基于单片机的室内甲醛检测仪的设计

基于单片机的室内甲醛检测仪设计基于单片机的室内甲醛检测仪设计室内空气质量直接影响人体健康，甲醛的危害是一个亟待解决的问题。因此，室内甲醛含量的测定成为一项有意义的研究。本设计主要针对住宅建筑中可能超标的甲醛含量。该设计采用电化学甲醛传感器作为数据的传感部分。与其他甲醛含量检测方法相比，该电化学甲醛传感器操作简单，成本相对较低，适用于实验研究和室内甲醛含量检测。甲醛含量采集系统可以达到0.01毫克/立方米的精度，结果显示在液晶屏幕上。当甲醛含量超过设定标准时，会发出警告。关键词：MSP430电化学传感器甲醛含量方案设计实验中，系统以MSP430F149单片机为核心，液晶显示和驱动放大电路由按键控制。1.1单片机的选择和演示方案一：系统采用MC68HC05/08系列单片机控制。它的乘除指令给编程带来了方便。然而，它的指令系统有89条指令，这不利于中央处理器的执行速度。方案二：采用MCS-51系列单片机控制系统。MCS-51系列单片机采用哈佛结构，程序存储器和数据存储器独立寻址。7寻址模式，111系统指令，简单操作适用于简单系统。方案三：MSP430F149单片机比51单片机内部资源多，晶振频率可调，编程更加灵活。总而言之，因为设计的系统简单，所以选择了第三种选择。总之，选择了选项1。1.2传感器的选择和演示检测室内甲醛含量的方法有很多。下表给出了一些典型的方法及其特点。方法优势不足之处电化学传感器方法操作简单、快捷、便携、方便。易受其他气体的干扰，可调激光吸收光谱法高灵敏度这种仪器需要高技术和高价格。差分光学吸收光谱法高灵敏度达到所需的灵敏度需要很长的光路。窄带吸收法高灵敏度要达到所需的灵敏度需要很长的光路，这不适合现场检测。衰荡腔光谱学高灵敏度光路复杂，成本高。甲醛电化学传感器的主要技术指标如下：测量范围：0-10ppm响应时间：不到50秒最大负载：50ppm输出信号：1200300纳/ppm分辨率：0.05 ppm根据上表和电化学传感器的主要技术指标，选择电化学方法进行实验。CH2O/M-10甲醛电化学传感器。1.3人机模块的选择和演示方案一：独立按键和数码管作为人机界面。编程简单可行，但显示太枯燥，独立按键不利于人机交互。方案2:人机界面采用4*4键盘和液晶显示器1602。4*4有16个键，这使得设置更加灵活，字体库使显示更加清晰，编程更加简单。采用了备选方案2。二、硬件电路设计硬件设计：传感器接口电路设计、放大电路设计、外围模块电路设计(电源模块、液晶模块、无线模块、键盘模块、串行通信模块等)。)它以单片机为核心，通过接口电路和信号放大电路接收来自传感器的信号，用集成在单片机中的模数转换器对数据进行采样，编写程序对数据进行处理，输出数据结果，即甲醛浓度，并在甲醛含量超标时发出报警。报警部分显示部分MSP430F149传感器接口电路信号放大器电路甲醛传感器模数转换系统总体流程图2.1恒电位电路原理根据甲醛传感器的工作原理，甲醛气体扩散到传感器内，并与传感器内的溶液发生氧化还原反应。工作电极的表面电极被消耗，并且一定量的电子被转移以产生电流信号。产生的电流为微安级。由于信号的产生，甲醛传感器自身的电位发生变化，导致工作电极和反电极表面之间的氧化还原反应变得不稳定。因此，应在传感器的测量电路中增加传感器的恒电位电路，以确保工作电极和参比电极之间的电压稳定性。在以下电路中，U1B部分是一个恒电位电路，它保持参考电压RET和工作电压WE之间的电压稳定性。即使甲醛与内容物溶液发生反应，WE电压仍然稳定。恒电位电路图2.2放大器电路的原理因为电压信号很弱，信号需要放大。如下图所示，信号放大电路为两级放大。一级放大U1的放大倍数可达100倍，放大倍数可通过R1调节。第二级放大U2基本上与第一级放大相同。R2调整放大系数并选择放大系数0-100。经过两级放大，符合要求。