甲醛檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

1、基于基于C8051F單片機(jī)的甲醛檢測(cè)儀設(shè)計(jì)單片機(jī)的甲醛檢測(cè)儀設(shè)計(jì)摘要：本文設(shè)計(jì)了一款便攜式的甲醛檢測(cè)儀，以C8051F021單片機(jī)為核心，用Dartsenss甲醛傳感器作為高精度的微弱信號(hào)檢測(cè)的傳感器，利用AD8571精密運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)甲醛檢測(cè)儀的高精度檢測(cè)，同時(shí)儀器低功耗、智能化及便攜式的特點(diǎn)十分實(shí)用于室內(nèi)空氣中甲醛氣體含量的檢測(cè)。關(guān)鍵詞：甲醛檢測(cè)儀；低功耗；便攜式甲醛是一種無(wú)色、有刺激性氣味的氣體。其危害性眾所周知，其

2、毒性較高、在常溫下極易揮發(fā)、長(zhǎng)期接觸甲醛的人會(huì)引起慢性呼吸道疾病、基因突變等問(wèn)題。近年來(lái)，隨著甲醛大量地被應(yīng)用在室內(nèi)裝修，其在空氣中的含量越來(lái)越引起人們的高度關(guān)注。本文針對(duì)普通用戶使用簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)，以C8051F系列單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一款便攜式、低功耗的甲醛檢測(cè)儀，使其具有便于攜帶、使用方便、智能化等特點(diǎn)。一、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)檢測(cè)甲醛的方法有很多，大致分為：分光光度法、色譜法、電化學(xué)檢測(cè)法和傳感器法【1】等。對(duì)于便攜式甲醛檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)，

3、利用傳感器進(jìn)行甲醛的檢測(cè)與傳統(tǒng)的利用化學(xué)試劑進(jìn)行檢測(cè)，效率更高。其中，電化學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，檢測(cè)性能穩(wěn)定，能夠滿足檢測(cè)室內(nèi)甲醛氣體的要求，所以在本設(shè)計(jì)中，采用電化學(xué)甲醛傳感器對(duì)室內(nèi)的甲醛氣體濃度進(jìn)行檢測(cè)。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)圖如11所示：甲醛傳感器信號(hào)處理電路單片機(jī)（包括程控放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換）人機(jī)交互電源本設(shè)計(jì)通過(guò)甲醛傳感器、信號(hào)處理單元、單片機(jī)、人機(jī)交互等模塊組成。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：1.實(shí)時(shí)、快速地檢測(cè)當(dāng)前室內(nèi)空氣的甲醛含量；2.顯示p

4、pm和mgm3兩種單位；3.判斷當(dāng)前氣體含量是否超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如超出標(biāo)準(zhǔn)，要予以提示和警告；4.可以查詢檢測(cè)的歷史數(shù)據(jù)；5.儀器與電腦可進(jìn)行通信。二、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)便攜式甲醛檢測(cè)儀的硬件部分主要由：甲醛傳感器、放大和濾波、單片機(jī)、液晶顯示和按鍵等部分組成。硬件結(jié)構(gòu)圖如21所示。AD8571是ADI公司生產(chǎn)的性能參數(shù)良好的軌到軌輸入輸出高精度運(yùn)算放大器。其性能特點(diǎn)為：低失調(diào)電壓：1uV；輸入失調(diào)漂移：0.005uV℃；可以進(jìn)行單電源操作（

5、5V3.3V）；高增益：145dB（典型值）；共模抑制比（CMRR）：140dB（典型值）；超低輸入偏置電流：10pA的典型；低電源電流：750μA運(yùn)算放大器[3]。其高精度低漂移的性能參數(shù)，并帶有自調(diào)零電路，在微弱信號(hào)放大的過(guò)程中，可以有效地減少噪聲及誤差的引入，很好地保證了檢測(cè)儀的檢測(cè)精度。3.C8051F021單片機(jī)C8051F系列單片機(jī)是由SiliconLabaties公司推出的真正能獨(dú)立工作的混合信號(hào)片上系統(tǒng)(Systemon

