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1、基于单片机的室内空气质量检测系统设计华北科技学院毕业设计 目录 设计总说明 . 3 Instruction . 5 1绪论 . 8 1.1 设计背景及意义 . 8 1.2 国内外现状 . 9 1.3 设计内容及要求 . 9 2 室内空气质量标准及改善方式 . 10 2.1 室内空气质量标准参数 . 10 2.2室内空气品质监测方法 . 11 2.3改善空气品质方法 . 11 3.1 各模块电路的方案选择和讨论证明 . 12 3.1.1 单片机模块的选取和讨论 . 12 3.1.2 气体传感器选用 . 12 3.1.2天然气浓度监测部分的选择和论证 . 13 3.2 总体电路设计概述 . 13
2、4 系统硬件设计 . 15 4.1硬件总体结构 . 15 4.2 单片机控制部分 . 15 4.2.1复位电路 . 17 4.2.2 时钟电路 . 17 4.2.3 P0口上拉电阻电路 . 18 4.3 甲醛气体监测模块设计 . 18 4.3.1 RCV420电流电压转换器 . 19 4.3.2 ADC0832性能描述 . 20 4.3.3 换气扇控制设计 . 21 4.4 天然气气体监测模块设计 . 22 4.6显示模块部分 . 23 4.7 电源电路模块 . 25 第 1 页 共 46 页 基于单片机的室内空气质量检测系统设计 5软件设计 . 26 5.1编程语言的选择 . 26 5.2子
3、程序模块 . 26 5.3 AD转换模块 . 28 5.4显示模块 . 29 5.5声光报警模块 . 30 参考文献 . 34 附录 . 错误！未定义书签。 致谢 . 46 第 2 页 共 46 页 华北科技学院毕业设计 基于单片机的室内空气质量检测系统设计 设计总说明 随着生活质量的提高，人们开始不断改善自己的居住环境，各种室内装饰、装修材料被大量的使用。而这些材料中有大量的甲醛，直接影响着人们的健康。甲醛也叫蚁醛，是一种有刺激性气味的易溶的无色气体，是一种潜在的致癌物质。低浓度的甲醛会导致鼻炎、咽炎、结膜炎等，随着甲醛浓度的增高，甚至会导致人类的死亡。甲醛是人们日常生活和工作环境中严重危害
4、人体健康的气体，它主要存在于人们室内装修材料中，并且会持续挥发很长时间。 在人们入住新装修好的房子后，由于室内装修木材以及油漆还有涂料中含有的以甲醛为主的有害人体健康的气体在不断的挥发到室内，如果挥发浓度达到一定值时就会对人的健康产生一定的损害。生活在一个甲醛浓度超标的环境中，人们会出现不同程度的恶心，头晕，失眠等症状影响人们的健康。甲醛它对人们的神经干扰使人们产生一系列的病状反应。在这种环境下，室内甲醛浓度测定仪对我们的生活就显得格外有重要和必要。室内甲醛浓度测定仪它能够对室内甲醛浓度进行检测并且驱动相应的改善控制质量的设备来达到改善室内环境的要求。在人们对生活品质要求提高，更加注重身体健康
5、的今天，人们对家具建材以及各种装修室内材料的要求也提高了很多，人们一是到了甲醛对身体的影响是多么的大。所以人们去找出甲醛的主要来源，首先从根源上尽量减少甲醛在室内环境中出现的可能，然后再通过在室内安装甲醛浓度测量仪和通风设备来改善环境，增加人们的健康指数。人们这种不止追求舒适和视觉上的享受而且注重内在品质的生活态度为甲醛测定系统的发展提供了主要动力。空气中装修材料含有的甲醛等有害气体危害人的健康，癌症的高发可以说很多都和空气质量有关。现代人们重视装修，但是却很少有人在装修之后对自己的室内进行检测，所以要求学生设计一个室内空气质量的检测系统，为及时了解和改善室内空气质量提供依据和可能性。也使人们
6、为重视室内空气质量而做出自己的努力。以空气中装修材料甲醛等有害气体为被测对象。采用单片机为控制中心，完成对空气浓度的实时采集处理、报警和显示等功能。设计的报警系统，能够实现在浓度超标时及时的报警。 本文提出一种通用的室内甲醛气体实时检测系统，该系统具有实时检测、操作简单、实用等特点。本文设计了一种基于单片机的甲醛浓度实时检测系统。该系统以 AT89C52 第 3 页 共 46 页 基于单片机的室内空气质量检测系统设计 单片机为核心，选用专用的 CH20S10 甲醛传感器检测甲醛浓度。甲醛气体经甲醛传感器后，得到相应的电压信号，再经电路放大转换成标准电压信号，输入模/数转换器 ADC0832，经
7、单片机进行相应的数据处理，得到的数字信号送入 LED 显示器，把相应的气体浓度值显示出来。该系统可以达到实时检测甲醛气体浓度的目的。 该系统以AT89C52单片机为核心，由甲醛传感器CH20S10检测甲醛气体的浓度，室内微量的甲醛气体经甲醛传感器检测后得到与甲醛浓度相对应的电流信号，通过I/U转换器得到相应的电压信号，送到模/数转换器ADC0832转换器的输入端，将模拟信号转换成数字信号，再将数字信号送到AT89C52的输入端。由AT89C52控制数据的采集处理，转换得到的数字信号送入LED显示器，把相应的甲醛浓度值显示出来。 该系统包括甲醛传感器、模/数转换器、单片机、LED显示器，具体实现
8、功能如下： 甲醛传感器模块：传感器检测性能的好坏影响整个系统的精确度与可靠性。 模/数转换器模块：在设计中模数转换模块起到桥梁的作用，连接着模拟信号与数字信号之间的转换。 单片机模块：本系统采用单片机为控制核心。 显示模块：由于该设计中显示的甲醛含量属于较简单的字符，可以考虑使用数码管，数码管具有功耗低、体积小、显示内容齐全等特点，在显示内容简单且需要考虑经济因素时，大多采用数码管。这正好符合我们这次设计的要求。 本次设计以空气中装修材料甲醛等有害气体为被测对象。采用单片机为控制中心，完成对空气浓度的实时采集处理、报警和显示等功能。设计的报警系统，能够实现在浓度超标时及时的报警。 关键词：AT
9、89C52；空气质量；LED显示；报警系统 第 4 页 共 46 页 华北科技学院毕业设计 Design of indoor air quality inspection system based on single chip microcomputer Instruction With the improvement of quality of life, people began to constantly improve their own living environment, all kinds of interior decoration, decoration materials
