【正文】 片機的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計 第 頁 共 55 頁 31 的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 lm7806表示輸出電壓為正 6V，lm7909表示輸出電壓為負(fù) 9V， 因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。由主程序流程圖可以看出，軟件要實現(xiàn)的主要功能是實現(xiàn)對傳感器信號的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的計算、分析、送液晶進(jìn)行顯示。 有二個不同的 RTX51 版本可以利用： RTX51 Full 使用四個任務(wù)優(yōu)先權(quán)完成同時存在時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度和搶先的任務(wù)切換 RTX51 工作在與中斷功能相似的狀態(tài)下 信號和信息可以通過郵箱系統(tǒng)在任務(wù)之間互相傳遞 你可以從一存儲池中分配和釋放內(nèi)存 你可以強迫一個任務(wù)等待中斷 超時或者是從另一個任務(wù)或中斷發(fā)出的信號或信息； RTX51 Tiny 是一個 RTX51的子集 它可以很容易地 在沒有任何外部存儲器的單片 8051 系統(tǒng)上運轉(zhuǎn) 除了下列例外 RTX51 Tiny 支持許多在 RTX51 中的特系統(tǒng)軟件 溫濕度傳感器采集 AD 轉(zhuǎn)換 人機接口 聲光報警 循環(huán)采用 轉(zhuǎn)換結(jié)果讀取 鍵盤檢測 LCD 顯示 蜂鳴器報警 LED 報警 基于單片機的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計 第 頁 共 55 頁 34 征； RTX51 Tiny 僅支持時間片輪轉(zhuǎn)任務(wù)切換和使用信號進(jìn)行任務(wù)切換 不支持搶先式的任務(wù)切換不包括消息歷程沒有存儲器池分配程序。 圖 74HC595 與 AT89S52 的硬件連接圖 電源電路設(shè)計 電源電路如圖 ： 圖 系統(tǒng)電源電路 電源電路中采用 LM7805穩(wěn)壓芯片 。首先， AT89S52支持 ISP在線編程，這使生產(chǎn)及維護(hù)更為方便。根據(jù)上述幾方面及本課題的實際情況，單片機型號的選擇主要從以下兩點考慮 : 一是要有較強的抗干擾能力。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。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。 I/O CLOCK：外接輸入 /輸出時鐘輸入端，同于同步芯片的輸入輸出操作，無需與芯片內(nèi)部系統(tǒng)時鐘同步。它能方便地采用三線串行接口方式與各種微處理器連接，構(gòu)成各種廉價的測控應(yīng)用系統(tǒng)；其電路連接圖如圖 ： 圖 TLC549的電路連接圖 TLC549 引腳圖及各引腳功能 : REF+：正基準(zhǔn)電壓輸入 ≤REF+≤Vcc+。 在檢測電阻上并聯(lián)匹配電阻 RX，可以減小增益。為避免由外部電路引入的增益和 CMR 誤差，應(yīng)按圖示方法接地，并確保最小接地電阻。 表 RCV420 引腳功能 引腳 符號 功能 1 In 負(fù)輸入端 2 CT 輸入中心抽頭 3 +In 正輸入端 4 V 負(fù)電源 5 Ref Com 基準(zhǔn)公共端 6 NC 空端 7 Ref Noise Reduction 基準(zhǔn)降噪端 8 Ref Trim 基準(zhǔn)調(diào)整端 9 NC 空端 10 Ref fB 基準(zhǔn)反饋端 11 Ref OUT 基準(zhǔn)輸出端 12 Ref in 基準(zhǔn)輸入端 13 Rev 接收公共端 14 Rev OUT 接收輸出端 15 Rev fB 接收反饋端 16 V+ 正電源 圖 RCV420 引腳排列 (1)RCV420 工作原理： 基于單片機的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計 第 頁 共 55 頁 21 圖 是 RCV420 的功能框圖。它包含一個高級運算放大器、一個片內(nèi)精密電阻網(wǎng)絡(luò)和一個精密 10V 電壓基準(zhǔn)。 工作壽命 : 3 年 。 基于單片機的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計 第 頁 共 55 頁 17 圖 典型的加熱電壓影響 MQ2 傳感器模塊 簡要說明： (1)尺寸： 32mm X22mm X27mm 長 X 寬 X 高 (2)主要芯片： LM39 ZYMQ2 氣體傳感器 (3)工作電壓：直流 5 伏 (3)特點： 具有信號輸出指示； 雙路信號輸出（模擬量輸出及 TTL 電平輸出 TTL 輸出有效信號為低電 平（當(dāng) 輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機）； 模擬量輸出 0~5V 電壓，濃度越高電壓越高； 對液化氣，天然氣，城市煤氣有較好的靈敏度； 具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性； 快速的響應(yīng)恢復(fù)特性； (5)應(yīng)用： 適用于家庭或工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等監(jiān)測裝置。