【正文】 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)時性高，并且不會占用太多的CPU 時間，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)有鍵按下時立刻進(jìn)入中斷處理程序處理相關(guān)的數(shù)據(jù)。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。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。 /CS：芯片選擇輸入端，要 求輸入高電平 VIN≥2V，輸入低電平 VIN≤。在運(yùn)放的反饋通道插入一個小電阻 R1，可以增大增益。 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)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁 共 55 頁 20 現(xiàn)諸多功能。 量程 : 0 10PPM。通電后傳感器的初始動作會引起報警，因此在設(shè)計(jì)電路時要予以充分考慮。 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。單片機(jī)外接兩片 74HC595接口芯片來驅(qū)動接報警燈和 LCD1602，鍵盤、顯示、甲醛測量電路直接接到單片機(jī)引腳。 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。(5)濃度值與健康的關(guān)系不明顯 [10]。 隨著人們對于室內(nèi)空氣污染問題的不斷深化認(rèn)識，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，一些專門從事室內(nèi)環(huán)境檢測、宣傳教育、學(xué)術(shù)研究 和學(xué)術(shù)交流、咨詢和評估的機(jī)構(gòu)開始形成；如美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會（ AIHA）專門設(shè)立了室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量 (IEQ)委員會；“國際室內(nèi)空氣質(zhì)量與氣候協(xié)會 (ISIAQ)”、“美國綠色建筑委員會 (USGBC)”和“室內(nèi)空氣質(zhì)量協(xié)會 (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，每年都要在締約國開展室內(nèi)環(huán)境方面的培訓(xùn)工作。 關(guān)鍵詞 :室內(nèi)環(huán)空 氣質(zhì)量 。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)的甲醛測定儀抑一 308 等。 (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。 (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、相對濕度、空氣流速以及新風(fēng)量等指 標(biāo)，它們對人體的熱濕平衡調(diào)節(jié)起著重要作用，對人體的健康和舒適性影響極大。 (7)光學(xué)式氣體傳感器 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁 共 55 頁 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；由于不同氣體對紅外波吸收程度不同，通過測量紅外吸收波長來監(jiān)測氣體；目前因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)關(guān)系一般造價頗高；基于本文的實(shí)時要求和性價比等方面的原因，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]。傳感器對多種還原氣體具有敏感性，對指定氣體的相對靈敏度， 取決于敏感材料的構(gòu)成及其工作溫度。靈敏度隨加熱電壓的變化如圖 所示。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 與之相連產(chǎn)生一個與甲醛濃度成正比的電流 , 該電流經(jīng)過 4～ 20MA 甲醛模塊的信號調(diào)理 ,與 I/U 變換器 RCV420 芯片轉(zhuǎn)換成 0～ 5V 的電壓。 圖 RCV420 的功能框圖 (2)使用注意事項(xiàng)： 電源和信號的連接 圖 所示是 RCV420 電源和信號的正確接法。二是采用圖 電路，在Rcv Com 腳外接低輸出阻抗運(yùn)放，這種方法可對輸出偏置電壓進(jìn)行較大范圍地調(diào)節(jié)。溫濕度傳感器一般是測量溫度量和相對濕度量。 DHT11 接收到主機(jī)的開始信號后 ,等待主機(jī)開始信號結(jié)束 ,然后發(fā)送 80us 低電平響應(yīng)信號 .主機(jī)發(fā)送開始信號 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁 共 55 頁 27 結(jié)束后 ,延時等待 2040us 后 , 讀取 DHT11 的響應(yīng)信號 ,主機(jī)發(fā)送開始信號后 ,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 啟動時序圖 總線為低電平 ,說明 DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號 ,DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號后 ,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 低電平時隙開始 ,高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是 0 還是 和 ；如果讀取響應(yīng)信號為高電平 ,則 DHT11 沒有響應(yīng) ,請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)。 