基于单片机的甲醛监测系统设计开题报告

1 1 文献综述文献综述 1 1 1 1 本课题的意义本课题的意义 新房装修室内甲醛 装修异味等污染物已成为危害人类健康的 隐形杀手 5 大 环境因素之一 室内甲醛 装修异味对自身健康造成危害 不仅影响工作学习 更会 因污染引发白血病 肺癌等 新装修的房间或购买的新家具有刺眼 刺鼻等刺激性异 味 房子里一般甲醛都会超标 家装后的第一年 特别是前半年是甲醛 苯等有害气 体的强释放期 甲醛的挥发时间长达 3 15 年 1 因建筑污染引起的年死亡人数已达 11 1 万人 每天大约 304 人 2 专家指出 甲醛对人体健康的影响非常大 它能够导致人患上几十种疾病 世界 卫生组织更是明确指出 甲醛致癌 近年的研究表明 甲醛能够导致人患上的癌症达 到十余种 甲醛是无色 具有强烈气味的刺激性气体 其35 40 的水溶液通称福尔马林 甲醛是原浆毒物 能与蛋白质结合 吸入高浓度甲醛后 会出现呼吸道的严重刺激和 水肿 眼刺痛 头痛 也可发生支气管哮喘 皮肤直接接触甲醛 可引起皮炎 色斑 坏死 经常吸入少量甲醛 能引起慢性中毒 出现粘膜充血 皮肤刺激症 过敏性皮 炎角化和脆弱 甲床指端疼痛 孕妇长期吸入可能导致新生婴儿畸形 甚至死亡 男 子长期吸入可导致男子精子畸形 死亡 性功能下降 严重的可导致白血病 气胸 生殖能力缺失 全身症状有头痛 乏力 胃纳差 心悸 失眠 体重减轻以及植物神 经紊乱等 各种人造板材 刨花板 密度板 纤维板 胶合板等 中由于使用了脲醛 树脂粘合剂 因而可含有甲醛 新式家具的制作 墙面 地面的装饰铺设 都要使用 粘合剂 凡是大量使用粘合剂的地方 总会有甲醛释放 此外 某些化纤地毯 油漆 涂料也含有一定量的甲醛 据了解 甲醛已经成为居室的头号杀手 大多数资料表明 甲醛引起人体机能异常的作用含量均0 12mg m3 以上 3 长期吸入过量的甲醛 会 使人患上慢呼吸道疾病 过敏 鼻咽癌 尿毒症等癌症 造成不孕不育 以及孕妇的 流产 胎儿畸形等 甲醛对于新生儿和青少年的危害更是巨大 严重影响他们的健康 成长 依据我国室内空气的卫生标准 甲醛最高允许浓度为 0 08 mg m3 4 然而 近 几年国内众多用户装修和新买的家具甲醛严重超过此标准 而致死和致癌等案例 甲 醛是一种破坏生物细胞蛋白质的原生质毒物 会对人的皮肤 呼吸道及内脏造成损害 麻醉人的中枢神经 可引起肺水肿 肝昏迷 肾衰竭等 目前甲醛污染问题主要集中 于居室装饰材料和家具中的胶合板 纤维板 刨花板等人造板中含有大量以甲醛为主 的脲醛树脂 各类油漆 涂料中都含有甲醛 由此可见 甲醛污染问题已普及到生活 毕业设计 论文 开题报告 中的每一个角落 严重威胁人体健康 应引起人们的高度关注 甲醛含量已成为当今居室污染监测的一项重要安全指标 因此研究一种市民可以 在自己家中独立完成的 简便 灵敏 快速 直观 准确 经济的甲醛检测仪器会极 大的改善人们的生存环境 提高人们的生活质量 让人们更分健康的活动 1 1 2 2 国内外发展现状国内外发展现状 甲醛检测方法 目前 国内外居室 纺织品 食品中甲醛检测方法主要有分光 光度法 电化学检测法 气相色谱法 液相色谱法 传感器法等 分光光度法是基于不同分子结构的物质对电磁辐射的选择性吸收而建立的一种 定性 定量分析方法 分光光度计方法的基本原理是在铵盐超过剂量的情况下 且在 PH 为 5 5 7 0 的条件下 甲醛和乙酰丙酮生成黄色的碳酸化合物 5 甲醛 检测研究进展 是居室 纺织品 食品中 甲醛检测最常规的一种方法 目前涉及到 的有乙酰丙酮法 酚试剂法 AHMT 法 品红一 亚硫酸 变色酸法 间苯三酚法 催化光度法等 每种检测方法所偏重的应用领域不同 并各有其优点和一定的局 限性 电化学传感器的检测方法 是将检测物质的浓度信息直接转变为电信号 因 具有使用简便 体积小 检出限低等优点 得到了广泛的重视和应用 6 电化学 分析法是基于化学反应中产生的电流 伏安法 电量 库仑法 电位 电位 法 的变化 判断反应体系中分析物的浓度进行定量分析的方法 用于甲醛检测 的有极谱法和电位法 2 种 色谱具有强大的分离效能 不易受样品基质和 试剂颜色的干扰 气相色谱法 是一种分离技术 利用物质的沸点 极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离 7 对复杂样品的检测灵敏 准确 可直接用于居室 纺织品 食品中对甲醛的分 析检测 也可将样品中的甲醛进行衍生化处理后 再进行测定的 常用的衍生剂 有 2 4 一二硝基苯肼 DNPH 眯唑 乙硫醇 硫酸肼等 隋雪燕等将样品中的 甲醛与 DNPH 衍生化 生成 2 4 一二硝基苯腙 经甲苯或正己烷萃取 用毛细管 或填充柱气相进行色谱分离 再用电子捕获检测器 检测 根据保留时间和峰高进 行定性和定量检测 检出限为 0 001 5 