10、 is widely used. And there are large amounts of formaldehyde in these materials, a direct impact on peoples health. Also called formaldehyde, formaldehyde is a colorless, stimulating odour of soluble gas, is a kind of potential carcinogens. Low concentration of formaldehyde can cause rhinitis, phary
11、ngitis, conjunctivitis, such as increased as the concentration of formaldehyde, even lead to the death of human beings. Formaldehyde is the Peoples Daily life and cause serious damage to human body health of gas in the working environment, it mainly exists in people in interior decoration materials,
12、 and will continue to volatilize for a long time. After people in new decorated house, because indoor decorate wood and paint and coatings contain mainly formaldehyde gas harmful to human health is constantly to evaporate into the indoor, if volatile concentration reaches a certain value will produc
13、e certain harm to the health of people. Living in a formaldehyde chroma of environment, people will have different degrees of nausea, dizziness, the symptom such as insomnia affects peoples health. Formaldehyde it on peoples nerve interference has a series of symptoms. In this environment, the indoo
14、r formaldehyde concentration meter is especially to our life is important and necessary. The indoor formaldehyde concentration meter it can carry on the detection of indoor formaldehyde concentration and drive the improvement of the corresponding control equipment to meet the needs of improving indo
15、or environment quality. In peoples life quality requirements improve, pay more attention to body health today, the furniture building materials as well as a variety of indoor decorate material requirements also increased a lot, one is to the influence of formaldehyde on the body how big it is. So pe
16、ople to find out the main source of formaldehyde, first of all, from the source to minimize the possibility of formaldehyde in the indoor environment, and then through the indoor formaldehyde concentration measuring 第 5 页 共 46 页 基于单片机的室内空气质量检测系统设计 instrument and ventilation equipment installed to im
17、prove the environment, to increase peoples health index. People this more than the pursuit of comfort and the enjoyment on the vision and focus on quality of inner life attitude to the development of formaldehyde determination system provides the main engine. Decoration materials in the air containi
18、ng the harmful gas such as formaldehyde harm peoples health and cancer incidence may say many are related to air quality. Modern people attach importance to decorate, but rarely after decorating for your indoor testing, so students are required to design an indoor air quality testing system, provide
