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基于单片机室内甲醛检测仪设计
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基于单片机的室甲醛检测仪的设计
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基于单片机的室甲醛检测仪的设计
大纲:室空气质量的利害直接影响到人体的健康,其中甲醛的危害更是亟待解决
的问题。因此,测定室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。设计采用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他的甲醛含量检测方法操作简单,成实情对较低,
适合用于实验的研究和室甲醛含量的检测。该甲醛含量采集系统可以达到
的精度,并且将结果用液晶屏显示出来,当甲醛含量高出设定标准
是发出警告。
要点词:MSP430电化学传感器甲醛含量
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。

方案一:采用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:采用MCS-51系列单片机对系统进行控制。MCS-51系列单片机采
用哈佛系统结构,其程序储藏器和数据储藏器独立编址。7中寻址方式,111条
系统指令,操作简单适合于简单系统。
方案三:MSP430F149单片机部资源比51单片机丰富,并且拥有可以调治
的晶振频率,是编程更加灵便。
综上所述由于设计的系统简单,因此选择方案三。
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综上所述选择方案一。

检测室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。
方法
优点
缺点
电化学传感器法
操作简单快速便携方便
易受其他气体搅乱,
可调激光吸取光谱法
矫捷度高
仪器要求工艺高,价格过
高
差分光学吸取光谱法
矫捷度高
需要很长光程方可达到
要求的矫捷度
窄带吸取法
矫捷度高
需要很长光程方可达到
要求的矫捷度,不适合现
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:
测量围: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:
依照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。
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方案一:采用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:采用4*4键盘和LCD1602作为人机接口。4*4拥有16个按键,设
置更加灵便,拥有字库使显示更加了然,编程简单。
采用方案二。
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,外面模块的电路设计(电
源模块,液晶显示模块,无线模块,键盘模块,串口通信模块等)
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,并且,若是甲醛的含量超标则报警。
甲醛传感器
传感器接口电路
信号放大电路
AD变换
显示部分MSP430F149报警部分
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系统总流程框图

由甲醛传感器的工作原理可知,甲醛气体扩散至传感器部,在与传感器部的溶液
发生氧化还原反响,工作电极的表面电极被耗资,转移必然量的电子数目,从而
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牢固,因此在传感
器的测量电路里,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
的电压牢固。
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
的电压牢固,即使甲醛与容溶液发生化学反响,WE电压仍旧牢固。
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恒电位电路图

由于电压信号很稍微,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,并且可以经过R1调治放
大倍数。第二级放大U2与第一级放大基本一致,由R2调治放大倍数,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

由于对电极CE和参照电极REF由恒电位电路控制,CE和REF之间的电压
素来处于牢固状态。输出的电流信号经过R3,变换成电压信号。
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传感器的测量电路电路图

便携式甲醛检测仪的硬件外面模块主要包括液晶显示模块,键盘模块,电源
模块等。MSP430F149作为主控芯片,其外面设备有液晶显示模块,矩阵键盘模
块,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
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主控制器电路

采用1602液晶显示以显示数据
液晶显示电路设计

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。
设计采用4*4矩阵键盘。
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4*4矩阵键盘电路设计

MSP430F149自带模数变换模块,不需要其他设计,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

采用C语言进行编程,方便快捷。经过按键启动仪器,若是需要可以设置甲
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
序模块组成。
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

由键盘控制可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进行数据的采集。并将采集回来的数据进行办理。
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