甲醛浓度测试子系统

摘要:本文设计了一个基于单片机的溶度测试仪,可现场实时测量甲醛的浓度值。当其浓度值小于设定的标准值(可按键修改)时绿色指示灯亮,可以入住;当超过规定的标准值时,系统报警。

关键词:甲醛;传感器;单片机

中图分类号:TP315 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 06-0000-01

Formaldehyde Concentration Test Subsystem

Yang Wei

(Electronic&Information Institute of Nanchang Technology College,Nanchang330044,China)

Abstract:This paper designed a solubility tester based on MCU.It can measure live real-time concentration of the formaldehyde.When the concentration is less than the standard value set(which can modify by set the button)when the green indicator light,you can stay;when exceeds the standard value,the system alarm.

Keywords:Formaldehyde;Sensor;MCU

一、系统组成

本系统主要由单片机控制模块,传感器模块,AD转换模块和键盘显示模块组成。系统的整体框图如图1所示。系统采用了多个传感器,目的是为了检测到各点的甲醛浓度,通过相应的算法提高测试的精度和准确度。

图1 系统总体设计框图

二、系统设计

(一)单片机控制模块

单片机控制模块采用目前比较通用的STC89S51单片机,其支持在线编程,程序调试方便快捷。其内部结构和功能和一般的51单片机一样,有4KB的程序存储器,完全满足设计的要求。

(二)传感器模块

1.传感器的选型

本设计选用了MEMBRAPOR公司原装进口的电化学气体传感器H20/S-10,来采集甲醛信号,在含有甲醛的空气中,挥发的甲醛气体与传感器的贵金属电极发生氧化还原反应,产生与挥发的甲醛浓度成正比的电信号。CH20/S-10是电流型传感器,它是在控制扩散的条件下运行的,样气的气体分子被吸收到电化学敏感电极,经过扩散介质后,在适当的敏感电极电位下气体分子发生电化学反应,这一反应产生一个与气体浓度成正比的电流。

2.传感器调理电路的设计

由于传感器输出的是电流,因此,要通过I/U转换电路把电流转换成电压形式,然后在经过A/D转换器,转换后的数据送单片机处理。本系统中的I/U(电流/电压)转换,采用RCV420来实现。RCV420是美国RURR～BROWN公司生产的精密电流环接收器芯片,用于将4～20mA输入信号转换成为0～5V输出信号,具有很高的性能价格比。

传感器调理电路,首先是由甲醛传感采集空气中的甲醛数据,然后产生一个与甲醛浓度成正比的电流,传感器输出的是标准的4～20mA的信号,为了满足后续电路的需要采用两个运算放大器组成I/V转换电路,采用RCV420集成芯片,将电流转换成0～5V的电压。该电压经过AD转换器与89s51单片机相连,在显示器上显示出甲醛的浓度值,当超过国家规定的标准时报警。

(三)A/D转换模块

本系统的A/D转换模块采用AD574A转换芯片来实现。AD574是一个完整的12位逐次逼近型带三态缓冲器的A/D转换器。具有低噪声、低功耗、高精度、高分辨率和高采样率的优点。本设计采用AD574全部12位进行AD转换,达到了很好的效果。

为了提高系统的测试的准确度,本系统采用了多个甲醛传感器对环境的甲醛浓度进行测量,由CMOS八选一多路开关CD4051实现各路传感信号的选择,它相当于一个单刀八掷开关,开关接通哪一通道,由输入的3位地址码ABC来决定。CD4051导通电阻小,CD4051在常温下的导通电阻为几百欧姆。供电电压范围较宽,速度相对较快,控制简单。然后通过取平均值的方法,得出准确的浓度值。

(四)键盘显示模块

随着人们的需求和科学技术的发展,液晶显示(LCD)技术越来越受到欢迎,它具有功耗低、体积小、重量轻和超薄型等优点,技术含量高,还具有性能价格比好、接口控制方便和显示界面友好特点。

本系统采用LCD12864来实现显示功能。LCD12864可以显示8x4行16x16点阵的汉字,也可以完成图形的显示。且内部带有国标的字库。技术成熟,操作方便,显示界面友好。

由于本电路使用的按键较少,所以设计采用了接单的独立式按键。

(五)其他辅助电路

1.报警电路

根据系统的需要,我们设计了一个声光报警电路,当甲醛浓度小于规定值时,控制单片机使P1.2输出低电平,绿色LED亮,表示可以入住。但甲醛浓度高于标准值,控制使得P1.3为低电平,P1.4为高电平,这样红色LED便会亮,且蜂鸣器响。

2.电源电路

由于本系统的D/A转换芯片AD574需要±15V的电压,其它器件使用+5V电压。因此在设计系统电源时,我们首先将220V的交流电经开关电源变换成+5V的直流电压,然后一路接至系统;另一路接至双路输出、开关型稳压器MAX743,通过MAX743就得到了±15V的电压。这样来满足系统对不同电源电压的需求。

三、结束语

本文对利用单片机实现室内甲醛浓度测量进行了比较全面的描述和分析,所实现的甲醛浓度测量系统具有比较全面的功能。该测量系统操作方便、性价比适宜、运行可靠,测量精度高,还可以根据具体的需要对系统进行适当的修改。

参考文献:

[1]崔玉玲.基于单片机的室内甲醛测试仪[J].电脑学习,2007,06

[2]陈晓龙,黄元庆.室内空气甲醛气体实时检测设计[J].中国仪器仪表,2007,04