信号放大电路图2.3测量电路由于反电极ce和参比电极REF由恒电位电路控制，所以CE和REF之间的电压总是处于稳定状态。输出电流信号通过R3转换成电压信号。传感器测量电路图2.4外围模块设计便携式甲醛检测仪的硬件外围模块主要包括液晶显示模块、键盘模块、电源模块等。MSP430F149是主控芯片。其外围设备包括液晶显示模块、矩阵键盘模块、内置模数转换模块和电源模块。键盘模块用于输入和操作，显示模块用于显示单片机处理的数据。MSP430 F149显示组件键盘模块广告模块电源微型组件主控制器电路2.4.1液晶模块设计采用1602液晶显示器显示数据液晶显示电路的设计2.4.2键盘接口设计键盘模块供用户输入数据，启动或暂停仪器工作，实现人机交互。该设计采用4*4矩阵键盘。44矩阵键盘的电路设计2.4.5模数转换模块MSP430F149具有自己的模数转换模块，因此不需要额外的设计，可以节省时间和降低成本。MSP430的模数转换器模块为12位，有12个模拟通道。3.软件设计3.1总体软件设计c语言用于编程，方便快捷。仪器通过按键启动，如有必要，可设置甲醛上限报警。整个系统由主程序、中断服务程序模块、数据处理模块和显示子程序模块组成。以下是系统流程图。通电后，按启动按钮进入主界面。您可以在主界面中选择要控制的数量。不是模块初始化主接口设置上限设置采样间隔恢复出厂设置再生显示显示是不完整开始目标系统流程图3.2数据采集与处理模块的设计键盘控制是否进行采样，并设置采样间隔时间。键盘输入信号经单片机处理和反射后，控制模数转换器进行数据采集。并处理收集的数据。不不是是初始化键盘取样？开始采样读取高阶数据的地址并读取高阶数据读取较低数据的地址并读取较低数据。取样完成了吗？计算甲醛含量开始目标数据采集与处理模块流程图3.3显示模块设计仪器显示模块采用液晶显示器1602，可显示数字和字符。所使用的驱动功能包括液晶写数据功能、液晶写命令功能、液晶读数据功能、液晶读状态功能、液晶初始化功能、在指定位置显示字符功能的液晶以及在指定位置显示字符串功能的液晶。在显示模块的所有功能中，本主题中使用的液晶显示器驱动功能，液晶显示器初始化功能已经包括初始化和屏幕清洁两大功能。此外，在指定位置显示字符串的功能还包括设置显示位置和显示字符串两个主要功能，因为在本主题的实际编程中，液晶显示模块的设计相对简单。开始目标初始化清除屏幕显示字符显示数字显示模块流程图V.结论仪器的到达精度为0.01毫克/立方米。主要错误来源是：1.由于模数转换导致的错误模数转换产生量化误差，量化误差与模数分辨率一致。量化误差是由有限数量的模拟值的量化引起的。因此，量化误差理论上是一个单位分辨率，即1/2LSB。提高模数转换器的分辨率可以减少量化误差。2.相对湿度引起的干扰电化学传感器包含能与待测物质发生化学反应的电介质。在与电介质发生化学反应之前，甲醛必须与少量水分子结合。因此，少量的水分子是必要的。然而，过量水分子的存在会对电极造成干扰，因为水分子也会在电极上分解形成电流。当室外甲醛含量为0时，如果空气相对湿度超过45%，输出电压不为零。如果空气的相对湿度小于45%，传感器中的水分将扩散，输出电压将为负。3.其他气体的影响空气中还含有其他与电极的氧化还原反应，如二氧化硫等。如果可以测量这些气体的含量，可以在软件部分进行补偿或校正。该仪器的优点是传感器选择选用精度较高的电化学甲醛传感器，分辨率达到0.01ppm，满足精度要求，减少了量化误差。在软件设计方面，对湿度和气体干扰引起的误差进行了补偿，提高了测量精度。参考1孙伟。棉纺织厂甲醛释放的研究。天津理工大学，2008。2谢粤东。基于的室内甲醛检测仪的设计。太原理工大学，2012凌振宝等.基于MSP430单片机的智能变送器设计J.仪器技术与传感器，2003(8)。朱，罗建波，等.甲醛气体传感器的研究进展J.中国测试技术，2008，3