【正文】 圖 顯示電路正確顯示 鍵盤電路以及氣體測(cè)量電路調(diào)試本設(shè)計(jì)是采用在 proteus 上進(jìn)行仿真，在 keil 軟件上進(jìn)行編程，最后二者聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)，但在仿真是無(wú)法實(shí)現(xiàn)甲醛傳感器，因此本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)變阻器模擬傳感器檢測(cè)甲醛時(shí)輸出的模擬信號(hào)，經(jīng) AD0839 轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)。通信協(xié)議與通用的 I2C 總線協(xié)議是不兼容的，因此需要用通用微處理器 I/O口模擬該通信時(shí)序。濕度適宜指標(biāo)28%RH78%RH 編寫一段報(bào)警子程序，調(diào)節(jié)溫濕傳感器 SHT11 使其濕度如圖所示的 %RH，程序編完后將程序加載到 Proteus 中，系統(tǒng)上電檢測(cè)運(yùn)行，按下按鍵 5（HUM）看是否顯示如圖 所示的“HUM：82. %RH”的界面，若如圖顯示則說(shuō)明聲光報(bào)警電路連接正確，若不顯示，則檢查程序是否進(jìn)入死循環(huán)、程序流程是否正確，直到能正確顯示。圖 上電初始化按下甲醛鍵顯示當(dāng)前甲醛濃度如圖 按下溫度鍵顯示當(dāng)前溫度如圖 圖 溫度檢測(cè)顯示按下濕度鍵顯示當(dāng)前濕度如圖 圖 濕度檢測(cè)顯示 本章小結(jié) 本次調(diào)試過(guò)程中遇到了許多問(wèn)題，例如系統(tǒng)一上電，聲光報(bào)警電路就發(fā)出報(bào)警聲音而 LED 正常，經(jīng)程序以及電路檢查，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器都是高電平時(shí)工作，單片機(jī)復(fù)位后四個(gè) I/O 口都是高電平，而初始化子程序并沒(méi)有對(duì) 引腳清零，這就使程序剛運(yùn)行蜂鳴器就發(fā)出報(bào)警了。圖 家電控制電路調(diào)試 實(shí)物調(diào)試圖 實(shí)驗(yàn)前的電路板將程序通過(guò) ISP 接口下載到板子中，系統(tǒng)上電。程序編完后將程序加載到 Proteus 中，系統(tǒng)上電檢測(cè)運(yùn)行，按下按鍵 4（TEM）看是否顯示如圖 所示的“TEM ： *C”的界面，或者按下按鍵 5（HUM）看是否顯示如圖 所示的“HUM ： %RH”的界面( 空格代表顯示的溫濕度值)，若如圖顯示則說(shuō)明溫濕度測(cè)量電路連接正確，若不顯示，則檢查電路中 DATA 數(shù)據(jù)線是否外接上拉電阻、程序是否進(jìn)入死循環(huán)、程序流程是否正確、是否設(shè)置了溫濕度測(cè)量以及啟動(dòng)終止等時(shí)序是否正確，直到能正確顯示。初始化定義按鍵 3 分別顯示甲醛、苯和氨氣的濃度，程序編完后將程序加載到 Proteus 中，系統(tǒng)上電檢測(cè)運(yùn)行，按下按鍵 1（HCHO）看是否顯示如圖 所示的“HCHO：”的界面，若如圖顯示則說(shuō)明鍵盤電路連接正確，若不顯示，則檢查程序是否進(jìn)入死循環(huán)以及程序流程是否正確，直到能正確顯示。 顯示電路調(diào)試 首先編一段測(cè)試顯示電路鏈接是否正確的程序，進(jìn)行調(diào)試。 本章小結(jié) 在這一章里對(duì)室內(nèi)便攜式只能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。系統(tǒng)上電 LCD 初始化，液晶顯示首先需要要按照時(shí)序給定顯示地址，然后傳送數(shù)據(jù)。對(duì)氣體傳感器分段選擇多個(gè)測(cè)試點(diǎn)盡享精確測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)繪制出傳感器的隔斷擬合曲線，為了提高數(shù)據(jù)精度，采用線性插值法。AD 完成轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，AD 應(yīng)用中我們可以有兩種方法來(lái)：，AD 完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后會(huì)向中斷輸出端輸出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，告訴 CPU 轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，CPU 可以讀取數(shù)據(jù)。由主程序流程圖可以看出，軟件要實(shí)現(xiàn)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析、送液晶進(jìn)行顯示。、硬件抗干擾。