基于單片機的甲醛檢測控制系統(tǒng)

廣東省深圳市午越物業(yè)管理有限公司 廣東 深圳 518052

本實用涉及控制系統(tǒng)領域技術，主要指一種基于單片機為處理器的甲醛檢測控制系統(tǒng)。甲醛檢測儀一般有基于定點位電化學傳感器原理、基于半導體氣敏傳感器和基于化學變色原理三種類型。其中，使用是定點位電化學傳感器原理的甲醛檢測儀一般采用連續(xù)采樣測量，可根據(jù)設定的測量時間多次測量得到平均值為測量結果，儀器的響應時間較快，一般1分鐘能夠達到穩(wěn)定的示值，但是存在價格昂貴，維修不便的缺陷。又，使用半導體氣敏傳感器的儀器相應時間較慢，大多為報警儀器，精度較差，不能用于現(xiàn)場所析檢測。又有，基于化學變色原理的甲醛檢測管和甲醛試劑診斷盒，響應時間較長，且根據(jù)反應原理的不同而有較大的差異。除此之外，這些甲醛檢測儀都是單一的檢測，沒有形成系統(tǒng)控制。對于地下封閉場所、居家環(huán)境等，無法實現(xiàn)智能檢測以及自動通風。

前言

本實用針對現(xiàn)有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種基于單片機的甲醛檢測控制系統(tǒng)，解決了封閉空間全機械通風設備自動啟?？刂?、精確監(jiān)測了封閉場所甲醛超標帶來的危害，科學的適時精準運行提高了環(huán)境質量同時節(jié)能效果顯著。

為實現(xiàn)上述目的，本實用采用如下之技術方案：

一種基于單片機的甲醛檢測控制系統(tǒng)，包括STC單片機，是控制系統(tǒng)的核心部件，通過端口進行數(shù)據(jù)采集輸入和邏輯輸出控制，所述STC單片機是采用STC公司的STC12C5 A32S2單片機；

甲醛電化學傳感器，采用Membrapor公司的CH20/M-10電化高性能的傳感器，其工作電壓：12v，傳感器量程：0-10Pppm，分辨率：0.01ppm，響應時間：＜50s，測量線性誤差：＜1.0%；

數(shù)據(jù)采集組合，包含依次電性連接的高精度電流變送電路、電流/電壓轉換電路、高精度運算放大器、射極跟隨器和A/D轉換電路，該高精度電流變送電路電性相接于所述甲醛電化學傳感器，該A/D轉換電路接于STC單片機上；

LCD液晶顯示器，電性連接于所述STC單片機，構成人機交互界面；

電機驅動電路，其一端接于排風機的電機，用于驅動電機，另一端電性相接于STC單片機；

所述甲醛電化學傳感器采集的數(shù)據(jù)經高精度電流變送電路、再到電流/電壓轉換電路、再到高精度運算放大器進行放大、再經射極跟隨器、再到A/D轉換電路進行模數(shù)轉換后送入STC單片機進行邏輯運算處理執(zhí)行，當甲醛濃度超標時，該STC單片機給出(信號)控制命令，觸使電機驅動電路啟動送排風(電機)設備，同時從LCD液晶顯示器顯示出甲醛濃度變化狀態(tài)。

作為一種優(yōu)選方案，所述LCD液晶顯示器是帶中文字庫的顯示器，與單片機的P0口相連接，是一種具有8位并行，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；顯示器分辨率128×64，內置8129個16×16點漢字和和128個16×8點ASII字符集。

作為一種優(yōu)選方案，進一步包括多盞LED指示燈，各LED指示燈分別與單片機的P1.5、P1.6、P1.7相連接，表明電源指示、正常指示、報警指示。

作為一種優(yōu)選方案，進一步包括一個蜂鳴器，該蜂鳴器與單片機的P2.4口相連，在甲醛濃度超標時單片機給出的報警信號經放大后發(fā)出報警聲。

作為一種優(yōu)選方案，進一步包括操作鍵盤，該操作鍵盤與STC單片機的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口相連，用于甲醋濃度的設置。

