【正文】 有良好的人機(jī)對(duì)話界面。第三章與第四章:室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的各個(gè)硬件模塊的設(shè)計(jì)，介紹在室內(nèi)空氣品質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件與軟件組成。本文內(nèi)容安排如下:第一章:室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)課題的提出及意義，介紹國內(nèi)外的研究狀況及確定總體方案。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(dá)綠創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的甲醛測(cè)定儀抑一308等[5]。這種傳感器可以不需要對(duì)樣品進(jìn)行任何處理就可以測(cè)定，但易受水分子的影響而使晶體震動(dòng)頻率發(fā)生漂移，故基本無實(shí)用性。實(shí)際上，單純的監(jiān)測(cè)不能提供經(jīng)濟(jì)可行的空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)措施，因此只有以控制作為監(jiān)測(cè)的后備支持，監(jiān)測(cè)工作才可以更深入持久地開展下去，才能達(dá)到監(jiān)測(cè)和控制的有機(jī)結(jié)合，盡快為人們創(chuàng)造良好的室內(nèi)環(huán)境。鑒于此，人們認(rèn)識(shí)到解決IAQ問題的重要性與迫切性，同時(shí)IAQ問題已經(jīng)成為建筑環(huán)境、醫(yī)藥衛(wèi)生、智能監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制等研究領(lǐng)域所關(guān)心的問題。 從我國“室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心”對(duì)IAQ監(jiān)測(cè)力度越來越大的趨勢(shì)也可以看出，此問題在我國也是越來越嚴(yán)重。IAQ在健康方面的影響：美國環(huán)保署(EPA)調(diào)查表明:在美國，IAQ問題是有關(guān)全民健康的首要問題之一，受其影響的美國人口多達(dá)3000萬，造成的經(jīng)濟(jì)損失超過了400億美元/年，這些數(shù)字令人觸目驚心[1]；加拿大衛(wèi)生組織調(diào)查表明：68%的疾病與室內(nèi)環(huán)境污染有關(guān)，其中80%~90%的癌癥與居住環(huán)境和生活習(xí)慣有關(guān)。美國科學(xué)家在80年代末的一項(xiàng)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)有害污染物濃度比室外高，有的甚至高達(dá)100倍。室內(nèi)智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)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(shí)知道室內(nèi)空氣的質(zhì)量。人的一生中有三分之二的時(shí)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(cè)儀是以室內(nèi)空氣中有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)監(jiān)控為背景，是以ATMEL工公司的一款8位超低功耗單片機(jī)AT89S52為控制核心，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度，濕度，甲醛，苯和氨的實(shí)時(shí)采集處理、顯示、報(bào)警等功能。關(guān)鍵詞：AT89S52；室內(nèi)空氣品質(zhì)；LCD顯示；溫濕度；甲醛ABSTRACTWith the development of our national economy and improvement of people39。我國有關(guān)部門在1994年的一次調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，城市室內(nèi)空氣的污染程度比室外嚴(yán)重，有的超過室外56倍。英國科學(xué)家漢密爾頓測(cè)驗(yàn)了220名英國人血液中60種化學(xué)元素的平均含量，發(fā)現(xiàn)其與地殼中這些元素的含量分布相當(dāng)。IAQ在工作效率及社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面的影響：美國“職業(yè)安全及健康管理局”估計(jì)因室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量惡劣而導(dǎo)致每個(gè)員工每天損失1415分鐘的工作時(shí)間，不僅損失了生產(chǎn)力，使成本上升，而且也導(dǎo)致醫(yī)療費(fèi)用的增多影響整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)利益。 目前由于建筑材料品質(zhì)不一、劣質(zhì)燃料、抽煙、通風(fēng)不良等原因，室內(nèi)的空氣狀況往往不如室外，盡管大量的空調(diào)系統(tǒng)被應(yīng)用到室內(nèi)空間，但往往為了節(jié)能，減少自然通風(fēng)了而利用回風(fēng)，使IAQ進(jìn)一步惡化，同時(shí)出現(xiàn)的舒適性空調(diào)僅著眼于熱舒適，忽視了空氣凈化，從而導(dǎo)致了一些負(fù)面作用: SBS(Sick Building Syndrom)建筑物綜合癥、BRI(Building Rolated Illiness)建筑物關(guān)聯(lián)癥和MCS(Multiple Chemical Sensitivity)化學(xué)物資過敏癥等[4]。