基于单片机室内甲醛检测仪设计.docx
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基于单片机室内甲醛检测仪设计
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鉴于单片机的室甲醛检测仪的设计
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鉴于单片机的室甲醛检测仪的设计
纲要：
室空气质量的利害直接影响到人体的健康，此中甲醛的危害更是亟待解决
的问题。
所以，测定室甲醛含量也成为一个具存心义的研究。
本设计主要针对居
民住楼的甲醛含量可能超标设计的。
设计采纳电化学甲醛传感器作为数据的感知
部分，电化学甲醛传感器器较其余的甲醛含量检测方法操作简单，成真相对较低，
适适用于实验的研究和室甲醛含量的检测。
该甲醛含量收集系统能够达到
的精度，而且将结果用液晶屏显示出来，当甲醛含量超出设定标准
是发出警示。
重点词：
MSP430电化学传感器甲醛含量
一方案设计
实验以MSP430F149单片机作为系统的核心，经过按键控制液晶显示和驱动
放大电路。
1.1单片机的选择论证
方案一：
采纳MC68HC05/08系列单片机对系统进行控制。
其乘法和除法指
令给编程带来了便利。
可是其指令系统共有89条指令，不利于CPU的履行速度。
方案二：
采纳MCS-51系列单片机对系统进行控制。
MCS-51系列单片机采
用哈佛系统构造，其程序储存器和数据储存器独立编址。
7中寻址方式，111条
系统指令，操作简单合适于简单系统。
方案三：
MSP430F149单片机部资源比51单片机丰富，而且拥有能够调理
的晶振频次，是编程更为灵巧。
综上所述因为设计的系统简单，所以选择方案三。
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综上所述选择方案一。
1.2传感器的选择论证
检测室甲醛含量的方法有很多种，以下表格给出一些典型的方法和其特色。
方法
长处
弊端
电化学传感器法
操作简单迅速便携方便
易受其余气体扰乱，
可调激光汲取光谱法
敏捷度高
仪器要求工艺高，价钱过
高
差分光学汲取光谱法
敏捷度高
需要很长光程方可达到
要求的敏捷度
窄带汲取法
敏捷度高
需要很长光程方可达到
要求的敏捷度，不合适现
场检测
衰荡腔光谱法
敏捷度高
光路复杂，成本高
甲醛电化学传感器的主要技术指标以下：
丈量围：
0—10ppm
响应时间:
小于50秒
最大负荷：
50ppm
输出信号：
1200±300Na/ppm
分辨率：
0.05ppm
依据以上表格和电化学传感器的主要技术指标，选择电化学法进行实验。
CH2O/M-10型号的甲醛电化学传感器。
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1.3人机模块的选择论证
方案一：
采纳独立按键和数码管作为人机接口。
编程简单可行，可是显示过
于乏味，独立按键不利于人机交互。
方案二：
采纳4*4键盘和LCD1602作为人机接口。
4*4拥有16个按键，设
置更为灵巧，拥有字库使显示更为了然，编程简单。
采纳方案二。
二硬件电路设计
硬件设计部分：
传感器接口电路设计，放大电路设计，外头模块的电路设计（电
源模块，液晶显示模块，无线模块，键盘模块，串口通讯模块等）
以单片机为核心，接收到传感器经过接口电路、信号放大电路后的的信号，在单
片机部集成的AD对数据进行采样，编写程序对数据进行办理，将数据结果即甲
醛的浓度输出，而且，假如甲醛的含量超标则报警。
甲醛传感器
传感器接口电路
信号放大电路
AD变换
显示部分MSP430F149报警部分
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系统总流程框图
2.1恒电位电路原理
由甲醛传感器的工作原理可知，甲醛气体扩散至传感器部，在与传感器部的溶液
发生氧化复原反响，工作电极的表面电极被耗费，转移必定量的电子数量，进而
产生电流信号，产生的电流为微安级。
因为信号的产生，甲醛传感器自己的电位
发生变化，致使工作电极与对电极表面的氧化复原反响变得不稳固，所以在传感
器的丈量电路里，应加入传感器的恒电位电路，以保证工作电极与参照电极之间
的电压稳固。
在以下电路中U1B部分为恒电位电路，保持参照电压RET和工作电压WE之间
的电压稳固，即便甲醛与容溶液发生化学反响，WE电压依旧稳固。
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恒电位电路图
2.2放大电路原理
因为电压信号很轻微，需要进行信号的放大。
以下列图所示，该信号放大电路为二
级放大，第一级放大U1的放大倍数最高可达100倍，而且能够经过R1调理放
大倍数。
第二级放大U2与第一级放大基本一致，由R2调理放大倍数，选择0
—100的放大倍数。
