基于單片機(jī)的甲醛檢測控制系統(tǒng)

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本實(shí)用涉及控制系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)，主要指一種基于單片機(jī)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(diǎn)位電化學(xué)傳感器原理、基于半導(dǎo)體氣敏傳感器和基于化學(xué)變色原理三種類型。其中，使用是定點(diǎn)位電化學(xué)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(shè)定的測量時(shí)間多次測量得到平均值為測量結(jié)果，儀器的響應(yīng)時(shí)間較快，一般1分鐘能夠達(dá)到穩(wěn)定的示值，但是存在價(jià)格昂貴，維修不便的缺陷。又，使用半導(dǎo)體氣敏傳感器的儀器相應(yīng)時(shí)間較慢，大多為報(bào)警儀器，精度較差，不能用于現(xiàn)場所析檢測。又有，基于化學(xué)變色原理的甲醛檢測管和甲醛試劑診斷盒，響應(yīng)時(shí)間較長，且根據(jù)反應(yīng)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(shí)現(xiàn)智能檢測以及自動通風(fēng)。

前言

本實(shí)用針對現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種基于單片機(jī)的甲醛檢測控制系統(tǒng)，解決了封閉空間全機(jī)械通風(fēng)設(shè)備自動啟?？刂?、精確監(jiān)測了封閉場所甲醛超標(biāo)帶來的危害，科學(xué)的適時(shí)精準(zhǔn)運(yùn)行提高了環(huán)境質(zhì)量同時(shí)節(jié)能效果顯著。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用采用如下之技術(shù)方案：

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

甲醛電化學(xué)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(yīng)時(shí)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(zhuǎn)換電路、高精度運(yùn)算放大器、射極跟隨器和A/D轉(zhuǎn)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(xué)傳感器，該A/D轉(zhuǎn)換電路接于STC單片機(jī)上；

LCD液晶顯示器，電性連接于所述STC單片機(jī)，構(gòu)成人機(jī)交互界面；

電機(jī)驅(qū)動電路，其一端接于排風(fēng)機(jī)的電機(jī)，用于驅(qū)動電機(jī)，另一端電性相接于STC單片機(jī)；

所述甲醛電化學(xué)傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)高精度電流變送電路、再到電流/電壓轉(zhuǎn)換電路、再到高精度運(yùn)算放大器進(jìn)行放大、再經(jīng)射極跟隨器、再到A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入STC單片機(jī)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理執(zhí)行，當(dāng)甲醛濃度超標(biāo)時(shí)，該STC單片機(jī)給出(信號)控制命令，觸使電機(jī)驅(qū)動電路啟動送排風(fēng)(電機(jī))設(shè)備，同時(shí)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(jī)的P0口相連接，是一種具有8位并行，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；顯示器分辨率128×64，內(nèi)置8129個(gè)16×16點(diǎn)漢字和和128個(gè)16×8點(diǎn)ASII字符集。

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

作為一種優(yōu)選方案，進(jìn)一步包括一個(gè)蜂鳴器，該蜂鳴器與單片機(jī)的P2.4口相連，在甲醛濃度超標(biāo)時(shí)單片機(jī)給出的報(bào)警信號經(jīng)放大后發(fā)出報(bào)警聲。

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

作為一種優(yōu)選方案，所述STC單片機(jī)具有40路引腳，分別有

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

2)復(fù)位引腳：STC單片機(jī)的9腳為復(fù)位引腳(RESET)；

3)時(shí)鐘引腳：STC單片機(jī)的18、19腳為時(shí)鐘引腳(X1、X2)；

4)其余為輸入/輸出引腳。

本實(shí)用與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體而言，由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型的甲醛檢測控制系統(tǒng)采用瑞士進(jìn)口的Membrapor電化高性能的傳感器，結(jié)合響應(yīng)快速的STC公司的STC12C5A32S2單片機(jī)，具有測量精確、壽命長、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。在單片機(jī)系統(tǒng)的控制下，利用高性能的運(yùn)算放大器和高性能的A/D轉(zhuǎn)換器，可在低濃度范圍有較高的響應(yīng)值和分辨率，完成甲醛濃度的檢測顯示和報(bào)警功能，本系統(tǒng)操作簡單，使用性強(qiáng)。與傳統(tǒng)的氣體甲醛檢測儀器和進(jìn)口的甲醛檢測儀器相比：具有價(jià)格低廉、維修方便、精度高、測試時(shí)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(diǎn)，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(shí)用的結(jié)構(gòu)特征和功效，下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例來對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本實(shí)用之實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)框圖。

附圖標(biāo)識說明：

10、STC單片機(jī) 20、甲醛電化學(xué)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(zhuǎn)換電路 33、高精度運(yùn)算放大器

34、射極跟隨器 35、A/D轉(zhuǎn)換電路

40、LCD液晶顯示器 50、電機(jī)驅(qū)動電路

51、電機(jī) 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(shí)用之較佳實(shí)施例的框圖結(jié)構(gòu)，是一種基于單片機(jī)的甲醛檢測控制系統(tǒng)，其電路構(gòu)造包括STC單片機(jī)10、甲醛電化學(xué)傳感器20、數(shù)據(jù)采集組合30、LCD液晶顯示器40和電機(jī)驅(qū)動電路50。

