基于单片机室内甲醛检测仪设计.doc

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基于单片机的室内甲醛检测仪的设计
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基于单片机的室内甲醛检测仪的设计
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基于单片机的室内甲醛检测仪的设计
大纲:室内空气质量的利害直接影响到人体的健康,此中甲醛的危害更是亟待解决的问题。所以,测定室内甲醛含量也成为一个具有意义的研究。本设计主要针对居民住楼的甲醛含量可能超标设计的。设计采纳电化学甲醛传感器作为数据的感知部分,电化学甲醛传感器器较其余的甲醛含量检测方法操作简单,成实情对较低,合适用于实验的研究和室内甲醛含量的检测。该甲醛含量收集系统可以达到m3的精度,而且将结果用液晶屏显示出来,当甲醛含量超出设定标准是发出
警告。
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要点词:

MSP430

电化学传感器

甲醛含量
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基于单片机的室内甲醛检测仪的设计
一方案设计
实验以MSP430F149单片机作为系统的核心,经过按键控制液晶显示和驱动放大电路。
单片机的选择论证
方案一:采纳MC68HC05/08系列单片机对系统进行控制。其乘法和除法指令
给编程带来了便利。但是其指令系统共有89条指令,不利于CPU的执行速度。方案二:采纳MCS-51系列单片机对系统进行控制。MCS-51系列单片机采纳哈佛系统结构,其程序储存器和数据储存器独立编址。7中寻址方式,111条系
统指令,操作简单合适于简单系统。
方案三:MSP430F149单片机内部资源比51单片机丰富,而且拥有可以调理
的晶振频率,是编程更加灵巧。
综上所述因为设计的系统简单,所以选择方案三。
综上所述选择方案一。
传感器的选择论证
检测室内甲醛含量的方法有好多种,以下表格给出一些典型的方法和其特
点。
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方法
电化学传感器法

长处
操作简单快速便携方便

弊端
易受其余气体搅乱,
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可调激光汲取光谱法
矫捷度高
仪器要求工艺高,价格过
高
差分光学汲取光谱法
矫捷度高
需要很长光程方可达到
要求的矫捷度
窄带汲取法
矫捷度高
需要很长光程方可达到
要求的矫捷度,不合适现
场检测
衰荡腔光谱法
矫捷度高
光路复杂,成本高
甲醛电化学传感器的主要技术指标以下:
丈量范围:0—10ppm
响应时间:
小于50秒
最大负荷:50ppm
输出信号:1200±300Na/ppm
分辨率:ppm
依据以上表格和电化学传感器的主要技术指标,选择电化学法进行实验。
CH2O/M-10型号的甲醛电化学传感器。
人机模块的选择论证
方案一:采纳独立按键和数码管作为人机接口。编程简单可行,但是显示过
于无聊,独立按键不利于人机交互。
方案二:采纳4*4键盘和LCD1602作为人机接口。4*4拥有16个按键,设
置更加灵巧,拥有字库使显示更加了然,编程简单。
采纳方案二。
二硬件电路设计
硬件设计部分:传感器接口电路设计,放大电路设计,外头模块的电路设计(电
源模块,液晶显示模块,无线模块,键盘模块,串口通讯模块等)
以单片机为核心,接收到传感器经过接口电路、信号放大电路后的的信号,在单
片机内部集成的AD对数据进行采样,编写程序对数据进行办理,将数据结果即
甲醛的浓度输出,而且,假如甲醛的含量超标则报警。
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显示部分
恒电位电路原理