19、 the basis for timely understand and improve indoor air quality and possibility. Also make people to pay attention to indoor air quality and make their own efforts. To decorate material such as formaldehyde harmful gas in the air for the object to be tested. Completed by single chip microcomputer as
20、 the control center, the concentration of air, real-time acquisition and processing, display and alarm function. Design of the alarm system, can realize at higher concentration and timely report to the police. This paper presents a general indoor formaldehyde gas real-time detection system, the syst
21、em has the characteristics of real-time detection, the operation is simple, practical. This paper designed a kind of formaldehyde concentration in the real-time detection system based on MCU. The system with AT89C52 single-chip computer as the core, choose special CH20 / S - 10 formaldehyde sensor d
22、etect formaldehyde concentration. Formaldehyde gas after formaldehyde sensor, get the corresponding voltage signal, then through convert standard voltage signal amplification circuit, a/d converter input ADC0832, the corresponding data processing, single-chip get digital signal into the LED, the cor
23、responding gas density display. The system can achieve the goal of real-time detection of formaldehyde gas concentration. The system with AT89C52 single chip microcomputer as the core, by formaldehyde sensor CH20 / S - 10 testing the concentration of formaldehyde gas, gas after formaldehyde sensor t
24、o detect the trace of indoor formaldehyde with formaldehyde concentration that corresponds to the current signal, the corresponding voltage signal is obtained by I/U converter, a/d converter to ADC0832 converter input, converts analog signals into digital signals, then the digital signal to the inpu
25、t end of AT89C52. Controlled by AT89C52 data collection and processing, 第 6 页 共 46 页 华北科技学院毕业设计 digital signal by converting into the LED display, the corresponding formaldehyde level was displayed. Sensor a/d converter, the system includes formaldehyde, single-chip microcomputer, LED display, concr
26、ete realization function is as follows: Formaldehyde sensor modules: (1) sensor detection performance is good or bad influence the accuracy and reliability of the whole system. (2) modules: the a/d converter adc module in the design have the effect of bridge, connects the conversion between analog s
27、ignals and digital signals. (3) the MCU module: the system adopts the single chip processor as the core. (4) the display module: due to the design shown in the formaldehyde content belongs to a simple character, can consider to use LED, LED has low power consumption, small volume, abundant content,
