【正文】 應(yīng)的參數(shù)，程序會(huì)一直判斷 flag 的狀態(tài)從而決定系統(tǒng)要做什么；同時(shí)， CPU 會(huì)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù) 鍵盤處理狀態(tài) 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 返回回 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 共 55 頁(yè) 36 一直檢測(cè)該標(biāo)志的狀態(tài)，來確定系統(tǒng)怎樣運(yùn)行；從而完成當(dāng)前監(jiān)測(cè)參數(shù)的正確顯示。 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 共 55 頁(yè) 33 第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)需求框圖 圖 功能需求框圖 (1)程序模塊化；軟件設(shè)計(jì)中包含有：主程序模塊、顯示模塊、 A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子模塊、聲光報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、中斷處理模塊等。 設(shè)計(jì)中采用 AT89S52單片機(jī)作為本系統(tǒng)控制單元的核心部并采用兩片74HC595來進(jìn)行串轉(zhuǎn)并從而驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LED燈和 LCD1602，這樣能節(jié)省一部分 IO口。 AT89S52 最小系統(tǒng)如圖 所示： 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 共 55 頁(yè) 29 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) AT89S52單片機(jī)有以下特點(diǎn)：兼容 MCS51微控制器； 8K字節(jié) FLASH存貯器支持在系統(tǒng)編程 ISP1000次擦寫周期， 256字節(jié)片內(nèi) RAM，工作電壓 ，全靜態(tài)時(shí)鐘 0Hz到 33MHz，三級(jí)程序加密， 32個(gè)可編程 I/O口， 3個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 8個(gè)中斷源，完全的雙工 UART串行口，低功耗支持 Idle和 Powerdown模式， Powerdown模式支持中斷喚醒，看門狗定時(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針，上電復(fù)位標(biāo)志。 DHT11 接收到主機(jī)的開始信號(hào)后 ,等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束 ,然后發(fā)送 80us 低電平響應(yīng)信號(hào) .主機(jī)發(fā)送開始信號(hào) 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 共 55 頁(yè) 27 結(jié)束后 ,延時(shí)等待 2040us 后 , 讀取 DHT11 的響應(yīng)信號(hào) ,主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)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，如圖 ： 圖 DHT11 啟動(dòng)時(shí)序圖 總線為低電平 ,說明 DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào) ,DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后 ,再把總線拉高 80us,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù) ,每一 bit數(shù)據(jù)都以 50us 低電平時(shí)隙開始 ,高電平的長(zhǎng)短定了數(shù)據(jù)位是 0 還是 和 ；如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平 ,則 DHT11 沒有響應(yīng) ,請(qǐng)檢查線路是否連接正常 .當(dāng)最后一 bit 數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11 拉低總線 50us,隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。溫濕度傳感器一般是測(cè)量溫度量和相對(duì)濕度量。 DATA OUT：轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)串行輸出端，與 TTL 電平兼容，輸出時(shí)高位在前，低位在后。