基于单片机的自由组合型空气质量检测方案

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1、一、传感器选择一、传感器选择本次设计的主要内容是设计一种可自由组合型室内空气在线检测模块，利用单 片机对气体传感器的输出信号进行采集处理，实现对用户意向检测气体指数的 实时在线检测。 根据国家室内空气质量标准GB / T 188832002，室内相对湿度为40- 80（夏季空调），30-60（冬季空调）。 根据国家室内空气质量标准GB / T 188832002，室内CO最高容许浓度为 10mg/m3 根据国家室内空气质量标准GB / T 188832002，室内CO2最高容许浓度为 0.1%运行指示连接口信号 处理 电路空气 质量 传感 器运行指示连接口信号 处理 电路CO气 体传 感器运行

2、指示连接口信号 处理 电路CO2 气体 传感 器运行指示连接口信号 处理 电路可燃 气体 传感 器PIC 单片机CO气体传 感器热敏电阻放大 电路显示无线 传输温度传感器PIC 单片机CO2气体传 感器热敏电阻放大 电路显示无线 传输温度传感器PIC 单片机可燃气体传 感器热敏电阻放大 电路显示无线 传输温度传感器PIC 单片机空气质量传 感器热敏电阻放大 电路显示无线 传输温度传感器项目元器件测量范围及外界要 求数量单价气体检测模块日本 NEMOTO 可燃气体传感器 NAP-55A甲烷 0.055丙烷 0.032.2异丁烷 0.031.8氢气 0.054乙醇 0.053.2碳化氢 1-100

3、%LEL可有效检测室内可燃性气体的存在135.00 人民币气体检测模块日本 NEMOTO-CO2 传感器 NAP-21ACO2 浓度范围：0100%，可精确检测室内 CO2 含量1180.00 人民币气体检测模块日本罗 FIGARO-CO传感器 TGS5042CO 检测范围： 0-10000ppm，可精确检测室内 CO 含量1120.00 人民币气体检测模块日本 FIGARO 空气质量传感器 TGS2602测量范围：1-30ppm，用于粗测室内空气质量132.00 人民币二、系统的设计方案根据设计要求和国内外传感器的测量范围、性能及其成本等方面考虑，给出如下设计 方案： 基于日本罗 FIGAR

4、O-CO 传感器 TGS5042与 PIC 单片机的设计方案。日本罗FIGARO-CO传感器TGS5042拥有稳定的线性度、灵敏度达到0.01ppm、使用范围广等 优点，可以满足测量国家标准。单片机采用Microchip公司的dsPIC30F系列单片机，该单片 机具有12路10 位A/D 转换器，可以实现不同数据量的采集。同时，搭载温度传感器，帮助 完成测量值的校准。二、系统的设计方案根据设计要求和国内外传感器的测量范围、性能及其成本等方面考虑，给出如下设计 方案：日本 FIGARO 空气质量传感器 TGS2602与 PIC 单片机的设计方案。日本FIGARO空气质量传感器TGS2602拥有稳

5、定的线性度、灵敏度达到0.01ppm、使用范围广 等优点，可以室内空气质量的粗侧。单片机采用Microchip公司的dsPIC30F系列单片机，该 单片机具有12路10 位A/D 转换器，可以实现不同数据量的采集。同时，搭载温度传感器， 帮助完成测量值的校准。二、系统的设计方案根据设计要求和国内外传感器的测量范围、性能及其成本等方面考虑，给出如下设计 方案： 基于日本罗 FIGARO-CO 传感器 TGS5042与 PIC 单片机的设计方案。日本罗FIGARO-CO传感器TGS5042拥有稳定的线性度、灵敏度达到0.01ppm、使用范围广等 优点，可以满足测量国家标准。单片机采用Microch

6、ip公司的dsPIC30F系列单片机，该单片 机具有12路10 位A/D 转换器，可以实现不同数据量的采集。同时，搭载温度传感器，帮助 完成测量值的校准。二、系统的设计方案根据设计要求和国内外传感器的测量范围、性能及其成本等方面考虑，给出如下设计 方案： 基于日本罗 FIGARO-CO 传感器 TGS5042与 PIC 单片机的设计方案。日本罗FIGARO-CO传感器TGS5042拥有稳定的线性度、灵敏度达到0.01ppm、使用范围广等 优点，可以满足测量国家标准。单片机采用Microchip公司的dsPIC30F系列单片机，该单片机具有12路10 位A/D 转换器，可以实现不同数据量的采集。

7、同时，搭载温度传感器，帮助 完成测量值的校准。二、系统的设计方案根据设计要求和国内外传感器的测量范围、性能及其成本等方面考虑，给出如下设计 方案： 基于日本罗 FIGARO-CO 传感器 TGS5042与 PIC 单片机的设计方案。日本罗FIGARO-CO传感器TGS5042拥有稳定的线性度、灵敏度达到0.01ppm、使用范围广等 优点，可以满足测量国家标准。单片机采用Microchip公司的dsPIC30F系列单片机，该单片 机具有12路10 位A/D 转换器，可以实现不同数据量的采集。同时，搭载温度传感器，帮助 完成测量值的校准。三、方案具体介绍1.1.系统框图系统框图 系统主要有传感器、