因此，本文基于量化監(jiān)測(cè)，提出“室內(nèi)便攜式智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀”系統(tǒng)，此系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣溫度、濕度、有害氣體的預(yù)警監(jiān)測(cè)及自適應(yīng)智能調(diào)節(jié)，利用MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集保證了前臺(tái)數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確，有利于進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)，為人類營造一個(gè)健康的室內(nèi)生存空間。為適應(yīng)室內(nèi)空氣甲醛現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的要求，目前已開發(fā)出不少甲醛快速測(cè)定儀，這些儀器可直接在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定甲醛濃度，操作方便，適用于室內(nèi)和公共場(chǎng)所空氣中甲醛濃度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，也適用于環(huán)境測(cè)試艙法測(cè)定木質(zhì)板材中的甲醛釋放量。這些儀器可實(shí)現(xiàn)對(duì)有害氣體的檢測(cè)功能，適用于專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)研究機(jī)構(gòu)。第二章:監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體方案的選擇 (1)確定監(jiān)測(cè)對(duì)象:選擇有代表性的監(jiān)測(cè)對(duì)象是進(jìn)行下一步研究的關(guān)鍵。第五章:整個(gè)系統(tǒng)的仿真調(diào)試。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第二章 室內(nèi)空氣品質(zhì)基本介紹2．1室內(nèi)空氣品質(zhì)及認(rèn)識(shí)隨著城市人們生活水平的不斷提高，各類裝飾裝修材料、家具和日用化妝品大量進(jìn)入室內(nèi)，使室內(nèi)污染物的來源和種類日益增多，造成室內(nèi)空氣污染程度在室外空氣污染的基礎(chǔ)上更加重了一層。 在20世紀(jì)70年代末期，認(rèn)為IAQ代表一系列污染物濃度的指標(biāo)，采用通風(fēng)換氣等手段稀釋污染物濃度，使危害降低。IAQ對(duì)健康的影響有以下的特性:(1)影響范圍大，幾乎涉及所有人群；(2)接觸時(shí)間長；(3)污染物濃度低，短期內(nèi)反應(yīng)不明顯。(2)由于IAQ問題是由多因子、多途徑誘發(fā)的，應(yīng)將IAQ看成一個(gè)變量，是設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)管理和運(yùn)行狀態(tài)綜合形成的一個(gè)結(jié)果，如果單純強(qiáng)調(diào)建筑裝修材料污染控制(起點(diǎn)控制)或僅依賴通風(fēng)空調(diào)(終點(diǎn)控制)是不可能解決IAQ問題，只有從設(shè)計(jì)、施工維護(hù)以及運(yùn)行管理“全過程控制”才可能真正改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。 (2)傳感器監(jiān)測(cè)方法選擇適當(dāng)類型的傳感器可直接讀取待測(cè)物的濃度。即使在較寒冷的冬季,也最好能開一些窗戶,使室外的新鮮空氣能進(jìn)入室內(nèi)。二是現(xiàn)在住宅多使用分體式空調(diào),空氣基本上在室內(nèi)循環(huán),因此, 最好能適當(dāng)開一點(diǎn)窗引進(jìn)些新鮮空氣?；钚蕴几咝н^濾器,能有效過濾室內(nèi)的COCO、VOC、顆粒物等污染物,保持室內(nèi)具有較好的空氣品質(zhì)。(5)合理選擇裝修材料及裝修方式盡量選擇釋放VOC較少的裝修材料、膠水、涂料、油漆等,并在裝修好后,開窗換氣, 等室內(nèi)VOC降低至較低程度后再入住。室內(nèi)污染物種類繁多，不可能逐一測(cè)量，研究的思路是用一個(gè)典型的污染物來代表一類污染物，這種污染物稱為評(píng)價(jià)指標(biāo)。 mg/m3時(shí)就有異味和不適感。我國于1996年頒布了《居室空氣中甲醛的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，(2)苯(C6H6)是一種無色具有特殊芳香氣味的液體，沸點(diǎn)為80176。人在短時(shí)間內(nèi)吸入高濃度甲苯、二甲苯時(shí)，可出現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)麻醉作用，輕者有頭暈、頭痛、惡心、意識(shí)模糊，嚴(yán)重者可致昏迷以致呼吸衰竭而死亡。氨是一種堿性物質(zhì)，它對(duì)接觸的皮膚組織有腐蝕和刺激作用。第三章 室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)基于AT89S52的室內(nèi)便攜式智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀是以室內(nèi)空氣中有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)監(jiān)控為背景，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度，濕度，甲醛，苯和氨的實(shí)時(shí)采集處理、顯示、報(bào)警等功能。