其中，STC單片機(jī)10是控制系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)邏輯關(guān)系R的運(yùn)算處理，用c語言編寫邏輯程序。通過端口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集輸入和邏輯輸出控制。本實(shí)用新型的STC單片機(jī)10是采用STC公司的STC12C5A32S2單片機(jī)，響應(yīng)快速。

所述甲醛電化學(xué)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(zhǔn)確、壽命長、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。其工作電壓：12v，傳感器量程：0-10Pppm，分辨率：0.01ppm，響應(yīng)時(shí)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(zhuǎn)換電路32、高精度運(yùn)算放大器33、射極跟隨器34和A/D轉(zhuǎn)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(xué)傳感器20，該A/D轉(zhuǎn)換電路35接于STC單片機(jī)10上。甲醛電化學(xué)傳感器20，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)高精度電流變送電路31、在到電流電壓轉(zhuǎn)換電路、在到高精度運(yùn)算放大器33進(jìn)行放大、在經(jīng)射極跟隨器34、在到A/D轉(zhuǎn)換電路35進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入STC單片機(jī)10進(jìn)行邏輯運(yùn)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(jī)10，構(gòu)成人機(jī)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(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；顯示器分辨率128×64，內(nèi)置8129個(gè)16×16點(diǎn)漢字和和128個(gè)16×8點(diǎn)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(gòu)成全中文人機(jī)交互界面。所述電機(jī)驅(qū)動電路50一端接于排風(fēng)機(jī)的電機(jī)51，用于驅(qū)動電機(jī)51，另一端電性相接于STC單片機(jī)10，負(fù)責(zé)執(zhí)行啟停抽排風(fēng)機(jī)。當(dāng)甲醛濃度超標(biāo)時(shí)，該STC單片機(jī)10給出信號，從LCD液晶顯示器40顯示出變化狀態(tài)，同時(shí)觸使電機(jī)驅(qū)動電路50啟動電機(jī)51，從而啟動抽排風(fēng)機(jī)，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(jìn)一步包括多盞LED指示燈60，各LED指示燈60與STC單片機(jī)10電性相連，用于指示當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)。還進(jìn)一步包括一個(gè)蜂鳴器70，該蜂鳴器70與STC單片機(jī)10電性相連，當(dāng)甲醛超標(biāo)時(shí)，會發(fā)出報(bào)警聲響。還進(jìn)一步包括操作鍵盤80，該操作鍵盤80與STC單片機(jī)10電性相連，用于復(fù)位操作和設(shè)置甲醛濃度。

所述STC單片機(jī)10具有40路引腳，分別有1)電源引腳：STC單片機(jī)10的40腳為電源正極引腳(VCC)，20腳為電源負(fù)極引腳(VSS)，電源正極引腳接5V電源，電源負(fù)極引腳接地；2)復(fù)位引腳：STC單片機(jī)10的9腳為復(fù)位引腳(RESET)；3)時(shí)鐘引腳：STC單片機(jī)10的18、19腳為時(shí)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(jìn)口的Membrapor電化學(xué)傳感器，傳感器出來的是模擬信號，經(jīng)過高精密的電流變送電路轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成電壓信號1-5V，電壓信號經(jīng)高精度高可靠性放大器的運(yùn)算放大，運(yùn)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?yàn)樯錁O跟隨器34具有高輸入阻抗，低輸出阻抗等特點(diǎn)，放大后的電壓信號經(jīng)射極跟隨器34送入STC單片機(jī)10P1.7引腳的ADC通道進(jìn)行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換取樣后信號送入STC單片機(jī)10中運(yùn)算單元處理。由于甲醛濃度超過1-1.5PPM時(shí)對人體構(gòu)成損害，系統(tǒng)設(shè)定當(dāng)甲醛濃度超過設(shè)定質(zhì)0.08mg/m3時(shí)控制器報(bào)警并啟動抽排風(fēng)設(shè)備運(yùn)行，低于0.08mg/m3時(shí)停止設(shè)備運(yùn)行。

綜上所述，本實(shí)用的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于，本實(shí)用的甲醛檢測控制系統(tǒng)采用瑞士進(jìn)口的Membrapor電化高性能的傳感器，結(jié)合響應(yīng)快速的STC公司的STC12C5A32S2單片機(jī)，具有測量精確、壽命長、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。在單片機(jī)系統(tǒng)的控制下，利用高性能的運(yùn)算放大器和高性能的A/D轉(zhuǎn)換器，可在低濃度范圍有較高的響應(yīng)值和分辨率，完成甲醛濃度的檢測顯示和報(bào)警功能，本系統(tǒng)操作簡單，使用性強(qiáng)。與傳統(tǒng)的氣體甲醛檢測儀器和進(jìn)口的甲醛檢測儀器相比：具有價(jià)格低廉、維修方便、精度高、測試時(shí)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(diǎn)，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(chǎn)應(yīng)用完全可以取代進(jìn)口檢測儀的依賴，同時(shí)具有自主知識產(chǎn)權(quán)，由此可帶來良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)束語

該系統(tǒng)投入測試運(yùn)行后，其性能相對穩(wěn)定，但隨著電子技術(shù)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(shí)踐工作中不斷的對其升級、改進(jìn)。在此，我表示歡迎同行提出批評和指導(dǎo)。