二是采用圖 電路，在Rcv Com 腳外接低輸出阻抗運(yùn)放，這種方法可對(duì)輸出偏置電壓進(jìn)行較大范圍地調(diào)節(jié)。采用此方法增大增益將導(dǎo)致 CMR 下降，因此，增益調(diào)節(jié)應(yīng)盡可能的小，以滿足前期的設(shè)置。 圖 RCV420 的功能框圖 (2)使用注意事項(xiàng)： 電源和信號(hào)的連接 圖 所示是 RCV420 電源和信號(hào)的正確接法。增益、偏 置和 CMR 無需調(diào)節(jié)，較之由分立器件設(shè)計(jì)的印制板電路，RCV420 具有更低的開發(fā)成本、制造成本和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)費(fèi)用。系統(tǒng)中 RCV420 具有精密運(yùn)放和電阻網(wǎng)絡(luò)功能，能將 4 ～ 20m A 環(huán)路電流轉(zhuǎn)換為 0 ～ 5V 電壓 , 在無外部調(diào)整的情況下，可用獲得 86dB 的共模抑制比 ,具有高性能及抗干擾能力；具體的RCV420 及 TCL549 會(huì)在下面詳細(xì)介紹；下面的圖 是甲醛模塊接口電路圖： 圖 甲醛模塊接口電路圖 I/V 轉(zhuǎn)換電路的芯片選擇 在甲醛的測(cè)量模塊里，當(dāng)空氣被內(nèi)部的采樣系統(tǒng)吸收后 , 將產(chǎn)生的電流信號(hào) 與之相連產(chǎn)生一個(gè)與甲醛濃度成正比的電流 , 該電流經(jīng)過 4～ 20MA 甲醛模塊的信號(hào)調(diào)理 ,與 I/U 變換器 RCV420 芯片轉(zhuǎn)換成 0～ 5V 的電壓。 最大過載濃度 : 50PPM。靈敏度隨加熱電壓的變化如圖 所示。 圖 典型的初始動(dòng)作 (5)溫、濕度影響： MQ 傳感器的檢測(cè)原理是基于氣體在傳感器表面的化學(xué)吸附、反應(yīng)與脫附。傳感器對(duì)多種還原氣體具有敏感性，對(duì)指定氣體的相對(duì)靈敏度， 取決于敏感材料的構(gòu)成及其工作溫度。金屬氧化物半導(dǎo)體在空氣中被加熱到一定溫度時(shí)，氧原子被吸附在帶負(fù)電荷的半導(dǎo)體表面，半導(dǎo)體表面的電子會(huì)被轉(zhuǎn)移到吸附氧上，氧原子就變成了氧負(fù)離子，同時(shí)在半導(dǎo)體表面形成一個(gè)正的空間電荷層，導(dǎo)致表面勢(shì)壘升高，從而阻礙電子流動(dòng)（見圖 ）。 (7)光學(xué)式氣體傳感器 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 共 55 頁(yè) 12 光學(xué)式氣體傳感器主要包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型等等，主要以紅外吸收型為主；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(zhǎng)來監(jiān)測(cè)氣體；目前因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)關(guān)系一般造價(jià)頗高；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 [3]。通過 鍵盤可實(shí)現(xiàn)設(shè)定室內(nèi)甲烷、 CO 的報(bào)警值、顯示相應(yīng)參數(shù)等操作。 (1)物理性污染 室內(nèi)環(huán)境中除要有好的空氣質(zhì)量外，還牽涉對(duì)人體舒適性產(chǎn)生重要影響的溫度、濕度、通風(fēng)、光照、清潔度、噪音等； 新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了溫度、相對(duì)濕度、空氣流速以及新風(fēng)量等指 標(biāo)，它們對(duì)人體的熱濕平衡調(diào)節(jié)起著重要作用，對(duì)人體的健康和舒適性影響極大。 Sundell教授對(duì)瑞典 160幢建筑進(jìn)行研究 ,發(fā)現(xiàn)新風(fēng)量越大 ,發(fā)生建筑病綜合癥的風(fēng)險(xiǎn)就越??；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)。 (2)甲醛的來源 室內(nèi)裝修所用的合成板材，如膠合板、細(xì)木工板、高密度板、刨花板。 室內(nèi)空氣品質(zhì)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí) (1)對(duì)“室內(nèi)空氣品質(zhì)問題”的認(rèn)識(shí)與評(píng)價(jià)方法、對(duì)策措施、解決途徑與以往的“室內(nèi)污染” 完全不同，如果不跳出“室內(nèi)污染”的老框框，難以使室內(nèi)空氣品質(zhì)問題有新進(jìn)展。國(guó)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。 