6、aChip，SOC)，即在單片機(jī)這一個(gè)芯片中除了具有與MCS51內(nèi)核及指令完全兼容的微控制器和標(biāo)準(zhǔn)8051的數(shù)字外設(shè)之外，還集成了構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有的數(shù)字和模擬外圍接口和功能部件[2]。在本設(shè)計(jì)中，選用C8051F021單片機(jī)，該單片機(jī)包含與8051完全兼容的CIP5內(nèi)核，模擬多路選擇器、可編程增益放大器、12位和8位的ADC、DAC、64K的Flash存儲(chǔ)器、UATR串口、電壓基準(zhǔn)、數(shù)字IO端口和看門狗定時(shí)器[

7、2]等。本設(shè)計(jì)將經(jīng)AD8571濾波放大等處理后的信號(hào)輸入到C8051F021單片機(jī)中。通過(guò)單片機(jī)的模擬多路選擇器AIN0.0通道進(jìn)行信號(hào)采集，并設(shè)置為單端輸入方式。利用單片機(jī)內(nèi)部的12位ADC模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。此時(shí)，通過(guò)軟件設(shè)置進(jìn)行信號(hào)大小的判斷：當(dāng)通過(guò)硬件處理后的信號(hào)相對(duì)微小（信號(hào)0.5mV）時(shí)，利用單片機(jī)內(nèi)部的可編程增益放大器進(jìn)行2倍的放大，讓輸入到單片機(jī)的信號(hào)盡量接近其內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓(2.43V)，使AD轉(zhuǎn)換更加精確。C8051F

8、系列單片機(jī)的Flash存儲(chǔ)器可以在系統(tǒng)重新編程，即既有程序存儲(chǔ)器的功能，又有非易失行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能。本設(shè)計(jì)在軟件編程時(shí)根據(jù)Flash存儲(chǔ)器的這一特點(diǎn)將每次檢測(cè)到的結(jié)果存入存儲(chǔ)器中，發(fā)揮其非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能，通過(guò)按鍵的命令可以查詢之前檢測(cè)的歷史數(shù)據(jù)。方便用戶的測(cè)量比對(duì)。4.人機(jī)交互利用單片機(jī)的IO接口與晶聯(lián)訊公司的12864的JLX12864039型號(hào)的LCD相連，進(jìn)行輸出結(jié)果的顯示。同時(shí)，通過(guò)開、關(guān)、檢測(cè)、查詢等按鍵實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀相應(yīng)的

9、開關(guān)、檢測(cè)室內(nèi)甲醛濃度和查詢歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)等功能。實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀的智能化與使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。5.串口通信本設(shè)計(jì)在儀器的底部設(shè)有232的通信接口，可通過(guò)232串口線與電腦相連。同時(shí)在軟件方面對(duì)串口通信增加相應(yīng)的編程，使檢測(cè)到的結(jié)果同時(shí)輸出到電腦上，在超級(jí)終端上顯示檢測(cè)到的結(jié)果。其硬件芯片使用的是MAX3232，通過(guò)單片機(jī)UART串口通信的接收和發(fā)送端口與進(jìn)行232通信的電平轉(zhuǎn)換電路相連，即可實(shí)現(xiàn)儀器與電腦的通信。三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)硬件電路搭建好之后

10、，在SiliconLabatiesIDE集成開發(fā)環(huán)境中編寫C語(yǔ)言程序，并通過(guò)C8051FMCU調(diào)試適配器下載到單片機(jī)中。IDE集成開發(fā)環(huán)境是SiliconLabaties公司開發(fā)的專門針對(duì)C8051F系列單片機(jī)的集成開發(fā)環(huán)境，通過(guò)和KeilC51系列的開發(fā)工具集成提供了使用C51語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)開發(fā)的強(qiáng)大接口，主要包括編輯器、宏匯編器、調(diào)試器和編程器[2]。此調(diào)試器與單片機(jī)之間通過(guò)JTAG接口實(shí)現(xiàn)快速和有效的系統(tǒng)編程和調(diào)試。通過(guò)單片機(jī)的控