8、放大电路和单片机等模块组成。PIC 单片机甲醛传感器温度传感器热敏电阻放大 电路显示无线 传输2.2.系统介绍系统介绍 工作原理：HCHO 2-FP5 传感器是两电极电化学型的传感器，通过扩散原理实现，因此 不需要外部采样硬件。当有甲醛气体存在的时候，甲醛传感器的贵金属电极与挥发的甲醛 气体发生反应，产生与挥发的甲醛浓度成正比的电信号（电信号十分微弱） 。电信号经过放大电路，将信号放大，再经过 AD 转换器将模拟信号转换成数字信号，完成单片机的在线数 据采集。同时，单片机采集现场的温度，来判断甲醛传感器是否工作在工作范围。并且通 过单片机软件和热敏电阻调整补偿测量值，实现实时在线检测数据的准确

9、性。 温度传感器：设计采用的 DS18xx 系列温度传感器是数字式温度传感器，相对于传统温 度传感器精度高、稳定性好、电路简单、控制方便等优点 （1）应用中不需要外部任何元器件即可实现测温电路。 （2）测温范围-55+125，最大精度 0.0625。 （3）只通过一条数据线即可实现通信。 （4）每个 DS1820 器件上都有独一无二的序列号，所以一条数据线上可以挂接很多该 传感器。 （5）内部有温度上、下限告警功能。 3.3.温度补偿温度补偿 如果需要的测量精度很高，那么就需要给电路中加入温度补偿的部分。一般来说，在 简单电路里面，我们可以通过在运算放大器的反馈回路中适当的加入一个热敏电阻来实

10、现 （该热敏电阻可以通过与其他的电阻的串并联进行修正） 。如果使用微处理器电路的话，在 软件的控制下，热敏电阻补偿会更加精确。标准的负温度系数热敏电阻提供的信号是比较 合适的。 温度依赖性有两个部分： 1 气体的扩散率随温度的增长而增长。 2 低温下，电 解质的功效将会明显削弱，这将成为决定比率的因素。 4.4.甲醛检测模块的校准甲醛检测模块的校准 甲醛检测模块的校准主要是甲醛传感器的校准。 甲醛测定仪器标准的校准方法为渗透管，一种简单的选择性方法，依赖于这样一个事 实：在特定的温度下，水和顶端空气之间的挥发性隔离层是恒定不变的。 放大器/传感器系统可以使用以下的方法进行校准。校准需要一个合适

11、的参考标准为传 感器提供一个可知的校准值。 1）计算期望输出电压 期望输出电压=（最大输出电压-传感器参考电压）x标气浓度/ 气体浓度区间 2）将传感器放入标气中，比较输出电压和计算出的期望电压 3）调节放大倍数直到两个值统一。顺时针调节放大电阻提高放大倍数，反之放大倍数 减小。 例如：输出范围为5ppm，使用1ppm的液态标气 这里使用的电源输入和参考电压都是标准的放大器配置。不同的配置的放大器，这些 参数会有所不同。 电源供电=5v 传感器参考电压=1.235v 气体校准范围（可能的最大读数）=5ppm 校准标气=1ppm5V-1.235V 5ppmx1ppm=0.753V目标电压=一旦放

12、大器输出在液态标气稳定下来，调节放大倍数直到输出读数为0.753v。 对于甲醛传感器校准，要产生一系列合适的甲醛校准标气是非常困难的，并且只能通 过使用合适的设备才能够获得。英国达特公司可以为客户在出厂前进行校准或者灵敏度测 定，这需要付一定的费用。还可以为客户的研发提供基于液态参考标气的一个台式测试系统。然而在生产阶段，唯一可接受的方法是通过加湿的渗透管或者扩散管设备。提供两种 浓度：在20时0.1和1.0ppm,这种溶液的依据的是美国环保代理处的网址刊登的数据。 甲醛标准溶液。量取2.8mL 含量为3638甲醛溶液，放入1 L 容量瓶中，加水稀 释至刻度。 4.设计必要工具 1)PIC 单片机开发工具 2)甲醛标准液 3)1L 密封箱4) 5) 5.开发步骤 1)选择购买传感器。 2)设计制造采集处理电路，并上电试验各模块是否正常工作。 3)传感器接入采集处理模块。 4)将传感器放入调好甲醛比例的密封箱，上电，校准模块。 5)分析测量数据，计算出数据输出曲线。 6.设计成本产品价格（元）甲醛传感器400 湿度传感器11 温度传感器5 PIC 单片机18OPA1776 其他耗材20 总计约 450