表 各功能模塊功能描述功能模塊 功能描述溫濕傳感器采集模塊 對(duì)室內(nèi)溫濕度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)AD 轉(zhuǎn)換模塊 核心控制器模塊 人機(jī)接口模塊 無(wú)線通訊模塊 、濕度測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸 機(jī)無(wú)線通訊上位機(jī)管理模塊 根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的基本要求,采取了如下的措施:。C 語(yǔ)言能直接與存儲(chǔ)器、接口電路打交道，也能申請(qǐng)中斷。其中匯編語(yǔ)言和 C 語(yǔ)言應(yīng)用的較多，匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生并能及時(shí)做出處理結(jié)果?？煽啃允擒浖O(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。大大提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率與質(zhì)量。本章重點(diǎn)介紹了信號(hào)采集模擬電路和以主控制器為中心的數(shù)字電路的設(shè)計(jì)與工作原理。圖 系統(tǒng)復(fù)位電路 圖 電源電路 電源電路設(shè)計(jì)本 設(shè) 計(jì) 采 用 集 成 穩(wěn) 壓 器 7805， C2 C30 分 別 為 輸 入 端 和 輸 出 端 濾 波 電 容 ，D1 為 續(xù) 流 二 極 管 。RST 為復(fù)位輸入引腳，可在上電或芯片工作的任何時(shí)候?qū)?AT89S52 芯片進(jìn)行復(fù)位。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。 聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)為了使本系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的監(jiān)測(cè)更為直觀，采用了由 6 個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)蜂鳴器構(gòu)成的聲光報(bào)警電路。CLK 時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為 500KHz） 。由放大電路出來(lái)的信號(hào) 約為0~5V，滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的 0~5V 的輸入要求[22]。參考端允許的電壓變化范圍為 如果AD623 相對(duì)地輸出，則參考端應(yīng)接地[21]。應(yīng)該注意，如果需要設(shè)置 G=1, Rg 不必連接。輸入放大器用來(lái)將差動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換成單端電壓，它還對(duì)前面兩個(gè)輸入放大器輸出的共模信號(hào)起到抑制作用。本課題中氣體傳感器出來(lái)的信號(hào)是很微弱的小信號(hào)，采用 AD623 滿足放大要求。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。 帶寬 800kHz(G=1)。 具有優(yōu)良的直流特性。所以選用可以單端供電的儀表放大器 AD623 來(lái)實(shí)現(xiàn)前端信號(hào)放大的任務(wù)[20]。表 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(guò)二線數(shù)字串行接口來(lái)訪問(wèn)，所以硬件接口電路非常簡(jiǎn)單。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。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(guò)二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)。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(jiǎn)單，引腳名稱及排列順序如圖 所示。溫濕度傳感器一般是測(cè)量溫度量和相對(duì)濕度量[18]。(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。(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。經(jīng)過(guò)良好的氣路、電路設(shè)計(jì),該指標(biāo)可以達(dá)到 20 秒左右。(2)電極電位定電位電解傳感器的電極電位決定了傳感器分析被分析氣體的種類、傳感器對(duì)各種氣體交叉反應(yīng)的大小以及傳感器抗交叉反應(yīng)的能力。