作為一種優(yōu)選方案，所述STC單片機具有40路引腳，分別有

1)電源引腳：STC單片機的40腳為電源正極引腳(VCC)，20腳為電源負極引腳(VSS)，電源正極引腳接5 V電源，電源負極引腳接地；

2)復位引腳：STC單片機的9腳為復位引腳(RESET)；

3)時鐘引腳：STC單片機的18、19腳為時鐘引腳(X1、X2)；

4)其余為輸入/輸出引腳。

本實用與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果，具體而言，由上述技術方案可知，本實用新型的甲醛檢測控制系統(tǒng)采用瑞士進口的Membrapor電化高性能的傳感器，結合響應快速的STC公司的STC12C5A32S2單片機，具有測量精確、壽命長、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等特點。在單片機系統(tǒng)的控制下，利用高性能的運算放大器和高性能的A/D轉換器，可在低濃度范圍有較高的響應值和分辨率，完成甲醛濃度的檢測顯示和報警功能，本系統(tǒng)操作簡單，使用性強。與傳統(tǒng)的氣體甲醛檢測儀器和進口的甲醛檢測儀器相比：具有價格低廉、維修方便、精度高、測試時間短、體積小、使用方便，在使用過程中不使用耗材、縮減使用成本等優(yōu)點，可用于車載甲級醛濃度、工廠及商場甲醛濃度的監(jiān)測，也可用于家用甲醛濃度的檢測等。

為更清楚地闡述本實用的結構特征和功效，下面結合附圖與具體實施例來對本實用新型進行詳細說明。

附圖說明

圖1是本實用之實施例的電路結構框圖。

附圖標識說明：

10、STC單片機 20、甲醛電化學傳感器

30、數(shù)據(jù)采集組合 31、高精度電流變送電路

32、電流/電壓轉換電路 33、高精度運算放大器

34、射極跟隨器 35、A/D轉換電路

40、LCD液晶顯示器 50、電機驅動電路

51、電機 60、LED指示燈

70、蜂鳴器 80、操作鍵盤。

參照圖1所示，其顯示出了本實用之較佳實施例的框圖結構，是一種基于單片機的甲醛檢測控制系統(tǒng)，其電路構造包括STC單片機10、甲醛電化學傳感器20、數(shù)據(jù)采集組合30、LCD液晶顯示器40和電機驅動電路50。

其中，STC單片機10是控制系統(tǒng)的核心部件，負責邏輯關系R的運算處理，用c語言編寫邏輯程序。通過端口進行數(shù)據(jù)采集輸入和邏輯輸出控制。本實用新型的STC單片機10是采用STC公司的STC12C5A32S2單片機，響應快速。

所述甲醛電化學傳感器20，采用Membrapor公司的CH20/M-10電化高性能的傳感器，該傳感器具有測量準確、壽命長、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強等特點。其工作電壓：12v，傳感器量程：0-10Pppm，分辨率：0.01ppm，響應時間：＜50s，測量線性誤差：＜1.0%。

所述數(shù)據(jù)采集組合30包含依次電性連接的高精度電流變送電路31、電流/電壓轉換電路32、高精度運算放大器33、射極跟隨器34和A/D轉換電路35，該高精度電流變送電路31電性相接于所述甲醛電化學傳感器20，該A/D轉換電路35接于STC單片機10上。甲醛電化學傳感器20，采集的數(shù)據(jù)經高精度電流變送電路31、在到電流電壓轉換電路、在到高精度運算放大器33進行放大、在經射極跟隨器34、在到A/D轉換電路35進行模數(shù)轉換后送入STC單片機10進行邏輯運算處理執(zhí)行。