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 8個 LED燈和 LCD1602，這樣能節(jié)省一部分 IO口。完成初始化后，系統(tǒng)開始采集各個傳感器模塊的參數(shù)，并根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)志 flag 的狀態(tài)，在液晶顯示與標(biāo)志狀態(tài)對應(yīng)的參數(shù)，程序會一直判斷 flag 的狀態(tài)從而決定系統(tǒng)要做什么；同時， CPU 會現(xiàn)場保護(hù) 鍵盤處理狀態(tài) 恢復(fù)現(xiàn)場 返回回 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁 共 55 頁 36 一直檢測該標(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)測參數(shù)的正確顯示。因此，用它作為室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測控制完全可以滿足實(shí)時監(jiān)測、報警等要求 。 用戶 MCU 發(fā)送一次開始信號后 ,DHT11 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式 ,等待主機(jī)開始信號結(jié)束后 ,DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號 ,送出 40bit 的數(shù)據(jù) ,并觸發(fā)一次信號采集 ,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù) .從模式下 ,DHT11 接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集 ,如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號 ,DHT11 不會主動進(jìn)行溫濕度采集 .采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。由此可見，在自 TLC549 的 I/O CLOCK 端輸入8 個外部時鐘信號期間需要完成以下工作：讀入前次 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果；對本次轉(zhuǎn)換的輸入模擬信號采樣并保持；啟動本次 A/D 轉(zhuǎn)換開始。 圖 RCV420 電源和信號的正確接法 圖 RCV420 的增益調(diào)節(jié)電路 偏置調(diào)零 有兩個方法可對 RCV420 的輸出偏置電壓進(jìn)行調(diào)零。位于放大器反饋通道中的 T 型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)用于產(chǎn)生所需要的－ 偏置電壓。 本設(shè)計(jì)采用集成 I/V 轉(zhuǎn)換器 RCV420，將電流值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的 0～ 5V電壓，再將轉(zhuǎn)換后的電壓送至 A/D轉(zhuǎn)換芯片 TLC549 轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能處理的數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)對濃度信號的檢測。通常情況下， MQ傳感器表現(xiàn)出穩(wěn)定的經(jīng)時特性，適用于免維護(hù)應(yīng)用的場合 。 圖 氧氣分壓的典型影響 (2)氣敏特性： 根據(jù)前述方程，在某一氣體濃度范圍內(nèi)（從幾十 ppm 至幾千 ppm），在工作條件下，傳感器的電阻同氣體濃度呈對數(shù)線性關(guān)系。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)；傳感器內(nèi)的加熱器可以加速氧化過程，這也是為什么有些低端傳感器總是不穩(wěn)定， 其原因就是沒有加熱或加熱電壓過低導(dǎo)致溫度太低反應(yīng)不充分； (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)測電流來監(jiān)測氣體的濃度，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)測許多有毒氣體和氧氣，后者還能監(jiān)測血液中的氧濃度；電化學(xué)傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是氣體的高靈敏度以及良好的選擇性；不足之處是有壽命的限制一般為兩年； (4)半導(dǎo)體傳感器和電化學(xué)傳感器的區(qū)別 半導(dǎo)體傳感器因其簡單低價已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是又因?yàn)樗倪x擇性差和穩(wěn)定性不理想目前還只是在民用級別使用；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)場合； (5)固態(tài)電解質(zhì)氣體傳感器 顧名思義，固態(tài)電解質(zhì)就是以固體離子導(dǎo)電為電解質(zhì)的化學(xué)電池。 