基于单片机的甲醛检测仪的理论设计

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1、基于单片机的甲醛检测仪的理论设计刘伟斌（泉州师范学院物信学院,福建泉州 362000）摘要：甲醛对人体危害极大，对此研究并理论设计了一种用于公共场所及室内具有检测及超限报警功能的甲醛智能测试仪。其设计方案基于 STC12C5A60S2 单片机，选择瑞士蒙巴波公司的 CH20/S-10 甲醛传感器。系统将传感器输出的电流经放大后信号通过 A/D 转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LCD 显示甲醛浓度值。关键词：甲醛；STC12C5A60S2；传感器；A/D；LCD；Based on MCU formaldehyde detector theory designLiuweibin(Qu

2、anzhou Normal University Physical Science and Information Engineering, fujian 362000)Abstract：Great harm to human body by formaldehyde, this research and theory was designed for a public place and indoor have detection and alarm function of intelligent formaldehyde overstep the design scheme STC12C5

3、A60S2 tester based onMCU, choose the Swiss have the CH20 and wave company/S-10 sensor system will the electricity flows through the sensor output amplification signal through the A/D converter circuit after conditioning by MCU data processing, and finally by LCD display formaldehyde density.Key word

4、s:CH2O; STC12C5A60S2; Sensor ;A/D; LCD;1 引言1.1 甲醛的特性及危害 1甲醛是一种无色，有强烈刺激性气味的气体。易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。其 37%的水溶液称为福尔马林，医学和科研部门常用于标本的防腐保存。此溶液沸点为 19.5故在室温时极易挥发，随着温度的上升甲醛的挥发速度加快。在我国有毒化学品优先控制名单中甲醛列居第二位。甲醛已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。甲醛是原浆毒物，能与蛋白质结合，吸入高浓度甲醛后会出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛，也可发生支气管哮喘皮肤直接接触甲醛，可引起皮炎、色斑、坏死。

5、经常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出现粘膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎、指甲角化和脆弱等。全身症状有头痛、乏力、心悸、失眠、体重减轻以及植物神经紊乱等。1.2 甲醛的来源1.室内装修所用的合成板材，如胶合板、细木工板、高密度板、刨花板。这些板材中甲醛起胶合剂、防腐剂的作用，主要用于加强板材的硬度、防虫、防腐。板材中残留的和未参与反应的甲醛逐渐向周围环境释放，是室内空气中甲醛的主要来源。2.用合成板材制造的家具，厂家为了追求利润使用不合格的板材，再粘贴面材料时使用不合格的胶水，造成家具中甲醛含量超标。3.含有甲醛成分并有可能向外界散发的各类装饰材料，如壁纸、地毯、油漆。1.3 甲醛检测仪的种类

6、2目前，市场上甲醛检测仪的种类是多种多样，其中较常见的是采用试验纸光电光度法，即：当甲醛气体吹到浸有发色剂的试纸上时,与浸有发色剂的 TAB 组合就会因发生化学反应而变色。甲醛同试纸接触后含在纸里的试药就会同甲醛反应生成化合物，颜色就会从白色变成黄色。变色的程度可反映出所受光的反射光量，反射光量的强度变化率可以作为被测气体的甲醛含量的应答值。预先设定检测线，便可通过测量其反应率来测出甲醛气体的浓度值。在气体的采集方面有的是采用自动吸引式（内藏微型气泵） ，有的采用扩散式。对于试验纸光电光度法来分析甲醛的浓度，它的优点是灵敏度高，操作简便，测定速度快。而该方法在分析甲醛浓度时往往采用的是目视比色

7、法，它的缺点是：1.由于许多有色溶液不够稳定，不能久存，经常需要在测定的同时配制溶液，比较费时费事。2.目视比色的准确度低，一般相对误差为520%。本论文设计的便携式甲醛检测仪所涉及的甲醛传感器是电化学传感器。它可以将甲醛气体的浓度转换为微弱的电流信号。这样就可以通过电流电压变换电路将微弱的电流信号转换为可以测量的稳定的电压信号，增强了电信号的稳定性。虽然甲醛对人类的危害是很大的，但是人们对于它的检测意识依然很是薄弱，对于便携式的甲醛检测仪的研究和使用依然不普及，针对此进行研究和探讨是比较有实际应用价值。2 单片机甲醛检测仪的原理2.1 硬件选择(1)甲醛传感器 3本甲醛检测仪采用瑞士MEMB

8、RAPOR公司生产的甲醛传感器CH 20SlO主要参数如下：1.正常检测0一10ppm，最大值50ppm2.输出信号800+200nAppm3.分辨率005ppm4.T90稳定时间50sec5.最大零点沮度漂移(+20一+40C)lppm6.工作温度-20一45（2）STC12C5A60S2简介 4STC12C5A60S2单片机是宏晶科技生产的一种能够与传统8051完全兼容的新型单片机，它执行速度是传统51单片机的812倍，内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S)，因此具有很强大的数据处理能力，本身自带的10位A/D转换更是为本设计节约了成本。1.