所述LCD液晶顯示器40電性連接于所述STC單片機10，構成人機交互界面。所述LCD液晶顯示器40是帶中文字庫的顯示器，是一種具有8位并行，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；顯示器分辨率128×64，內置8129個16×16點漢字和和128個16×8點ASII字符集。利用LCD液晶顯示器40靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互界面。所述電機驅動電路50一端接于排風機的電機51，用于驅動電機51，另一端電性相接于STC單片機10，負責執(zhí)行啟停抽排風機。當甲醛濃度超標時，該STC單片機10給出信號，從LCD液晶顯示器40顯示出變化狀態(tài)，同時觸使電機驅動電路50啟動電機51，從而啟動抽排風機，使空氣流通，降低甲醛含量。

本案之甲醛檢測控制系統(tǒng)還進一步包括多盞LED指示燈60，各LED指示燈60與STC單片機10電性相連，用于指示當前系統(tǒng)的狀態(tài)。還進一步包括一個蜂鳴器70，該蜂鳴器70與STC單片機10電性相連，當甲醛超標時，會發(fā)出報警聲響。還進一步包括操作鍵盤80，該操作鍵盤80與STC單片機10電性相連，用于復位操作和設置甲醛濃度。

所述STC單片機10具有40路引腳，分別有1)電源引腳：STC單片機10的40腳為電源正極引腳(VCC)，20腳為電源負極引腳(VSS)，電源正極引腳接5V電源，電源負極引腳接地；2)復位引腳：STC單片機10的9腳為復位引腳(RESET)；3)時鐘引腳：STC單片機10的18、19腳為時鐘引腳(X1、X2)；4)其余為輸入/輸出引腳。

本甲醛檢測控制系統(tǒng)采用瑞士進口的Membrapor電化學傳感器，傳感器出來的是模擬信號，經過高精密的電流變送電路轉換成的電流信號4-20 MA(此高精密電路是甲醛傳感器中自帶成在的，在此不作探討)，采用高精密電阻，阻值為250歐姆，偏差為0.01%，將電流信號轉換成電壓信號1-5V，電壓信號經高精度高可靠性放大器的運算放大，運放的前面一級主要是放大作用，放大倍數(shù)是50倍，后面一級是射極跟隨，主要起隔離作用，因為射極跟隨器34具有高輸入阻抗，低輸出阻抗等特點，放大后的電壓信號經射極跟隨器34送入STC單片機10P1.7引腳的ADC通道進行A/D模數(shù)轉換，經A/D轉換取樣后信號送入STC單片機10中運算單元處理。由于甲醛濃度超過1-1.5PPM時對人體構成損害，系統(tǒng)設定當甲醛濃度超過設定質0.08mg/m3時控制器報警并啟動抽排風設備運行，低于0.08mg/m3時停止設備運行。

綜上所述，本實用的設計重點在于，本實用的甲醛檢測控制系統(tǒng)采用瑞士進口的Membrapor電化高性能的傳感器，結合響應快速的STC公司的STC12C5A32S2單片機，具有測量精確、壽命長、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強等特點。在單片機系統(tǒng)的控制下，利用高性能的運算放大器和高性能的A/D轉換器，可在低濃度范圍有較高的響應值和分辨率，完成甲醛濃度的檢測顯示和報警功能，本系統(tǒng)操作簡單，使用性強。與傳統(tǒng)的氣體甲醛檢測儀器和進口的甲醛檢測儀器相比：具有價格低廉、維修方便、精度高、測試時間短、體積小、使用方便，在使用過程中不使用耗材、縮減使用成本等優(yōu)點，可用于車載甲級醛濃度、工廠商場甲醛濃度的監(jiān)測，也可用于家用甲醛濃度的檢測等；若批量生產應用完全可以取代進口檢測儀的依賴，同時具有自主知識產權，由此可帶來良好的社會效益和經濟效益。

結束語

該系統(tǒng)投入測試運行后，其性能相對穩(wěn)定，但隨著電子技術的不斷發(fā)展，會發(fā)現(xiàn)有不完善的地方，我們將在今后的實踐工作中不斷的對其升級、改進。在此，我表示歡迎同行提出批評和指導。