IAQ 標(biāo)準(zhǔn)及室內(nèi)空氣主要污染物 目前，我國最新的室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T1888320xx，已于 20xx年 3 月正式開始實(shí)施。甲醛在常溫下是氣態(tài)，通常以水溶液形式出現(xiàn)；其 37%的水溶液稱為福爾馬林，醫(yī)學(xué)和科研部門常用于標(biāo)本的防腐保存；此溶液沸點(diǎn)為 ℃故在室溫時極易揮發(fā)，隨著溫度的上升甲醛的揮發(fā)速度加快；在我國有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單中甲醛列居第二位；甲醛已被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)；甲醛是原漿毒物，能與蛋白質(zhì)結(jié)合，吸入高 濃度甲醛后會出現(xiàn)呼吸道的嚴(yán)重刺激和水腫、眼刺痛、頭痛，也可發(fā)生支氣管哮喘皮膚直接接觸甲醛，可引起皮炎、色斑、壞死。 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁 共 55 頁 4 第二章 室內(nèi)空氣品質(zhì)基本介紹 室內(nèi)空氣品質(zhì)及認(rèn)識 室內(nèi)空氣研究的背景 用氣體傳感器測定甲醛成為近年來甲醛檢測研究的新熱點(diǎn)；早在 1983 年，壓電類甲醛傳感器就已經(jīng)出現(xiàn)；這種傳感器可以不必對樣品進(jìn)行任何處理就可以測定，但易受水分子的影響而使晶體震動頻率發(fā)生漂移，所以基本無實(shí)用性；為適應(yīng)室內(nèi)空氣甲 醛現(xiàn)場快速檢測的要求，目前已開發(fā)出不少甲醛快速測定儀，這些儀器可直接在現(xiàn)場測定甲醛濃度，操作方便，適用于室內(nèi)和公共場所空氣中甲醛濃度的現(xiàn)場測定，同時也適用于環(huán)境測試艙法測定木質(zhì)板材中的甲醛釋放量；但這些儀器的工作原理、響應(yīng)性能、適應(yīng)范圍等都各不相同 [2]。儀器采用鋰電池供電，具有良好的便攜性和通用性，并且使用 LCD1602 點(diǎn)陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機(jī)對話界面；同時設(shè)計(jì)了聲光報警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在參數(shù)超標(biāo)時及時的報警。 隨著人們生活水平的提高 , 全裝修住宅的日益擴(kuò)展 , 其室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量控制越來越引起社會各界的廣泛關(guān)注；同時人們也需要安全、舒適、可靠的家居環(huán)境。 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁 共 55 頁 6 (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)合理使用空調(diào) 包括三方面的內(nèi)容 :一是合理控制室內(nèi)的溫度濕度；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) 。溫濕度測量采用數(shù)字化溫濕度傳感器 DHT11，用 LCD1602液晶實(shí)時顯示溫濕度和甲醛值，并根據(jù)相應(yīng)的操作顯示出相應(yīng)的狀態(tài)；如：在甲醛超出預(yù)警值是出現(xiàn)報警， LCD要顯示出相應(yīng)的甲醛濃度值，并顯示提示符“ JiaQuan Alarm??！”。在敏感材料內(nèi)部，自由電子必須穿過金屬氧化物半導(dǎo)體微晶粒的結(jié)合部位（晶界）才能形成電流。 基于單片機(jī)的室內(nèi)多功能檢測系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 頁 共 55 頁 16 環(huán)境溫度的變化會改變化學(xué)反應(yīng)速度，從而影響傳感器的敏感特性。 最小分辨率 : 177。 RCV420 的相關(guān)參數(shù)及工作原理 引腳排列和引腳功能 RCV420 的引腳排列和功能分別見圖 和 表 。例如，用一個 125Ω電阻可使增益增大 1%，但 CMR 將下降約 6dB。 ANALOGIN ： 模 擬 信 號 輸 入 端 ， 0≤ANALOGIN≤Vcc ，當(dāng) ANALOGIN≥REF+電壓時，轉(zhuǎn)換結(jié)果為全 “1”(0FFH)， ANALOGIN≤REF電壓時，轉(zhuǎn)換結(jié)果為全 “0”(00H)。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。 此外， AT89S52和 AT89C系 列單片機(jī)相比新增加了許多功能，這將使單片機(jī)在工作過程中具備更高的穩(wěn)定性和電磁抗干擾性。 (2)軟件設(shè)計(jì)采用 C51 語言，鍵盤掃描采用中斷處理 (3)本設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是應(yīng)用 Keil自帶的一個專用 于 8051 單片機(jī)的實(shí)時操作系統(tǒng) RTX51； RTX51 是一個用于 8051 系列處理器多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)，RTX51 可以簡化那些復(fù)雜而且時間要求