9、与 MCS-51 产品指令和引脚完全兼容2.60K 字节可重擦写 FLASH 闪存存储器3.100000 次写/擦循环4.时钟频率：0Hz35MHz 相当于普通单片机的 0420M5.三级加密存储器6.1280 字节内部 RAM7.36/40/44 个可编程 I/O 口线 8.4 个 16 位定时/计数器，7 个中断源9.2 路 PWM 10.低功耗的空闲和掉电模式 图 1.STC12C5A60S2 引脚图11.片内振荡器和时钟电路（3）显示部分 5显示电路可以由LED显示或者LCD显示组成，由于实际应用中LED成本低廉，寿命长，显示内容只能是简单的数字字符，且功耗极大，因此放弃使用LED。而

10、LCD显示有很多种，常用的有1602和12864两种，由于本设计中显示的甲醛含量属于较简单的字符，可以考虑使用1602，LCD1602具有显示内容丰富，接口电路简单，人机交流性强等特点，适合本次设计的研究。起具体参数如下：表1.LCD1602技术参数表2.LCD1602接口信号2.2硬件设计基于上述器件的选择，对硬件提出如下的设计功能框图：传感器CH2O/S10放大电路STC12C5A60S2 单片机（A/D 转换及数据处理）LCD1602按键图 2.硬件功能框图报警电路由传感器出来的信号经过放大电路进行放大后由单片机经过A/D转换并经过数字滤波和进制转换后送到LCD1602显示，由按键来控制

11、其它功能，当检测到得甲醛含量超过上限值则发出报警。2.3 软件设计对于单片机的开发应用中，逐渐引入了高级语言，C 语言就是其中的一种。汇编语言的可控性较高级语言来说更具优越性。程序编写语言比较常见的有 C 语言、汇编语言。汇编语言的机器代码生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C 语言编写的程序比用汇编编写的程序更符合人们的思考习惯。还有很多处理器都支持 C 编译器，这样意味着处理器也能很快上手。且具有良好的模块化、容易阅读、维护等优点，且编写的模块程序易于移植。 67基于 C 语言和汇编语言的优缺点，本系统采用 C语言编写方法。1.主程序流程图：延时等待 初 始 化LCD 屏 显示开机画面

12、延时等待显示主菜单初始化 CPU开始 读键忙 ?入 口读 状 态 字写 指 令 代 码 /显 示 数 据读 显 示 数 据否是 图3.主程序流程图2.A/D转换流程图：开始初始化芯片读取两个字节多次采样并进行数字滤波送显示结束图4.A/D转换流程图3.LCD显示流程图：按 键 程 序 入 口按 键 按 下 ？调 用 延 时 程 序按 键 释 放 ？键 值 传 送YN NY图5.LCD1602显示流程图4.按键流程图：图6.按键扫描流程图3 结束语目前，公共场所民用建筑室内需要检测甲醛气体，同样建筑材料中甲醛含量也需要检测。由于甲醛含量超量的话，将对人体健康造成很大的影响。具有民用价值的便携式甲

13、醛检测仪的研制受到了人们的高度重视。 8设计能够满足生活需要，携带方便的便携式甲醛检测仪迫在眉睫。针对目前的现状，该系统设计遵守体积小，质量轻，性价比高的原则。软件是基于 C 语言编写的，结合了编写语言的优点，具有很好的可控性、模块化和移植性。编写的思路就是模块化的思想，将系统的各个功能进行划分，然后对各个模块进行设计。本系统的主要模块为甲醛检测、A/D 转换、液晶显示。首先要了解系统所要实现的功能；其次根据功能去选择相应的硬件资源；再次将一个大的系统进行模块化划分，然后逐一去攻破。最后把所有模块进行优化整合，便得到了一个完整的系统。基于这样的思路，我们共同完成了便携式甲醛检测仪的基本设计。参

14、考文献：1曾昭琼.有机化学M.第四版. 高等教育出版社,2006.77-82.2张武坤.一种基于 AT89C2051 单片机的甲醛检测仪的设计J.中国科技博览,2008,24:62-67.3MEMBRAPOR 公司甲醛传感器 CH20SlO数据手册S.2004.4宏晶科技STC12C5A60S2 系列单片机数据手册S.2010.5长沙太阳人电子有限公司SMC1602A数据手册S.2006.6 马忠梅等.单片机的 C 语言应用程序设计 北京:北京航空航天大学出版社，1997.7丁元杰. 单片微机原理及应用.北京:机械工业出版社,1993.8葛化敏,叶小岭., 基于MSP430F449的甲醛检测仪设计J -工业仪表与自动化装置,2009(3).致 谢本论文是在朱成全老师的悉心指导下完成的。老师，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。在此，谨向朱老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！