(1)輸出信號(hào)定電位電解傳感器的輸出信號(hào)指標(biāo)非常重要,它不僅為前置放大器的設(shè)計(jì)提供了基本參數(shù),而且為今后核實(shí)傳感器的使用壽命提供了標(biāo)準(zhǔn)。本課題選用德國(guó) Drger 公司生產(chǎn)的 miniPac 系列定電位電解式傳感器，該系列傳感器被廣泛應(yīng)用于輕便型報(bào)警器和監(jiān)測(cè)器、移動(dòng)式的監(jiān)測(cè)儀、遠(yuǎn)程控制的監(jiān)測(cè)儀，單元與多元組合式智能化的監(jiān)測(cè)器、固定式與壁掛式監(jiān)測(cè)儀及精密型智能化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等等。在對(duì)電極和工作電極之間的電壓要預(yù)先調(diào)整好,并由一個(gè)外部電壓電路保持,其中參比電極作為電路的反饋控制。傳感器在氧化反應(yīng)中,電化學(xué)反應(yīng)中參加反應(yīng)的電子流出工作電極。圖 定電位電解式氣體傳感器結(jié)構(gòu)圖定電位電解式傳感器是一種濕式電化學(xué)氣體傳感器,它通過(guò)測(cè)定氣體在某個(gè)確定電位電解時(shí)所產(chǎn)生的電流來(lái)測(cè)量氣體濃度。基于本文的實(shí)時(shí)要求和性價(jià)比等方面的原因，本系統(tǒng)選用電化學(xué)傳感器中的定電位電解式氣體傳感器。后者因?yàn)榇呋瘎┑年P(guān)系具有廣普特性應(yīng)用更廣。它介于半導(dǎo)體和電化學(xué)之間。不足之處是有壽命的限制一般為兩年。為了消除氣體分子達(dá)到初始狀態(tài)就必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)。 (1)半導(dǎo)體型氣體傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)半導(dǎo)體氣體傳感器具有成本低廉、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、對(duì)濕度敏感低和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 AT89S52 單片機(jī)與其擴(kuò)展設(shè)計(jì)中采用 AT89S52 單片機(jī)作為本系統(tǒng)控制單元的核心部件并采用 8255A 用作并行接口。最后，AT89S52 運(yùn)行速度更高，最高晶振可達(dá)到 33MHZ。因此它具有 89C52 的全部功能： AT89S52 新增加的功能由特殊功能寄存器完成。由于一般室內(nèi)電子電器產(chǎn)品比較多，這對(duì)單片機(jī)的干擾較大，所以應(yīng)采用抗干擾性能較好的單片機(jī)機(jī)型。單片機(jī)對(duì)采樣值進(jìn)行數(shù)字處理后驅(qū)動(dòng)液晶顯示器分別顯示出被測(cè)室內(nèi)空氣中的甲醛、苯、氨的濃度值及溫濕度。同時(shí)設(shè)計(jì)了聲光報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在參數(shù)超標(biāo)時(shí)及時(shí)的報(bào)警。另外，氨也可來(lái)自室內(nèi)裝飾材料。目前我國(guó)對(duì)苯及苯系衍生物的室內(nèi)空氣濃度尚沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，一般認(rèn)為苯含量低于 1ppm，甲苯含量低于 ，二甲苯含量低于 ，乙苯含量低于 2ppm 即可認(rèn)為其對(duì)人體無(wú)害,即 。目前室內(nèi)裝飾中多用甲苯、二甲苯代替純苯作各種膠、油漆、涂料和防水材料的溶劑或稀釋劑。當(dāng)空氣中達(dá)到 30 mg/m3 時(shí)可當(dāng)即導(dǎo)致死亡。各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)見表 ：表 室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)指標(biāo)限度檢測(cè)指標(biāo) 單位 濃度 備注溫度 ℃ 18～28 平均相對(duì)濕度 100% 30%～70%甲醛（ HCHO） Mg/m3 苯（C6H6） Mg/m3 氨氣（NH3） Mg/m3 甲醛，苯和氨氣是室內(nèi)空氣中常見的三種毒氣： (1)甲醛(HCHO)是一種無(wú)色易溶的刺激性氣體，沸點(diǎn) 190C，易揮發(fā)，所以在室內(nèi)空氣品質(zhì)研究中，將其歸為 VOC，即揮發(fā)性有機(jī)化合(Volatile Organic ompounds)。購(gòu)置新家具后也應(yīng)開窗換氣,向外散發(fā)家具中釋放的 VOC 等。