甲醛传感器
传感器接口电路
信号放大电路
AD变换
MSP430F149报警部分
系统总流程框图
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由甲醛传感器的工作原理可知,甲醛气体扩散至传感器内部,在与传感器内部的
溶液发生氧化还原反响,工作电极的表面电极被耗费,转移必定量的电子数量,
从而产生电流信号,产生的电流为微安级。因为信号的产生,甲醛传感器自己的
电位发生变化,以致工作电极与对电极表面的氧化还原反响变得不稳固,所以在传感器的丈量电路里,应加入传感器的恒电位电路,以保证工作电极与参照电极之间的电压稳固。
在以下电路中U1B部分为恒电位电路,保持参照电压RET和工作电压WE之间的电压稳固,即使甲醛与内容溶液发生化学反响,WE电压仍旧稳固。
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恒电位电路图
放大电路原理
因为电压信号很轻微,需要进行信号的放大。以以下图所示,该信号放大电路为二级放大,第一级放大U1的放大倍数最高可达100倍,而且可以经过R1调理放大倍数。第二级放大U2与第一级放大基本一致,由R2调理放大倍数,选择0—100的放大倍数。经过两级放大,已经可以满足要求。
信号放大电路图
丈量电路
因为对电极CE和参照电极REF由恒电位电路控制,CE和REF之间的电压向来处于稳固状态。输出的电流信号经过R3,变换成电压信号。
传感器的丈量电路电路图
外头模块设计
便携式甲醛检测仪的硬件外头模块主要包含液晶显示模块,键盘模块,电源
模块等。MSP430F149作为主控芯片,其外头设备有液晶显示模块,矩阵键盘模
块,内置AD变换模块以及电源模块。键盘模块用于输入和操作,显示模块用于
显示经过单片机办理过的数据。
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键盘模块
AD模块

显示模块
MSP430
F149
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供电模块
主控制器电路
液晶模块设计
采纳1602液晶显示以显示数据
液晶显示电路设计
键盘界面设计
键盘模块是为了让用户输入数据,启动或暂停仪器的工作,实现人机互动。
设计采纳4*4矩阵键盘。
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4*4矩阵键盘电路设计
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模数变换模块
MSP430F149自带模数变换模块,不需要其余设计,可以节约时间降低成本。
MSP430的ADC模块为12位,有12个模拟通道。
三软件设计
软件整体设计
采纳C语言进行编程,方便快捷。经过按键启动仪器,假如需要可以设置甲
醛上限报警,整个系统由主程序,中断服务程序模块、数据办理模块和显示子程
序模块构成。
以下为系统流程图,供电后,按下启动按键即可进入主界面。在主界面里可
以选择需要控制的量。
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开始
模块初始化
主界面
设置上限设置采样间隔恢复出厂设置
否
显示是
否达成
是
刷新显示
结束
系统流程图
数据收集办理模块设计
由键盘控制能否进行采样并设定采样的间隔时间,键盘输入信号,经由单片
机办理并反响,控制ADC进行数据的收集。并将收集回来的数据进行办理。
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开始
初始化
键盘
否
采样
是
开始采样
读高位数据的地
址,读高位数据
否
读低位数据的地
址,读低位数据
采样达成
是
计算甲醛含量
结束
数据收集办理模块流程图
显示模块设计
仪器的显示模块采纳LCD1602,可以显示数字和字符。所用到的驱动函数包含:
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液晶写数据函数、液晶写命令函数、液晶读数据函数液晶读状态函数、液晶初始
化函数、液晶在指定地址显示一个字符函数以及液晶在指定地址显示一串字符函
数。显示模块的全部功能,对于本课题所用的LCD1602驱动函数,此中的液晶初
始化函数已经包含了初始化和清屏两大功能,其余,在指定地址显示一串字符的
函数也已经包含了设置显示地址和显示字符串的两大功能,因为在本课题的实质
编程中对于液晶显示模块的设计相对来说比较简单。
开始
初始化
清屏
显示数字
显示字符
结束
显示模块流程图

仪器到达的精度为m3主要的偏差本源:
AD变换产生的偏差
AD变换产生量化偏差,量化偏差和AD的分辨率是一致的,量化偏差是因为有限数字对模拟数值进行量化而引起的偏差。所以,在理论上量化偏差为一单位分辨率,即±1/2LSB。提升AD的分辨率可以减小量化偏差。
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