本文研究的室內(nèi)便攜式智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀是以ATMEL工公司的一款8位超低功耗單片機(jī)AT89S52為控制核心。 AT89S52單片機(jī)簡介 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)因具有集成度高、體積小、速度快、價(jià)格低等特點(diǎn)而在許多領(lǐng)域如過程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化、智能化儀表、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(dòng)化程度大大提高。由于MCS51系列在我國使用最廣且該系列的資料和能夠兼容的外圍芯片也比較多，特別是ATMEL公司2003年推出的新一代89S系列單片機(jī)，故本文采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)作為本系統(tǒng)控制單元的核心部件。首先，AT89S52支持ISP在線編程，這使生產(chǎn)及維護(hù)更為方便。因此，用它作為室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)控制完全可以滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警等要求。 8255A的PA作輸出口控制燈的亮滅，PB口做輸入接收AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，PC口做輸入循環(huán)掃描按鍵是否按下。(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(cè)電流來監(jiān)測(cè)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(cè)許多有毒氣體和氧氣，后者還能監(jiān)測(cè)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(chǎng)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(cè)量可燃?xì)怏w。由于不同氣體對(duì)紅外波吸收程度不同，通過測(cè)量紅外吸收波長來監(jiān)測(cè)氣體。在有毒有害氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)中,由于定電位電解傳感器具有準(zhǔn)確快速、簡潔直觀的特點(diǎn),在國外得到比較普遍的應(yīng)用，運(yùn)用定電位電解傳感器進(jìn)行氣體監(jiān)測(cè)在國內(nèi)已經(jīng)開始普及。傳感器的工作過程為:被測(cè)氣體由進(jìn)氣孔擴(kuò)散到工作電極表面,在工作電極、電解液、對(duì)電極之間進(jìn)行氧化或還原反應(yīng)。流出和流向工作電極的電流與被分析氣體的濃度值成正比。傳感器的輸出是一個(gè)正比于氣體濃度的線性電流差。在使用中要對(duì)傳感器進(jìn)行考核的基本指標(biāo)有如下幾種:輸出信號(hào)、電極電位、響應(yīng)時(shí)間、響應(yīng)線性度、測(cè)量重復(fù)性、抗干擾性、傳感器期待壽命等。可見其線性度是比較好的。一般傳感器指標(biāo)給出的指擴(kuò)散式的響應(yīng)時(shí)間,如60秒等。(5)抗干擾性由結(jié)構(gòu)和原理所決定,定電位電解傳感器是存在交叉反應(yīng)的,合理的電極電位可以使其減小到最低程度,這是主動(dòng)的方法。(6)傳感器使用壽命象所有的電化學(xué)傳感器一樣,定電位電解傳感器的輸出信號(hào)隨著時(shí)間的推移也會(huì)逐漸衰降或“老化”,這一現(xiàn)象是多種因素的結(jié)合造成的。溫濕度傳感器一般是測(cè)量溫度量和相對(duì)濕度量[18]。SHT11的引腳功能：SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式，接口非常簡單。這兩個(gè)敏感元件分別將濕度和溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)首先進(jìn)入微弱信號(hào)放大器進(jìn)行放大；然后進(jìn)入一個(gè)14位的A/D轉(zhuǎn)換器；最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。加熱后SHT11溫度升高、相對(duì)濕度降低，較加熱前，測(cè)量值會(huì)略有差異。 SHT控制命令代碼命令代碼含義00011測(cè)量溫度00101測(cè)量濕度00111讀內(nèi)部狀態(tài)寄存器11110復(fù)位命令，使內(nèi)部狀態(tài)寄存器恢復(fù)默認(rèn)值，下一次命令前至少等11ms其他保留SHT11通過二線數(shù)字串行接口來訪問，所以硬件接口電路非常簡單。所以選用可以單端供電的儀表放大器AD623來實(shí)現(xiàn)前端信號(hào)放大的任務(wù)[20]。(G=1)。電源限輸出特性使低電源供電條件下，電源輸出級(jí)使其動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到最大。本課題中氣體傳感器出來的信號(hào)是很微弱的小信號(hào)，采用AD623滿足放大要求。由于AD623電路結(jié)構(gòu)中的三個(gè)運(yùn)放輸出擺幅都能達(dá)到任一電源限，而且其共模電壓范圍可擴(kuò)展到負(fù)電源限以下，所以提高了AD623的輸出信號(hào)范圍。電阻選擇計(jì)算公式如式32所示： （32） AD623的參考端(REF)電位用來確定零輸出電壓，這當(dāng)負(fù)載與系統(tǒng)的地不共地時(shí)特別有用。 