此外，水蒸氣會吸附在傳感器表面，濕度將會引起 Rs 的降低。 (3)傳感器響應(yīng)特性： 基于單片機的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計 第 頁 共 55 頁 15 在工作條件下傳感器先被放入還原性氣體中，其電阻急劇下降，待其穩(wěn)定后，再將其置入潔凈空氣中，傳感器的電阻經(jīng)過很短的時間即恢復(fù)到它的初始值。由氧吸附產(chǎn)生的勢壘同樣存在于晶界而阻礙電子的自由流動，傳感器的電阻即緣于這種勢壘。目前，氣體的采樣方式主要有兩種 :通過簡單擴(kuò)散法，或是將氣體吸入檢測器。 傳感器的選用 氣體傳感器 氣體傳感器基礎(chǔ)知識： 按照氣敏特性來分，氣體傳感器主要分為：半導(dǎo)體型、電化學(xué)型、固體電解質(zhì)型、接觸燃燒型、光化學(xué)型等氣體傳感器，又以前兩種最為普遍。 (3)放射性污染 室內(nèi)環(huán)境中放射性污染主要評價指標(biāo)為氡氣及其子氣體，它是世界衛(wèi)生組 基于單片機的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計 第 頁 共 55 頁 9 織確認(rèn)的主要環(huán)境致癌物之一，其誘發(fā)肺癌發(fā)病率危險系數(shù)僅次于香煙；氡氣無色無味，是不可揮發(fā)的放射性惰性氣體，室內(nèi)氡的來源主要是從底層土壤中析出， 或是由于通風(fēng)從戶外空氣中進(jìn)入室內(nèi)，以及從建材中析出；氡的危害是長期累積的，且不易察覺，其誘發(fā)肺癌的潛伏期大多在 15 年以上；新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，室內(nèi)氡濃度小于 400Bq/m3。冬天 ,空氣較干燥 ,最好能配備加濕設(shè)備 ,使空氣保持濕潤；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)開一點窗引進(jìn)些新鮮空氣；三是對過濾器要經(jīng)常進(jìn)行清洗 ,既可保證盤管的風(fēng)量 ,又能及時清除過濾器上的臟物。板材中殘留的和未參與反應(yīng)的甲醛逐漸向周圍環(huán)境釋放，是 室內(nèi)空氣中甲醛的主要來源。目前迫切需要多學(xué)科協(xié)同研究，做一些綜合性的大課題。準(zhǔn)確測定甲醛、苯、氨等有害氣體的設(shè)備昂貴 (如英國 PPM 公司生產(chǎn)的PPM400 甲醛儀約兩萬多元 )，測定時間較長，每隔一段時間就需進(jìn)行重新標(biāo)定，需要專業(yè)人員進(jìn)行操作，很難連續(xù)測定 [6]；目前國內(nèi)外產(chǎn)品的設(shè)計差異主要集中在監(jiān)測傳感器和控制單片機芯片的選用，操作方面國外的產(chǎn)品操作界面方便，功能加完備?，F(xiàn)市場也有很多對室內(nèi)環(huán)境的檢測儀器 , 但存在有體積大、價格貴、功能少、操作不方便等原因；根據(jù)市場調(diào)查，非常需要一款家居用室內(nèi)安全、溫濕度和室內(nèi)甲醛的方便實用檢測系統(tǒng)。 數(shù)字顯示 。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 ATMEL 工公司的一款 8 位超低功耗單片機 AT89S52 為控制核心，一個 51 單片機的實時操作系統(tǒng) RTX51tiny 將被應(yīng)用到本系統(tǒng)中，使得本系統(tǒng)實時性更高，性能更可靠；該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對室內(nèi)溫濕度、甲醛、 CO 和甲烷的實時 采集處理、顯示及相應(yīng)的報警等功能。s living standard, awareness of environmental issues and health problems increasing emphasis on indoor air quality (IAQ) conditions have been paid more attention to. Twothirds of people39。 隨著人們對 IAQ 認(rèn)識程度的逐漸加深，以及健康保健知識的逐步發(fā)展，人們不僅希望知道是什么污染物在作怪，更希望知道污染的濃度水平如何 ?這種濃度會對健康造成什么短期和長期危害 ?對存在的污染應(yīng)該如何控制治理 ? 