同時(shí)，室內(nèi)空氣質(zhì)量的管理機(jī)構(gòu)也開始在發(fā)達(dá)國(guó) 家和地區(qū)形成，如美國(guó)環(huán)保局于 1988 年在其空氣與輻射司下設(shè)立室內(nèi)空氣質(zhì)量 (IAQ)程序辦公室， 1995 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 共 55 頁(yè) 2 年又與較早設(shè)立的氡分部合并成立了室內(nèi)環(huán)境處，并附設(shè)了兩個(gè)與室內(nèi)環(huán)境相關(guān)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，在相關(guān)部門設(shè)立了室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)管、執(zhí)法機(jī)構(gòu)；如今，美國(guó)的學(xué)校里都設(shè)有室內(nèi)環(huán)境協(xié)調(diào)員，管理和督導(dǎo)室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和控制；法國(guó)政府也于 1999年底成立了國(guó)家室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)站，并從 20xx年開始，每年在全國(guó)選擇 1000 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)典型室內(nèi)場(chǎng)所的氡、鉛、霉菌、過敏源、 VOCs、人造礦物纖維、殺蟲劑及煙草煙霧等 10 多種有害物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)， 并向公眾通報(bào)檢測(cè)結(jié)果；我國(guó)的香港特別行政區(qū)也于 1998 年在其環(huán)境署內(nèi)設(shè)立了室內(nèi)環(huán)境主管部門，并在 1999 年公布了樓宇的 IAQ 指南及標(biāo)準(zhǔn)；在室內(nèi)環(huán)境管理機(jī)構(gòu)的指導(dǎo)下，室內(nèi)環(huán)境立法同時(shí)也開始進(jìn)行，到目前為止，歐美各發(fā)達(dá)國(guó)家，亞洲的日本、韓國(guó)和我國(guó)香港地區(qū)，以及世界衛(wèi)生組織已建立比較完善的室內(nèi)環(huán)境法規(guī)[3]。 關(guān)鍵詞 :室內(nèi)環(huán)空 氣質(zhì)量 。室內(nèi)智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀體積小，功耗低，操作簡(jiǎn)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；本設(shè)計(jì)選用數(shù)字化溫濕度傳感器 DTH11對(duì)室內(nèi)溫濕度測(cè)量 ,CO和甲烷傳感器采用定電位電解式氣體傳感器所需要的氣體進(jìn)行測(cè)量；用單片機(jī)控制模擬開關(guān)達(dá)到對(duì) CO、甲烷及甲醛的交替測(cè)量與報(bào)警。 隨著人們對(duì)于室內(nèi)空氣污染問題的不斷深化認(rèn)識(shí)，室內(nèi)環(huán)境作為衛(wèi)生和環(huán)境科學(xué)的重要組成部分越來越受到重視；與此同時(shí)，一些專門從事室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)、宣傳教育、學(xué)術(shù)研究 和學(xué)術(shù)交流、咨詢和評(píng)估的機(jī)構(gòu)開始形成；如美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)（ AIHA）專門設(shè)立了室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量 (IEQ)委員會(huì)；“國(guó)際室內(nèi)空氣質(zhì)量與氣候協(xié)會(huì) (ISIAQ)”、“美國(guó)綠色建筑委員會(huì) (USGBC)”和“室內(nèi)空氣質(zhì)量協(xié)會(huì) (IAQA)”也分別于 1992 年、 1993 年和 1995 年相繼創(chuàng)立；就連北大西洋公約組織 (NATO)這樣的軍事合作組織也在她的科學(xué)與環(huán)境事務(wù)局所屬的高級(jí)研究中心開展“室內(nèi)空氣質(zhì)量 (IAQ)科學(xué)”的研究和教育培訓(xùn)計(jì)劃，每年都要在締約國(guó)開展室內(nèi)環(huán)境方面的培訓(xùn)工作。 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 。(5)濃度值與健康的關(guān)系不明顯 [10]。經(jīng)常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出現(xiàn)粘膜充血、皮膚刺激癥、過敏性皮炎、指甲角化和脆弱等；全身癥狀有頭痛、乏力、心悸、失眠、體重減輕以及植物神經(jīng)紊亂等 [4]。 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。