仝慶華

（1.中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，山西太原 030051；2.山西大同大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，山西大同 037009）

基于單片機(jī)的甲醛監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)

仝慶華1，2

（1.中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，山西太原 030051；2.山西大同大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，山西大同 037009）

此監(jiān)測顯示報(bào)警系統(tǒng)主要由單片微型計(jì)算機(jī)作為控制核心，通過氣體傳感器采集信號(hào)、信號(hào)放大，數(shù)模轉(zhuǎn)換，按鍵控制，并經(jīng)過LED顯示報(bào)警電路顯示結(jié)果。從甲醛氣體傳感器出來的微電流信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)放大電路將信號(hào)放大，再通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)80C51內(nèi)，然后由單片機(jī)及時(shí)進(jìn)行處理。如果甲醛濃度超標(biāo)，單片機(jī)便會(huì)發(fā)出一系列信號(hào)去控制相關(guān)的報(bào)警設(shè)備。

傳感器；單片機(jī)80C51；報(bào)警電路

目前，封閉式的裝修方式和許多裝修材料造成了室內(nèi)空氣污染物的超標(biāo)（我國于2002年發(fā)布的《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定甲醛的標(biāo)準(zhǔn)值是0.10mg/m3即0.075ml/m3），嚴(yán)重危及居住者的健康。甲醛就是危害性最強(qiáng)的室內(nèi)污染物之一，甲醛是一種原生質(zhì)毒物，對(duì)人體健康的危害具有長期性、潛伏性、隱蔽性等特點(diǎn)。因此建立低濃度的甲醛氣體檢測方法具有極其重要的意義。

1 甲醛氣體檢測方案

近年來，發(fā)展了多種甲醛檢測方法，如分光光度法、色譜法、熒光法等物理儀器檢測和傳感器檢測等［1-3］。氣體傳感器法是將氣體濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的方法，根據(jù)氣敏特性分類主要有半導(dǎo)體式、固體電解質(zhì)、電化學(xué)式等幾類，其中電化學(xué)式傳感器是將氣體濃度信號(hào)直接變換為電流信號(hào)，便于電路設(shè)計(jì)且信號(hào)準(zhǔn)確，靈敏度高和選擇性好。傳感器法避免了使用復(fù)雜的儀器設(shè)備，具有操作簡單，價(jià)格低廉，體積小，檢測下限低和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在氣體檢測領(lǐng)域占有重要地位［4-7］。

2 室內(nèi)甲醛監(jiān)測顯示報(bào)警硬件系統(tǒng)

室內(nèi)甲醛監(jiān)控顯示報(bào)警硬件系統(tǒng)由AT89C51單片機(jī)、按鍵、顯示電路、傳感器、信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路等電路組成，其中顯示部分采用74LS164和LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示，報(bào)警電路采用固體繼電器與蜂鳴器控制報(bào)警。系統(tǒng)所用的傳感器是感應(yīng)氣體濃度的改變，將其濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。而電信號(hào)很微小，必須采用信號(hào)放大電路對(duì)其放大，否則將無法正確檢測甲醛氣體濃度。其信號(hào)放大電路如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)信號(hào)放大電路

此顯示電路采用串連輸入并聯(lián)輸出的串并轉(zhuǎn)換芯片74LS164與數(shù)碼管LED進(jìn)行顯示。其中，芯片74LS164串行接口為移位寄存器，LED靜態(tài)顯示分別用6位7段的驅(qū)動(dòng)器，低電平有效的片選信號(hào)連接到74LS164時(shí)鐘輸入CLK端。每次輸出其中一段編碼值到顯示數(shù)字的7段編碼中，連續(xù)送八次可在LED上顯示一位數(shù)字，其電路連接如圖2所示。此系統(tǒng)使用的是靜態(tài)顯示，共陽極的LED數(shù)碼管。此外設(shè)計(jì)中所用的按鍵電路是通過按鍵和上拉電阻構(gòu)成，按鍵電路如圖3所示。

圖2 顯示電路

圖3 按鍵電路

報(bào)警電路，當(dāng)現(xiàn)場甲醛氣體濃度達(dá)到一定值時(shí)，啟動(dòng)閃光、聲音報(bào)警。閃動(dòng)的指示燈，特定的聲音能引起人們的注意和警覺。

除了以上電路外，還包括電源、振蕩、復(fù)位等電路才能使80C51單片機(jī)正常工作，振蕩頻率設(shè)定為12MHz。給80C51加電時(shí)，需要對(duì)80C51進(jìn)行一次復(fù)位操作，復(fù)位操作將使80C51的工作環(huán)境置成初始狀態(tài)，并從開始運(yùn)行。

3 甲醛氣體監(jiān)測報(bào)警的程序流程圖

總程序設(shè)計(jì)包括甲醛氣體傳感器，信號(hào)放大電路模塊，數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊設(shè)計(jì)、按鍵模塊設(shè)計(jì)、LED顯示部分設(shè)計(jì)、聲光報(bào)警模塊設(shè)計(jì)等。各個(gè)程序流程圖如圖4所示。甲醛監(jiān)測顯示報(bào)警系統(tǒng)總電路圖如圖5所示。

圖4 程序流程圖

本系統(tǒng)采用模塊設(shè)計(jì)的思想，自上而下把一個(gè)大的電路系統(tǒng)分成好幾個(gè)小模塊電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并針對(duì)各個(gè)模塊電路設(shè)計(jì)出合理的電路圖，最后將各個(gè)小模塊組合成一個(gè)完整的甲醛監(jiān)測顯示報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)甲醛濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測，它自動(dòng)及時(shí)地對(duì)異常情況做出處理，避免人工操作帶來的問題，最大限度地減少了損失。

圖5 總電路圖

［1］金喜平.智能儀器設(shè)計(jì)［M］.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

［2］單成祥.傳感器的理論與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及應(yīng)用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1999.

［3］潘永雄.新編單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

［4］張國雄，金篆芷.測控電路［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［5］張洪潤，張亞凡.傳感器技術(shù)與實(shí)驗(yàn)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［6］何立民.單片機(jī)中級(jí)教程--原理與應(yīng)用［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

［7］包敬民，李向倉.微弱信號(hào)的檢測技術(shù)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29（21）：65-66.

〔編輯 李?！?/p>

Formaldehyde Display and Alarm Detector based on SCM

TONG Qing-hua1，2
（1.School of Information and Communicatin Engineering，North University of China，Taiyuan Shanxi，030051；2.School of Physics and Electronics Sciene，Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037009）

Formaldehyde display and alarm detector include the formaldehyde gas sensor，signal amplification circuit，A/D conversion，SCM 80C51，display circuit，keyboard control，alarm circuit and so on.To begin with，micro-electric current signal from the sensor is enlarged by the signal amplification circuit，in the second place，it is converted the digital signal by A/D conversion，finally，it is ran into 80C51 and is handled by it.If the density of formaldehyde is above standard，the signal chip computer will generate a train of signals to control connected the alarm equipments.

formaldehyde gas sensor；SCM 80C51；alarm and display instrument

TP393

A

1674－0874（2011）02－0020－03

2011－03－06

山西省普通高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目［2009］

仝慶華（1966－）男，山西大同人，在讀碩士，副教授，研究方向：電子技術(shù)。

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