经过两级放大，已经能够知足要求。
信号放大电路图
2.3丈量电路
因为对电极CE和参照电极REF由恒电位电路控制，CE和REF之间的电压
向来处于稳固状态。
输出的电流信号经过R3，变换成电压信号。
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传感器的丈量电路电路图
2.4外头模块设计
便携式甲醛检测仪的硬件外头模块主要包含液晶显示模块，键盘模块，电源
模块等。
MSP430F149作为主控芯片，其外头设施有液晶显示模块，矩阵键盘模
块，置AD变换模块以及电源模块。
键盘模块用于输入和操作，显示模块用于显
示经过单片机办理过的数据。
键盘模块
AD模块
显示模块
MSP430
F149
供电模块
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主控制器电路
2.4.1液晶模块设计
采纳1602液晶显示以显示数据
液晶显示电路设计
2.4.2键盘界面设计
键盘模块是为了让用户输入数据，启动或暂停仪器的工作，实现人机互动。
设计采纳4*4矩阵键盘。
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4*4矩阵键盘电路设计
2.4.5模数变换模块
MSP430F149自带模数变换模块，不需要此外设计，能够节俭时间降低成本。
MSP430的ADC模块为12位，有12个模拟通道。
三软件设计
3.1软件整体设计
采纳C语言进行编程，方便快捷。
经过按键启动仪器，假如需要能够设置甲
醛上限报警，整个系统由主程序，中止服务程序模块、数据办理模块和显示子程
序模块构成。
以下为系统流程图，供电后，按下启动按键即可进入主界面。
在主界面里可
以选择需要控制的量。
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开始
模块初始化
主界面
设置上限设置采样间隔恢复出厂设置
否
显示是
否达成
是
刷新显示
结束
系统流程图
3.2数据收集办理模块设计
由键盘控制能否进行采样并设定采样的间隔时间，键盘输入信号，经由单片
机办理并反应，控制ADC进行数据的收集。
并将收集回来的数据进行办理。
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开始
初始化
键盘
否
采样？
是
开始采样
读高位数据的地
址，读高位数据
否
读低位数据的地
址，读低位数据
采样完成？
是
计算甲醛含量
结束
数据收集办理模块流程图
3.3显示模块设计
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仪器的显示模块采纳LCD1602，能够显示数字和字符。
所用到的驱动函数包
括：
液晶写数据函数、液晶写命令函数、液晶读数据函数液晶读状态函数、液晶
初始化函数、液晶在指定地点显示一个字符函数以及液晶在指定地点显示一串字
符函数。
显示模块的全部功能，关于本课题所用的LCD1602驱动函数，此中的
液晶初始化函数已经包含了初始化和清屏两大功能，别的，在指定地点显示一串
字符的函数也已经包含了设置显示地点和显示字符串的两大功能，因为在本课题
的实质编程中关于液晶显示模块的设计相对来说比较简单。
开始
初始化
清屏
显示数字
显示字符
结束
显示模块流程图
五．结论
仪器抵达的精度为主要的偏差根源：
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1.AD变换产生的偏差
AD变换产生量化偏差，量化偏差和AD的分辨率是一致的，量化偏差是因为有
限数字对模拟数值进行量化而惹起的偏差。
所以，在理论上量化偏差为一单位分
辨率，即±1/2LSB。
提升AD的分辨率能够减小量化偏差。
2.相对湿度惹起的扰乱
电化学传感器中含有能与被测物质起化学反响的电介质，甲醛一定与少许的水分子联合后才与电介质发生化学反响。
所以少许的水分子存在时必需的。
但是，过多的水分子的存在，会在电极上惹起扰乱，以因为水分子也会在电极上被分解而形成电流。
当外界甲醛的含量为0时，假如空气的相对湿度超出45%，则输出的电压不为零。
假如空气相对湿度低于45%，传感器中的水分向外散出，输出电压为负。
3.其余气体的影响
在空气中还含有其余可与电极发生氧化复原反响，比方二氧化硫等。
假如能够测
出这些气体的含量，则能够在软件部分作出赔偿或许修正。
仪器的优势是：
在传感器的选用上，选择了精度更高的电化学甲醛传感器，
分辨率达到0.01ppm，达到精度要求，也减小了量化偏差。
在软件设计方面，将
湿度随和体扰乱产生偏差进行赔偿，提升丈量的精度。
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参照文件
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