，顯示與報警于一體，利用 MCU 進行數(shù)據(jù)采集保證了前臺數(shù)據(jù)的及時、準確，有利于進行全方位的評價。 功能設(shè)定 （ 1） 顯示部分采用 LCD1602 顯示屏，循環(huán)顯示 各項 測量 值 的上下限及實際濃度、實際溫度、濕度。 5 第 2 章 空氣質(zhì)量檢測儀的硬件設(shè)計 167。室內(nèi)智能空氣品質(zhì)監(jiān)測儀體積小，功耗低，操作簡單，適合應(yīng)用于家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康保健，能夠?qū)崟r知道室內(nèi)空 氣的質(zhì)量。單片機對采樣值進行數(shù)字處理后驅(qū)動液晶顯示器分別顯示出被測室內(nèi)空氣中的 VOC 氣體濃度值及溫濕度。根據(jù)上述幾方面及本課題的實際情況，單片機型號的 6 選擇主要從以下兩點考慮 : 一是要有較強的抗干擾能力。片內(nèi)含 4k bytes的可系統(tǒng)編程的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 8051指令系統(tǒng)及引腳。 7 圖 21 STC90C51 引腳布置 167。其電路如圖 22 所示： 圖 22 時鐘電路模塊 167。 傳感器的選用 167。 (2)半導(dǎo)體傳感器需要加熱的原因 半導(dǎo)體傳感器是利用一種金屬氧化物薄膜制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量不同而變化。 (3)電化學(xué)氣體傳感器的工作原理 電化學(xué)氣體傳感器是通過監(jiān)測電流來監(jiān)測氣體的濃度，分為不需供 電的原電池式以及需要供電的可控電位電解式，目前可以監(jiān)測許多有毒氣體和氧氣，后者還能監(jiān)測血液中的氧濃度。而電化學(xué)傳感器因其良好的選擇性和高靈敏度被廣泛應(yīng)用在幾乎所有工業(yè)場合。 (6)接觸燃燒式氣體傳感器 接觸燃燒式氣體傳感器只能測量可燃氣體。由于不同氣體對紅外波吸收程度不同，通過測量 紅外吸收波長來監(jiān)測氣體。 實物如圖 24，使用時的連接電路如圖 25。 鑒于測量溫濕度的范圍不大，精度要求不高故采用 數(shù)字溫濕度傳感器DHT11。它應(yīng)用專用的數(shù)字模 塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。校準系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。5 ％ RH 177。4 %RH 0－ 50℃ 177。1 ℃ 精度 177。傳感器上電后，要等待 1s 以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。 用戶 MCU發(fā)送一次開始信號后 ， DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模 式 ，等待主機開始信號結(jié)束后 ， DHT11發(fā)送響應(yīng)信號 ， 送出 40bit的數(shù)據(jù) ,并觸發(fā)一次信號采集 ， 用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù) 。 主機發(fā)送開始信號結(jié)束后 ， 延時等待 2040us后 ， 讀取 DHT11的響應(yīng)信號 ， 主機發(fā)送開始信號后 ， 可以切換到輸入模式 ， 或者輸出高電平均可 ， 總線由上拉電阻拉高。 數(shù)字 0信號表示方法如圖 210所示 圖 210 數(shù)字 0信號表示方法 14 數(shù)字 1信號表示方法如圖 211所示 圖 211 數(shù)字 1信號表示方法 測量分辨率 測量分辨率分別為 8bit（溫度）、 8bit（濕度）。要加速恢復(fù)進程 /可參閱 節(jié)的 “ 恢復(fù)處理 ” 。下文所述的恢復(fù)處理將加速實現(xiàn)這一 過程。 氣體的相對濕度，在很大程度上依賴于溫度。 長時間暴露在太陽光下或強烈的紫外線輻射中，會使性能降低。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 氣體傳感器出來的信號是模擬信號，而微處理器 STC90C51 只能處理數(shù)字信號，故需要對模擬信號信號進行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為處理器能識別的數(shù)字信號，由于測試電路出來的模擬電壓變化范圍在 0~5V，故選擇性價比比較合適的 ADC0809 進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 A、 B、 C 地址輸入線 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 聲光報警電路設(shè)計 為了使本系統(tǒng)對室內(nèi)空氣品質(zhì)的監(jiān)測更為直觀，采用了如圖 216 由 2 個發(fā)光二極管和一個蜂鳴器構(gòu)成的聲光報警電路。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件了。 的基本參數(shù)及引腳功能 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖 218 所示： 圖 218 1602LCD尺寸圖 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量： 16x2 個字符芯片 工作電壓： — 工作電流： （ 5V） 模塊兒最佳工作電壓： 字符尺寸： (WH)mm 引腳功能說明： 1602LCD 采用標準的 14 腳（無背光）或 16 腳（有背光）接口，各引腳說明如表 26 所示： 20 表 26 1602 引腳說明 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負極 第 1