(4)辯證地看待現(xiàn)有空調(diào)器的一些附加功能所謂空調(diào)器的附加功能,如負(fù)離子發(fā)生器、冷觸媒、高效過(guò)濾等功能,對(duì)改善室內(nèi)空氣品質(zhì)有一定的作用,但所起的作用很有限,不能完全依賴。(3)選用一些室內(nèi)空氣處理設(shè)備配合空調(diào)一起使用如去濕機(jī)、加濕機(jī)、過(guò)濾器、負(fù)離子發(fā)生器等。室內(nèi)外的溫差不宜太大 ,夏季一般溫差維持在 6~7℃比較合適,有利于人體進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。 改善空氣品質(zhì)方法(1)開窗通風(fēng)換氣開窗通風(fēng)可以始終保持室內(nèi)具有良好的空氣品質(zhì),是改善住宅室內(nèi)空氣品質(zhì)的關(guān)鍵。(3)我國(guó)己經(jīng)建立了有關(guān) IAQ 方面的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于新修訂的節(jié)能暖通規(guī)范條文中，但較為籠統(tǒng)，難以解決具體工程問(wèn)題，建議全國(guó)學(xué)會(huì)應(yīng)象美國(guó) ASHRAE學(xué)會(huì)一樣，單獨(dú)建立室內(nèi)空氣品質(zhì)評(píng)估。(5)濃度值與健康的關(guān)系不明顯[10]。污染源控制屬于起點(diǎn)控制，而通風(fēng)換氣控制屬于終點(diǎn)控制，每種單一的控制都不能解決目前的 IAQ 問(wèn)題，因此 IAQ 成為現(xiàn)代建筑科學(xué)、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、建筑環(huán)境工程、建筑設(shè)計(jì)等諸方面的研究課題[9]。人們?cè)谌斯きh(huán)境中所處的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，結(jié)果引發(fā)了各種與室內(nèi)環(huán)境相關(guān)的病癥。 總體方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)集甲醛，苯，氨氣以及溫濕度監(jiān)測(cè)，顯示與報(bào)警于一體，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)。(3)數(shù)據(jù)的顯示及報(bào)警控制系統(tǒng)。 本文的主要研究?jī)?nèi)容及總體方案設(shè)計(jì) 本文的主要研究?jī)?nèi)容本課題主要集中在 IAQ 的監(jiān)測(cè)、顯示、報(bào)警三個(gè)方面。在測(cè)試甲醛、苯等害氣體方面，國(guó)外比較出名的有:美國(guó) ESC 公司生產(chǎn)的 Z一 300 甲醛檢測(cè)儀、英國(guó) PPM 公司生產(chǎn)的 PPM400 甲醛檢測(cè)儀。早在 1983 年，壓電類甲醛傳感器就已問(wèn)世。目前，對(duì)于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)具儀表已經(jīng)有很多種，雖然此類儀表成本不是很高，監(jiān)測(cè)速度較快，但是絕大數(shù)產(chǎn)品只是用來(lái)監(jiān)測(cè)，不具備自動(dòng)控制調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣質(zhì)量的能力。香港環(huán)保署的首份 IAQ 調(diào)查表明香港辦公室和公共場(chǎng)所的 IAQ 不佳，造成醫(yī)療費(fèi)、生產(chǎn)力和機(jī)電費(fèi)的損失每年高達(dá)176 億元[2][3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年有 11 萬(wàn)人因 IAQ不好而導(dǎo)致死亡。由此造成的病態(tài)建筑綜合癥（SBS－Sick Building Syndrome）：現(xiàn)代都市病，包括頭痛、惡心 疲乏、失眠、記憶力衰退 皮膚、粘膜有刺激感（眼紅、流淚、咽干） 呼吸紊亂等也越來(lái)越突出。s life time is spent in the living room. In this paper, Indoor Air Quality Portable Intelligent Monitor is on the background of toxic and harmful gases,based on an ATMEL 8bit working ultralow power MCU AT89S52 as control core, which can realize realtime acquisition and processing, display ,alarm and other functions of indoor temperature, humidity, formaldehyde, benzene and ammonia. Equipment po