氣體傳感器出來的信號(hào)是模擬信號(hào)，而微處理器AT89S52只能處理數(shù)字信號(hào)，故需要對(duì)模擬信號(hào)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為處理器能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，由于經(jīng)過放大電路出來的模擬電壓變化范圍在0~5V，故選擇性價(jià)比比較合適的ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。ADC0809的時(shí)序接口為51系列單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線接口，操作方便，如同對(duì)存儲(chǔ)器或I/O操作一樣，A/D轉(zhuǎn)換精度為8比特，滿足本課題要求。其中DDD5是綠色發(fā)光二極管，分別對(duì)應(yīng)三種有毒氣體；而DDD6是紅色發(fā)光二極管，也分別對(duì)應(yīng)三種有毒氣體[23][24]。顯示容量162字符芯片工作電壓～工作電流(5V)最佳工作電壓5V字符尺寸（WH）mm。本課題使用傳統(tǒng)的RC復(fù)位電路。 本章首先介紹了便攜式室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的硬件結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)功能，該儀器以8位單片機(jī)AT89S52作為控制核心，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，完成了有毒氣體濃度信號(hào)的采集放大轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路、聲光報(bào)警電路等的設(shè)計(jì)。這一章比較具體的說明了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容，通過模塊化的設(shè)計(jì)思想，把一個(gè)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)按照功能劃分成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的電路模型，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后在集成到一起。）第四章 室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)在系統(tǒng)硬件電路確定以后，其主要功能的實(shí)現(xiàn)將依賴于軟件來實(shí)現(xiàn)。編制的軟件要求易閱讀，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤，容易修改和補(bǔ)充。保證系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算數(shù)據(jù)的精度。C語言主要有以下特點(diǎn)：用C語言編制的程序效率高，占用存儲(chǔ)空間小，運(yùn)行速度快?；贑語言和匯編語言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語言編寫方法。，C51支持浮點(diǎn)運(yùn)算，可以保證數(shù)據(jù)計(jì)算的精度。以下就對(duì)一些主要模塊進(jìn)行詳細(xì)的闡述。完成初始化后，液晶顯示各個(gè)參數(shù)為零，CPU等待傳感器傳入信號(hào)及AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，從而完成當(dāng)前監(jiān)測(cè)參數(shù)的正確顯示。綜合考慮各方面的因素，本研究采用第一種方法：中斷查詢法。 AD流程圖本設(shè)計(jì)所用的顯示器件為1602液晶面板，該液晶能顯示32個(gè)字符，滿足顯示要求。 1602工作流程圖 聲音報(bào)警采用的是蜂鳴器，光報(bào)警是通過6個(gè)發(fā)光二極管來顯示，3個(gè)綠色和三個(gè)紅色的，當(dāng)毒氣含量沒超標(biāo)時(shí)顯示綠色，超標(biāo)時(shí)顯示紅色并啟動(dòng)蜂鳴器，報(bào)警子程序執(zhí)行之前，設(shè)定的報(bào)警閾值存放在兩個(gè)變量中，傳感器輸入AD轉(zhuǎn)換值后，調(diào)用比較程序，小于閾值則執(zhí)行顯示程序，若大于閾值進(jìn)行聲光報(bào)警。第五章 結(jié)論與展望 1．本系統(tǒng)綜合利用傳感器技術(shù)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，和微控制器技術(shù)，開發(fā)了一套對(duì)室內(nèi)的空氣品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控的操作方便，簡潔實(shí)用的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中單片機(jī)部分既可獨(dú)立運(yùn)行，也可以通過PC機(jī)進(jìn)行測(cè)試，這為不同的用戶提供了一定的選擇空間。3．系統(tǒng)可以開發(fā)成多機(jī)監(jiān)控模式，這就能同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)環(huán)境室內(nèi)的空氣品質(zhì)，通過串行通信傳到上位機(jī)進(jìn)行綜合處理。參考文獻(xiàn)[1]沈晉明,[J].暖通空調(diào),1995(6).16~18.[2][M].中國環(huán)境科學(xué)出版社,~16.[3][M].冶金工業(yè)出版社,~28.[4][D].西北工業(yè)大學(xué)碩士論文,~34.[5][M].天津:天津大學(xué)出版社,~27.[6][M].北京航空航天大學(xué)出版社,~38.[7][M].北京:電子工業(yè)出版社