【正文】 ......................................6 室內(nèi)空氣品質(zhì)測(cè)試指標(biāo)的選定 ...................................6第三章室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì) ............................8 室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ...................................8 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及原理 ................................................8 AT89S52 單片機(jī)簡(jiǎn)介 ................................................9 AT89S52 單片機(jī)與其擴(kuò)展 .........................................10 傳感器的選用 ................................................10 氣體傳感器 .......................................................10 溫濕傳感器 .......................................................14 前置放大濾波電路的設(shè)計(jì) ......................................17 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) ..........................................20 聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì) ..........................................21 液晶顯示電路設(shè)計(jì) ............................................21 復(fù)位電路設(shè)計(jì) ................................................22 電源電路設(shè)計(jì) ................................................23 本章小結(jié) ....................................................23第四章 室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì) ..........................24 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路 ............................................24 編程語(yǔ)言的選擇 ...................................................24 軟件功能需求 .....................................................24 軟件模塊設(shè)計(jì) ................................................26 主程序模塊 .......................................................26 AD 轉(zhuǎn)換模塊 ......................................................26 液晶顯示模塊 .....................................................27 聲光報(bào)警模塊 .....................................................28 本章小結(jié) ....................................................28第五章 仿真調(diào)試 .................................................29 PROTEUS 軟件仿真調(diào)試 ........................................29 顯示電路調(diào)試 .....................................................29 鍵盤(pán)電路以及氣體測(cè)量電路調(diào)試 .....................................29 溫濕度測(cè)量電路調(diào)試 ...............................................30 聲光報(bào)警電路調(diào)試 .................................................32 實(shí)物調(diào)試 ....................................................33 本章小結(jié). ...................................................36第六章 結(jié)論與展望 ..............................................37 主要結(jié)論 ....................................................37 展望 ........................................................37參考文獻(xiàn) .........................................................38附 錄 ............................................................39附錄一 原理電路圖 ..............................................39附錄二 PCB 板 ..................................................40附錄三 程序清單 ................................................41附錄四 外文翻譯 ................................................50致 謝 ............................................................65緒 論 課題的目的及意義 室內(nèi)空氣品質(zhì)(IAQ) 的重要性隨著科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)條件、生活水平的改善和提高，建筑結(jié)構(gòu)的封閉化室內(nèi)辦公人員的增加，Indoor Air Quality（IAQ）室內(nèi)空氣品質(zhì)的研究吸引了越來(lái)越多人的關(guān)注。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。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(lèi)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。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。(3)數(shù)據(jù)的顯示及報(bào)警控制系統(tǒng)。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。(5)濃度值與健康的關(guān)系不明顯[10]。 改善空氣品質(zhì)方法(1)開(kāi)窗通風(fēng)換氣開(kāi)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)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。購(gòu)置新家具后也應(yīng)開(kāi)窗換氣,向外散發(fā)家具中釋放的 VOC 等。當(dāng)空氣中達(dá)到 30 mg/m3 時(shí)可當(dāng)即導(dǎo)致死亡。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 。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。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。最后，AT89S52 運(yùn)行速度更高，最高晶振可達(dá)到 33MHZ。 (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)。不足之處是有壽命的限制一般為兩年。后者因?yàn)榇呋瘎┑年P(guān)系具有廣普特性應(yīng)用更廣。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。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。(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)。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。(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。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(chēng)及排列順序如圖 所示。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。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]。 帶寬 800kHz(G=1)。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(mǎn)足放大要求。應(yīng)該注意，如果需要設(shè)置 G=1, Rg 不必連接。由放大電路出來(lái)的信號(hào) 約為0~5V，滿(mǎn)足 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的 0~5V 的輸入要求[22]。 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。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。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?？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。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。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:。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。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。 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。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(pán)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。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。濕度適宜指標(biāo)28%RH78%RH 編寫(xiě)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 顯示電路正確顯示 鍵盤(pán)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)。 圖 1602 工作流程圖 聲光報(bào)警流程圖 聲光報(bào)警模塊 聲音報(bào)警采用的是蜂鳴器，光報(bào)警是通過(guò) 6 個(gè)發(fā)光二極管來(lái)顯示，3 個(gè)綠色和三個(gè)紅色的，當(dāng)毒氣含量沒(méi)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。綜合考慮各方面的因素，本研究采用第一種方法：中斷查詢(xún)法。以下就對(duì)一些主要模塊進(jìn)行詳細(xì)的闡述?；?C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)方法。保證系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算數(shù)據(jù)的精度。 ）第四章 室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路 編程語(yǔ)言的選擇在系統(tǒng)硬件電路確定以后，其主要功能的實(shí)現(xiàn)將依賴(lài)于軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 電源電路圖 所示 本章小結(jié) 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)。表 主要技術(shù)參數(shù)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 ）mmLCD1602 的具體連接線路圖如圖 所示。ADC0809 的時(shí)序接