mg L 其中乙醇 丙酮 二氧化硫 氮 氧化物等均不会产生干扰 陈笑梅等驯将样品中甲醛与 DNPH 衍生化后 经萃取 用高效液相色谱 进行分离 用紫外检测器检测 根据保留时间和峰面积进行定性 和定量检测 检出限可达 0 05 mg Lt 驯 居室 纺织品 食品中样品组分一般较 复杂 干扰组分多 甲醛含量又低 常规检测方法中需耗费大量的时间精力进行分 离 浓缩等预处理后再进行检测 色谱法灵敏度高 定量准确 抗干扰性强 可 直接用于居室 纺织品 食品中甲醛的检测 色谱法测定范围 若以0 2L min 流量采样 20L 时 测定范围为 0 02 1mg m3 检出下限 0 01mg m3 但是色谱 毕业设计 论文 开题报告 法对设备要求较高 衍生化时间长 萃取等步骤 操作过程烦琐 不适合于一般 实验室和家庭的现场快速检测 难以满足市场需求 用于检测甲醛的传感器有 电化学传感器 光学传感器和光生化传感器等 不 同金属的二元氧化物与贵金属历掺杂极大的提高了传感器的灵繁度 8 电化学传 感器驯结构比较简单 成本比较低 其中高质量的产品性能稳定 测量范围和分 辨率基本能达到 室内环境检测 的要求 还有一种半导体气体传感器是由掺锡氧化羟 基 羟基 的功能化多壁碳纳米管 碳纳米管 制作的室内甲醛浓度的检测装置 9 但缺点是所受 干扰物质多 且由于电解质与被测甲醛气体发生不可逆化学反 应而被消耗 故其工作寿命一般比较短 光学传感器价格比较贵30 且体积较大 不适用于在线实时分析 使其使用的广泛性受到限制 虽然光生化传感器提高了选 择性 但是由于酶的活性以及其它因素导致传感器不稳定 缺乏实用性 而且一 般甲醛气体传感器 的价格过高 难以普及 单片机具有通用性强 体积小 价格低 稳定可靠等优点 在智能产品 测控系统 等领域得到了广泛的应用 10 利用单片机实现室内甲醛测试系统 还可以根据具体的 需要对系统进行适当的修改 1马德林 浅述室内空气中甲醛的危害 黑龙江科技信息 2011 20 7 2郭圣志 室内环境专家研讨 WHO 甲醛致癌公报 建设科技 2005 6 52 3汤波 室内空气中的甲醛检测及控制 环境科学与管理 2006 5 169 170 4袁鹰 刘明源 室内甲醛污染的检测分析 广州化工 2011 9 149 151 5袁国琴 沈红辉 甲醛检测研究进展 中国科技博览 2010 36 185 6邹莹 许婷 壮亚峰 传感技术用于甲醛测定的研究 环境科学与管理 2011 3 87 91 7Ning Hana Yajun Tiana Xiaofeng Wua Yunfa Chena Improving humidity selectivity in formaldehyde gas sensing by a two sensor array made of Ga doped ZnO China Chinese Academy of Sciences 2009 8Jing Wanga Li Liu An enrichment method to detect low concentration formaldehyde China College of Electronic Science and Engineering 2008 9崔玉玲 基于单片机的室内甲醛测试系统 电子设计应用 2007 9 123 124 10 李国光 浅谈空气苯含量气相色谱法检测 中国新技术新产品 2011 10 158 2 2 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径 2 2 1 1 系统总概述系统总概述 毕业设计 论文 开题报告 本论文主要完成甲醛检测仪软件设计 设计内容包括 A D 转换器程序 控制程 序 超标报警 键盘检测 数据显示等 本系统采用单片机为控制核心 以实现便携式甲醛检测仪的基本控制功能 系统 主要功能内容包括 数据处理 时间设置 开始测量 超标报警 键盘检测 自动休 眠 仪器若不进行称量操作 5 分钟后自动进入休眠模式 以降低电源消耗 本系统设计采用功能模块化的设计思想 系统主要分为总体方案设计 硬件和软 件的设计三大部分 2 2 2 2 硬件设计硬件设计 硬件设计部分主要包括 MCU A D 时钟芯片 LCD 外围扩展数据 RAM 等芯 片的选择 硬件主电路设计 数据采集 模数转换电路设计 液晶显示电路设计 外 围扩充存储器接口电路 时钟电路 复位电路 键盘接口电路等功能模块电路设计 2 2 3 3 软件设计软件设计 软件设计部分主要包括 编写语言的选择 主程序 子程序流程的设计 功能模块 程序的编写 软 硬件结合调试与演示 主要包括一下功能模块 52 驱动 检测 液晶 显示 时钟 键盘 模数软换 2 2 4 4 硬件结构框图硬件结构框图 2 2 1 1 图 2 1 2 2 5 5 软件结构框图软件结