28、etc, in the pocket instrumentation and low-power were widely used in the system. This design to decorate material such as formaldehyde harmful gas in the air for the object to be tested. Completed by single chip microcomputer as the control center, the concentration of air, real-time acquisition and
29、 processing, display and alarm function. Design of the alarm system, can realize at higher concentration and timely report to the police. Keywords: AT89C52 devices; Air quality; LED display; Alarm system 第 7 页 共 46 页 基于单片机的室内空气质量检测系统设计 1绪论 1.1 设计背景及意义 科技是推动经济发展的主要动力，特别是在21世纪，随着科学技术的迅速发展，我国的经济的得到了大幅度
30、的提升，人民的生活水平也相对提高了不少。人们对生活环境的要求也越来越高，各种各样的新型居住空间开始被人们设计出来，房屋的装修随着材料开发的进步也越来越奢华漂亮。虽然人们的居住环境在视觉上和感觉上得到了很大的满足，但是，随着这种视觉和感觉上的需求所带来的安全隐患也伴随而来。我国目前的状况是人口众多，科技创新处于发展阶段，在材料的应用和房屋设计技术方面还是比较欠缺的。人们想要居住一个舒适，安心的房子就得考虑房子的构造以及房子的装修隐患。近年来，随着科学技术、生产条件、生活水平的改善和提高，为了节约土地，人们开始建设高层楼房，楼房的结构比较密闭，在一定的空间内人口密度较大，现在的大多数企业或者人们在
31、办公以及生活中为了节约经济往往适用少量的空间来容纳尽量多的人来完成办公和生活所需，达到经济利用最大化，但是由于这样情况导致人们在工作以及生活中出现了一些病态症状，例如：长时间在密闭的室内工作或者在刚装修不久的室内居住的人们常常会出现头晕、恶心、神经衰弱等症状。这一问题在当今这个土地日益经济化的时代显得格外突出，再还有部分黑心商人的存在使得劣质的装修材料进入居民的居住环境中对人们的身体造成极大的伤害。在人们对生活品质的要求不断提高的同时，人们开始对居住环境带来的身体伤害重视起来，所以设计一个室内的有害气体检测和报价那个系统显得格外重要和必要。室内对人体有害的气体主要是装修材料中含有的甲醛，人们适
32、用的天然气中的主要成分甲烷，一氧化碳等，二氧化碳含量较高无法即使通风也会是人体产生不适。在这些有害气体中甲醛是对人体伤害最大，甲醛是一种有毒物质，它能够损坏生物蛋白质从而使人的皮肤还有呼吸道收到较严重的伤害，如果人长时间处在一种甲醛含量比较高的环境，严重时可能会被麻痹神经，使人出现水肿，患癌等严重后果。除此之外，甲醛还可能造成孕妇肚中胎儿的基因突变，从而出现新生儿畸形等严重不良后果。甲醛主要存在于我们装修房子适用的地板，油漆，涂料中，我们要想避免这些严重的后果就得重视这一严重问题，就得积极的去做出相应的应对之策，这是我们生活的现实需求，我国环保以及卫生、质量检测部门在XX年制订了一部标准的室内
33、空气质量值，并明确的指出室内污染气体对人的危害是极大的，针对这一现状设计出一款室内甲醛浓度检测报警系统显得极其重要和必要。 第 8 页 共 46 页 华北科技学院毕业设计 1.2 国内外现状 在上世纪XX年代人们就设计出了关于甲醛测量的压电类传感器。这个传感器的功能在当时还是比较先进的，它能够直接接触气体测量，不用对测量气体进行相关处理，在理论上那个是很符合我们生活所需的，但是它有一个致命的缺点就是很容易在水分含量较高的环境中出现测量不稳定的情况，这一致命缺点导致它在应用中很受限制，适用价值很小。从人们着手研究甲醛并且认识到它的危害开始，针对甲醛的测量研究就始终没有停止过，为了能够有效而且精准
34、的测量出室内甲醛浓度的数值，各国科学家利用各种方法和原理设计出了很多种甲烷快速测量仪器，这些仪器被安装在所需的室内环境中，能直接的检测出当前的室内甲醛浓度，测量速度比较快而且操作简单。随着现代科技的更近一步的发展，单片机的问世以及强大功能同时也使得甲醛测定系统的性能和功能得到了质的飞跃，市场上开始出现了各种数字式的甲醛测量系统，甲醛测定系统也向智能化，多功能化方向发展。在国外，在甲醛检测仪器领域技术比较成熟的美国ESC公司还有英国ppm公司，他们生产的甲醛测量仪器Z一300和PPM-400在功能以及性能方面在同领域都比较先进，技术也比较成熟，就我国目前的现状而言，技术相对比较前沿的有江苏安普电
35、子工程有限公司以及北京宾达绿创科技有限公司，他们分别生产的400型甲醛测量仪器和甲醛测定仪308等比较实用，并且测量功能齐全，精度较高。 现在我国的甲醛测定系统和国外相比较，主要的差异是在气体传感器以及控制器的选用上，因为我国的控制技术等各方面还没有达到国外的成熟地步，所以生产的产品在性能和功能上还是和国外产品有一些差异，相比而言，国外的产品更容易操作，寿命等性能较完善，适合大众长期使用。 1.3 设计内容及要求 设计内容：空气中装修材料含有的甲醛等有害气体危害人的健康，癌症的高发可以说很多都和空气质量有关。现代人们重视装修，但是却很少有人在装修之后对自己的室内进行检测，所以要求学生设计一个室
36、内空气质量的检测系统，为及时了解和改善室内空气质量提供依据和可能性。也使人们为重视室内空气质量而做出自己的努力。 设计要求：以空气中装修材料甲醛等有害气体为被测对象。采用单片机为控制中心，完成对空气浓度的实时采集处理、报警和显示等功能。设计的报警系统，能够实现在浓度超标时及时的报警。 第 9 页 共 46 页 基于单片机的室内空气质量检测系统设计 2 室内空气质量标准及改善方式 2.1 室内空气质量标准参数 室内有很多种污染气体，主要来源于室内装修所用的地板和油漆以及粉刷材料，但是，由于装修材料的不同也导致不同室内的污染气体和气体浓度不同，因为各个材料中所含有的污染气体太多我们不能够逐个测量，所以我们就针对于室内的主要污染气体进行测量，主要气体为装修材料中主要成分甲醛以及与人们日常生活息息相关但有危险的天然气气体。测量的标准见表2.1： 表2-1 室内空气监测指标限度 检测指标 温度 甲醛 甲烷 单位 浓度 备注 1828 平均 Mg/m3 0.08 Mg/m3 250 甲醛