標(biāo)準(zhǔn)除了對(duì)溫度、相對(duì)濕度等物理性指標(biāo)做出規(guī)定外，還對(duì)室內(nèi)空氣中的化學(xué)性、放射性、生物性污染物做出具體限值規(guī)定。單片機(jī)外接兩片 74HC595接口芯片來驅(qū)動(dòng)接報(bào)警燈和 LCD1602，鍵盤、顯示、甲醛測(cè)量電路直接接到單片機(jī)引腳。它介于半導(dǎo)體和電化學(xué)之間；選擇性，靈敏度高于半導(dǎo)體而壽命又長(zhǎng)于電化學(xué)，所以也得到了很多的應(yīng)用，不足之處就是響應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)； (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；又分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式，原理是氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃?xì)怏w在表面或者在催化劑作用下燃燒，由于燃燒使氣敏材料溫度升高從而電阻發(fā)生變化；后者因?yàn)榇呋瘎┑年P(guān)系具有廣普特性應(yīng)用更廣。 MQ 系列氣體傳感器的工作原理 MQ 系列氣體傳感器的敏 感材料是活性很高的金屬氧化物半導(dǎo)體 ,最常用的如 SnO2。如圖 所示。通電后傳感器的初始動(dòng)作會(huì)引起報(bào)警，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)要予以充分考慮。 圖 典型的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 (7)加熱器電壓的影響： 在設(shè)計(jì)傳感 器的加熱器時(shí)，充分考慮了在給定的恒定加熱電壓下，氣體傳感器表現(xiàn)出最佳的敏感特性。 量程 : 0 10PPM。單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和處理，將處理結(jié)果及范圍進(jìn)行查表和分段線性化，完成傳感器信號(hào)與濃度高低對(duì)應(yīng)。 RCV420 無需其它外圍器件輔助，就能實(shí) 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 共 55 頁(yè) 20 現(xiàn)諸多功能。輸入電 阻網(wǎng)絡(luò)提供了很高的輸入阻抗，并將共模輸入電壓衰減至運(yùn)算放大器的共模信號(hào)容限內(nèi)。在運(yùn)放的反饋通道插入一個(gè)小電阻 R1，可以增大增益。一是用片內(nèi)10V 基準(zhǔn)作電平移動(dòng)，對(duì)電壓基準(zhǔn)的輸出進(jìn)行調(diào)整。 /CS：芯片選擇輸入端，要 求輸入高電平 VIN≥2V，輸入低電平 VIN≤。 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 共 55 頁(yè) 25 圖 TLC549的工作時(shí)序圖 圖 TLC549的工作時(shí)序圖 溫濕傳感 器 溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測(cè)量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。 通訊過程如圖 所示 圖 DHT11 的通訊時(shí)序圖 總線空閑狀態(tài)為高電平 ,主機(jī)把總線拉低等待 DHT11 響應(yīng) ,主機(jī)把總線拉低必須大于 18 毫秒 ,保證 DHT11 能檢測(cè)到起始信號(hào)。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。而且，從經(jīng)濟(jì)性的角度來看， AT89S52不但硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且價(jià)格低、功能好、性價(jià)比高，符合我國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)制造的要求。 鍵盤電路 鍵盤接口電路 鍵盤接口采用中斷處理，這樣的處理方式實(shí)時(shí)性高，并且不會(huì)占用太多的CPU 時(shí)間，提高了 CPU 的使用效率，通過一片 74HC08， 74HC08 是 CMOS 的四 2 輸入與門，其接口如圖 所示；并將輸出接到外部 中斷接口引腳 INT0 出，當(dāng)有鍵按下時(shí)立刻進(jìn)入中斷處理程序處理相關(guān)的數(shù)據(jù)。 在中斷程序中，本設(shè)計(jì)使用到了單片機(jī)的兩個(gè)外部中斷（ INT0 和 INT1）； INT0被用于鍵盤檢測(cè)，當(dāng) 4*4 鍵盤有鍵被按下時(shí)，程序馬上進(jìn)入鍵盤處理程序；鍵盤掃描使用了中斷，這樣節(jié)省了寶貴的單片機(jī)時(shí)間，讓 CPU 在只有鍵被按下時(shí)再進(jìn)行鍵盤掃描與相應(yīng)的參數(shù)處