在這種情況下，設(shè)計開發(fā)一套空氣質(zhì)量監(jiān)測儀表是有現(xiàn)實意義的；目前，對于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測具儀表已經(jīng)有很多種，但存在有體積大、價格貴、功能少、 基于單片機的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計 第 頁 共 55 頁 3 操作不方便等原因；因此，本文基于量化監(jiān)測，提出“室內(nèi)便攜式智能空氣品質(zhì)監(jiān)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，從而讓人們及時了解自己的 生活環(huán)境狀況并能及時的做出相應(yīng)的解決方法，利用 MCU 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集保證了前臺數(shù)據(jù)的及時、準(zhǔn)確，有利于進(jìn)行全方位的評價，為人類營造一個健康的室內(nèi)生存空間，讓我們更加快樂地享受現(xiàn)代生活的舒適與安全。 IAQ 對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)接觸時間長； (3)污染物濃度低，短期內(nèi)反應(yīng)不明顯 。易溶于水、醇和醚。 室內(nèi)空氣品質(zhì)的監(jiān)測方法及 IAQ 標(biāo)準(zhǔn) 室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測方法 (1)化學(xué)分析方法 主要采用空氣取樣，通過一定的化學(xué)反應(yīng)方法，來測定待測的污染物濃度。 (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；提倡接近自然的裝修方式 ,盡量少用各種化學(xué)及人工材料，盡量不要過度裝修；購置新家具后也應(yīng)開窗換氣 ,向外散發(fā)家具中釋放的 VOC 等；除此之外，居住者應(yīng)在排氣、通風(fēng)、種植植物、不在室內(nèi)抽煙、不使用 噴霧劑和殺蟲劑 ,以及經(jīng)常清潔地毯、環(huán)境等方面，注意保護(hù)和造就良好的室內(nèi)空氣品質(zhì) [7]。對溫濕度和甲醛的含量的測量及顯示功能 。 (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；氣體分子在薄膜表面進(jìn)行還原反應(yīng)以引起傳感器電導(dǎo)率的變化。氣體吸入式探頭通常用于采樣位置接近處理儀器或排氣管道；這種技術(shù)可以為傳感器提供一種速度可控的穩(wěn)定氣流，在氣流大小和流速經(jīng)常變化的情況下，這種方法較值得推薦 [9]。 圖 晶粒間勢壘模型（潔凈空氣） 圖 CO 和 SnOx2 上吸附氧之間的反應(yīng)圖解 圖 晶粒間勢壘模型 (還原性氣體出現(xiàn)時） 在給定的工作條件下和適當(dāng)?shù)臍怏w濃度范圍內(nèi)，傳感器的電阻值和還原性氣度濃度之間的關(guān)系可近似由下式 (321)所表示： ??? ][ARs C (321) 其中： Rs：傳感器電阻 A：常數(shù) [C]:氣體濃度 α :Rs 曲線的斜率 基于單片機的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計 第 頁 共 55 頁 14 MQ 氣體傳感器的特性 (1)氧氣分壓的影響： 圖 所示為大氣中氧分壓（ PO2）和 MQ 氣體傳感器在清潔空氣中阻值之間的典型關(guān)系 。 圖 典型的傳感器響應(yīng)恢復(fù) (4)初始動作 ： 如圖 所示，當(dāng)傳感器不通電存放后，再在空氣中通電，無論是否存在還原性氣體，傳感器通電后的最初幾秒鐘，其阻值都會（ Rs）急劇下降，然后逐漸達(dá)到一個平穩(wěn)的水平，即為傳感器的初始動作。 如圖 典型的溫濕度影響 (6)長期穩(wěn)定性： MQ 系列傳感器的長期穩(wěn)定性典型數(shù)據(jù)如圖 所示。當(dāng)室內(nèi)甲醛氣體被內(nèi)部采樣系統(tǒng)吸收后，產(chǎn)生與甲醛濃度成正比的電流值，由于單片機 A/D 采樣的是電壓值，而被檢測的是微量的電流值；因而需要將電流值放大并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值。 基于單片機的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計 第 頁 共 55 頁 19 工作溫度 : 20～ 45℃ , 響應(yīng)時間 (T90): 50s。 RCV420 在滿量程時的電壓下降僅為 ，在環(huán)路中串有其他儀表負(fù)載，或者在對變送器電壓有嚴(yán)格限制的應(yīng)用場合非常有用。檢測電阻將輸入的電流信號經(jīng)差分放大器放大，轉(zhuǎn)換成一個與之成正比的電壓。 Ref IN 腳不用時必須接 地，以維持高共模抑制。并聯(lián)電阻的溫度參數(shù)的任何不一致，都將引起 增益誤差和 CMR 的漂移。 VCC：系統(tǒng)電源 3V≤Vcc≤6V。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成前的這段時間內(nèi)，TLC549 的控制邏輯要求：或者 /CS 保持高電平，或者 I/O CLOCK 時鐘端保持36 個系統(tǒng)時鐘周期的低電平。每個 DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。 數(shù)據(jù)格式 :8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù)