甲醛檢測儀設計

1、基于基于C8051F單片機的甲醛檢測儀設計單片機的甲醛檢測儀設計摘要：本文設計了一款便攜式的甲醛檢測儀，以C8051F021單片機為核心，用Dartsenss甲醛傳感器作為高精度的微弱信號檢測的傳感器，利用AD8571精密運算放大器進行信號處理，實現(xiàn)甲醛檢測儀的高精度檢測，同時儀器低功耗、智能化及便攜式的特點十分實用于室內空氣中甲醛氣體含量的檢測。關鍵詞：甲醛檢測儀；低功耗；便攜式甲醛是一種無色、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)、長期接觸甲醛的人會引起慢性呼吸道疾病、基因突變等問題。近年來，隨著甲醛大量地被應用在室內裝修，其在空氣中的含量越來越引起人們的高度關注。本文針對普通用戶使用簡單方便等特點，以C8051F系列單片機為核心，設計一款便攜式、低功耗的甲醛檢測儀，使其具有便于攜帶、使用方便、智能化等特點。一、系統(tǒng)的總體設計檢測甲醛的方法有很多，大致分為：分光光度法、色譜法、電化學檢測法和傳感器法【1】等。對于便攜式甲醛檢測儀的設計，

3、利用傳感器進行甲醛的檢測與傳統(tǒng)的利用化學試劑進行檢測，效率更高。其中，電化學傳感器的結構相對簡單，檢測性能穩(wěn)定，能夠滿足檢測室內甲醛氣體的要求，所以在本設計中，采用電化學甲醛傳感器對室內的甲醛氣體濃度進行檢測。系統(tǒng)的總體設計圖如11所示：甲醛傳感器信號處理電路單片機（包括程控放大和模數(shù)轉換）人機交互電源本設計通過甲醛傳感器、信號處理單元、單片機、人機交互等模塊組成。主要實現(xiàn)以下功能：1.實時、快速地檢測當前室內空氣的甲醛含量；2.顯示p

4、pm和mgm3兩種單位；3.判斷當前氣體含量是否超出國家標準，如超出標準，要予以提示和警告；4.可以查詢檢測的歷史數(shù)據(jù)；5.儀器與電腦可進行通信。二、系統(tǒng)的硬件設計便攜式甲醛檢測儀的硬件部分主要由：甲醛傳感器、放大和濾波、單片機、液晶顯示和按鍵等部分組成。硬件結構圖如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算放大器。其性能特點為：低失調電壓：1uV；輸入失調漂移：0.005uV℃；可以進行單電源操作（

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運算放大器[3]。其高精度低漂移的性能參數(shù)，并帶有自調零電路，在微弱信號放大的過程中，可以有效地減少噪聲及誤差的引入，很好地保證了檢測儀的檢測精度。3.C8051F021單片機C8051F系列單片機是由SiliconLabaties公司推出的真正能獨立工作的混合信號片上系統(tǒng)(Systemon

6、aChip，SOC)，即在單片機這一個芯片中除了具有與MCS51內核及指令完全兼容的微控制器和標準8051的數(shù)字外設之外，還集成了構成數(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]。在本設計中，選用C8051F021單片機，該單片機包含與8051完全兼容的CIP5內核，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存儲器、UATR串口、電壓基準、數(shù)字IO端口和看門狗定時器[

7、2]等。本設計將經(jīng)AD8571濾波放大等處理后的信號輸入到C8051F021單片機中。通過單片機的模擬多路選擇器AIN0.0通道進行信號采集，并設置為單端輸入方式。利用單片機內部的12位ADC模塊進行模數(shù)轉換。此時，通過軟件設置進行信號大小的判斷：當通過硬件處理后的信號相對微?。ㄐ盘?.5mV）時，利用單片機內部的可編程增益放大器進行2倍的放大，讓輸入到單片機的信號盡量接近其內部的基準電壓(2.43V)，使AD轉換更加精確。C8051F

8、系列單片機的Flash存儲器可以在系統(tǒng)重新編程，即既有程序存儲器的功能，又有非易失行數(shù)據(jù)存儲的功能。本設計在軟件編程時根據(jù)Flash存儲器的這一特點將每次檢測到的結果存入存儲器中，發(fā)揮其非易失性數(shù)據(jù)存儲的功能，通過按鍵的命令可以查詢之前檢測的歷史數(shù)據(jù)。方便用戶的測量比對。4.人機交互利用單片機的IO接口與晶聯(lián)訊公司的12864的JLX12864039型號的LCD相連，進行輸出結果的顯示。同時，通過開、關、檢測、查詢等按鍵實現(xiàn)檢測儀相應的

9、開關、檢測室內甲醛濃度和查詢歷史檢測數(shù)據(jù)等功能。實現(xiàn)檢測儀的智能化與使用簡單的特點。5.串口通信本設計在儀器的底部設有232的通信接口，可通過232串口線與電腦相連。同時在軟件方面對串口通信增加相應的編程，使檢測到的結果同時輸出到電腦上，在超級終端上顯示檢測到的結果。其硬件芯片使用的是MAX3232，通過單片機UART串口通信的接收和發(fā)送端口與進行232通信的電平轉換電路相連，即可實現(xiàn)儀器與電腦的通信。三、系統(tǒng)軟件設計硬件電路搭建好之后

10、，在SiliconLabatiesIDE集成開發(fā)環(huán)境中編寫C語言程序，并通過C8051FMCU調試適配器下載到單片機中。IDE集成開發(fā)環(huán)境是SiliconLabaties公司開發(fā)的專門針對C8051F系列單片機的集成開發(fā)環(huán)境，通過和KeilC51系列的開發(fā)工具集成提供了使用C51語言進行單片機開發(fā)的強大接口，主要包括編輯器、宏匯編器、調試器和編程器[2]。此調試器與單片機之間通過JTAG接口實現(xiàn)快速和有效的系統(tǒng)編程和調試。通過單片機的控