基于單片機的室燃茲┡ǘ燃觳庀低

摘要：眾所周知，房屋裝修、劣質(zhì)家具等所留有害氣體主要為甲醛，甲醛對人體健康有較大的危害，許多疾病的誘發(fā)都與甲醛有關(guān)，如哮喘，白血病等。針對此，設計了一種用于檢測室繞體所含甲醛含量的檢測系統。該檢測系統具有顯示甲醛含量以及超標報警的功能。該系統設計方案是基于STC89C52RC單片機，選擇MQ138型甲醛傳感器。在系統中傳感器模塊輸出的標準電流經(jīng)由A/D轉換電路轉換為單片機能識別的信號，單片機對此信號進(jìn)行處理，最后將甲醛含量顯示在LCD上，并在甲醛含量超標時(shí)進(jìn)行報警。本設計體積小，集成度高，操作簡(jiǎn)單，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

眾所周知，房屋裝修、劣質(zhì)家具等所留有害氣體主要為甲醛，中華人民共和國國家標準(居室空氣中甲醛的衛生標準)規定：居室空氣中甲醛的最高容許濃度為0.08 mg/m3，超過(guò)這個(gè)標準就會(huì )對人體產(chǎn)生危害。因此人們迫切需要一種能方便地檢測室內殘留甲醛含量的設備，以使生活更加方便和安全。

本文在經(jīng)過(guò)大量的資料調研后，設計了一種基于ST89C52RC單片機的檢測室內氣體中所含甲醛含量的檢測系統。該檢測系統不僅能實(shí)時(shí)顯示甲醛含量，而且當甲醛超標時(shí)還有語(yǔ)音報警的功能。

1 STS9C52RC單片機特點(diǎn)

單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術(shù)把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機內存RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時(shí)器/計數器等功能(可能還包括顯示驅動(dòng)電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個(gè)小而完善的計算機系統。單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過(guò)不同的程序實(shí)現不同的功能，尤其是特殊的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。

本系統采用的是STC公司生產(chǎn)的STC89C52RC型單片機。S7C89C52RC是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫(xiě)的Flash只讀程序內存和512 bytes的隨機存取數據存儲器(RAM)，器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，STC89C52RC單片機在電子行業(yè)中有著(zhù)廣泛的應用。STC89C52RC單片機各引腳功能如圖1所示。

2 基于STC89C52RC單片機的檢測系統設計與實(shí)現

以STC89C52RC為核心的檢測系統的硬件組成圖如圖2所示。

本系統主要分為：主控制模塊、數據采集模塊、顯示模塊、報警模塊和人機交互模塊。

主控制模塊選用的是STC89C52RC單片機。封裝形式是雙列直插式的。主控制模塊其實(shí)就是單片機最小系統，包括電源電路，晶振電路，復位電路和P0口的上拉電阻。其中本系統的電源采用兩種供電方式，直流電池供電和USB電源線(xiàn)供電。當選用直流電池供電時(shí)，采用7805芯片進(jìn)行穩壓。

數據采集模塊選用的是化學(xué)傳感器MQ138型傳感器，并結合模數轉換器ADC0809進(jìn)行模數轉換。

顯示模塊采用的是液晶LCD12864，本設計選用的是帶字庫的上下分屏液晶。這種液晶顯示漢字簡(jiǎn)單，方便，主要用來(lái)顯示甲醛的濃度。

報警模塊采用語(yǔ)音和蜂鳴器雙重報警。當甲醛的濃度超過(guò)正常的甲醛濃度時(shí)，語(yǔ)音報警并且蜂鳴器也會(huì )響鈴報警，這兩種報警方式都是屬于聽(tīng)覺(jué)報警。而且蜂鳴器的響鈴報警設置了三個(gè)響鈴頻率。系統會(huì )根據不同濃度值選擇不同頻率的響鈴。濃度越高，響鈴頻率越高。

人機交互模塊的實(shí)現是采用簡(jiǎn)單的三個(gè)按鍵，定義為確認鍵，人工報警鍵(以后稱(chēng)報警鍵)和響鈴鍵。確認鍵的功能就是當系統上電啟動(dòng)時(shí)，需要按下確認鍵才可以檢測到甲醛的濃度并顯示。返回鍵的功能是當按下返回鍵，系統退出，并提示關(guān)閉電源。報警鍵的功能就是當按下報警鍵時(shí)，系統的蜂鳴器會(huì )選擇三個(gè)頻率中中間的那個(gè)頻率響鈴。

本系統以單片機為控制中心，利用甲醛傳感器采集室內甲醛含量的數據，傳感器采集的數據經(jīng)外圍放大電路放大，此放大信號經(jīng)AD轉換器轉換為單片機可識別的信號，信號經(jīng)由單片機處理顯示在LCD上，當濃度超標時(shí)單片機控制報警電路報警，語(yǔ)音和蜂鳴器同時(shí)報警。

3 軟件實(shí)現

主程序實(shí)現的功能：與硬件相結合實(shí)現室內甲醛檢測儀的各個(gè)功能。主要是檢測與顯示，數據存儲，功能子函數的調用。主程序控制整個(gè)程序的流程。主程序也就是程序的入口，所以一般進(jìn)入主程序之后最先做的事情就是一些初始化的動(dòng)作，將CPU初始化，將外設初始化，使其都處于可用狀態(tài)。緊跟其后的就是整個(gè)系統的邏輯結構處理。本系統在最開(kāi)始的時(shí)候初始化了CPU、定時(shí)器、及LCD12864的初始化。之后才進(jìn)行系統結構的邏輯處理。主程序的流程圖如圖3所示。

4 實(shí)驗結果分析

經(jīng)過(guò)測試，該系統硬件正常工作，軟件能穩定運行。成功地實(shí)現了甲醛檢測并報警的功能。該系統能夠滿(mǎn)足生活需要，攜帶方便、體積小，質(zhì)量輕，性?xún)r(jià)比高。

該系統的設計主要分為硬件和軟件兩部分。硬件部分主要根據系統所要實(shí)現的功能而設計出相應的功能模塊。硬件系統中所包含的功能模塊有：數據采集模塊、數據轉換模塊、顯示模塊、報警模塊、按鍵模塊，將這幾個(gè)模塊組合搭建而成整體的硬件電路。

軟件是基于C語(yǔ)言編寫(xiě)的，結合了編寫(xiě)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的可控性、模塊化和移植性。編寫(xiě)的思路就是模塊化的思想，原則是高內聚、低耦合。將系統的各個(gè)功能進(jìn)行劃分，然后對各個(gè)模塊進(jìn)行設計。再將設計的模塊整合形成整個(gè)軟件設計部分。

本設計經(jīng)過(guò)設計、仿真、制板和焊接最終做出了實(shí)物，并且與市場(chǎng)上同功能的檢測儀器進(jìn)行了對比試驗，最終證明本系統能得出較準確的甲醛測試濃度，精度能達到0.001 ppm，圖4為利用本系統的一個(gè)測試實(shí)例。