王琳輝

摘?要：面對(duì)不斷加重的大氣污染問(wèn)題，對(duì)日?；顒?dòng)區(qū)域內(nèi)的大氣質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的檢測(cè)十分必要。因此，對(duì)于室內(nèi)活動(dòng)區(qū)域尤其是公共場(chǎng)所中的空氣質(zhì)量以及甲醛濃度進(jìn)行超限報(bào)警功能的檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)研究具有重要的實(shí)踐意義。本文主要介紹了一種三極管驅(qū)動(dòng)的單音頻報(bào)警電路裝置用于檢測(cè)采樣地點(diǎn)的甲醛濃度以及天然氣濃度，通過(guò)設(shè)置不同的報(bào)警上限值來(lái)進(jìn)行合理化空氣質(zhì)量提醒。

關(guān)鍵詞：甲醛檢測(cè);天然氣檢測(cè);AT89C52單片機(jī)

在人類室內(nèi)活動(dòng)區(qū)域中，空氣質(zhì)量好壞主要取決于甲醛濃度以及天然氣濃度，目前我國(guó)對(duì)這些室內(nèi)污染氣體濃度的檢測(cè)方法主要采用化學(xué)分析法，通過(guò)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室儀器，例如比色計(jì)、分光光度計(jì)、酸堿氧化滴定以及氣液色譜等，這些方法在檢測(cè)過(guò)程中通常會(huì)存在費(fèi)時(shí)費(fèi)力或者自動(dòng)化程度低而成本價(jià)值高等多種問(wèn)題，且檢測(cè)過(guò)程需要人工操作，無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)。近些年來(lái)，隨著傳感器技術(shù)在不同行業(yè)的廣泛應(yīng)用，目前已經(jīng)研發(fā)出一種通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行空氣質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)的系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證具有測(cè)試范圍廣、分辨率高，精度準(zhǔn)等多方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)?；谝陨涎芯浚疚脑O(shè)計(jì)了適合我國(guó)當(dāng)前需要且適用的空氣質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

1?總體方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的控制核心是單片機(jī)，通過(guò)對(duì)單片機(jī)技術(shù)的把握來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的基本控制，在應(yīng)用及檢測(cè)過(guò)程中主要由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理階段，時(shí)間及測(cè)試階段，超標(biāo)報(bào)警?及自動(dòng)休眠等多個(gè)部分功能。在運(yùn)行過(guò)程中，儀器若出現(xiàn)不稱量操作等現(xiàn)象便會(huì)在五分鐘后進(jìn)行自動(dòng)休眠，來(lái)降低運(yùn)行過(guò)程中的電源損耗，該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用功能模塊化的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)對(duì)方案設(shè)計(jì)、硬件把握以及軟件防控等三個(gè)部分的管理來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在軟件的設(shè)計(jì)方面需要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)語(yǔ)言的編寫，主程序的設(shè)計(jì)把握以及功能模塊的程序?qū)崿F(xiàn)這三大基礎(chǔ)，最后還需要通過(guò)硬件與軟件的結(jié)合不斷展開(kāi)調(diào)試，來(lái)強(qiáng)化功能需求。在系統(tǒng)的功能模塊主要由51驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)液晶顯示、時(shí)鐘電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換這幾個(gè)部分組成。具體作用路徑如下圖所示。

2?硬件實(shí)現(xiàn)及單元電路設(shè)計(jì)

2.1?單片機(jī)

單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制中心具有51基本型和52增強(qiáng)型這兩種模式，后者在運(yùn)行過(guò)程中的功能作用相對(duì)較強(qiáng)，在存儲(chǔ)空間方面具有兼容性和發(fā)展性，因此，選擇了52增強(qiáng)型作為該系統(tǒng)的單片機(jī)種類，并結(jié)合實(shí)際情況，應(yīng)用AT89C52單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集的硬件電路設(shè)計(jì)。在硬件傳感器的選擇上結(jié)合本研究的實(shí)際情況，選擇了CH20/S-10甲醛傳感器和MQ-5氣體傳感器，購(gòu)于瑞士蒙巴波公司。

2.2?復(fù)位電路

復(fù)位電路的設(shè)計(jì)是以開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其中，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)便是上電復(fù)位電路，由于在上電過(guò)程中電容電壓不能突變，電容處于導(dǎo)通狀態(tài)，這一階段中RST腳的電壓與VCC相同，隨著電容的不斷充電，RST腳的電壓逐漸下降。因此，在充電階段選擇合理的充電常數(shù)，能夠保障開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)下RST腳端的兩個(gè)機(jī)器的高電平，從而使AT89C52內(nèi)部復(fù)位。開(kāi)關(guān)閉合過(guò)程是手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的電路復(fù)位，RST腳端能夠通過(guò)電阻與VCC的電源相連接形成電阻分壓狀態(tài)，繼而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。

2.3?時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路的設(shè)置是通過(guò)時(shí)鐘芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要同時(shí)滿足低功耗和編程簡(jiǎn)單的要求，這樣就能夠在縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)成本的最小化，因此，選擇了DS1302時(shí)鐘芯片。

2.4?報(bào)警電路

日常監(jiān)測(cè)設(shè)備中的報(bào)警信號(hào)通常有閃光報(bào)警、鳴音報(bào)警和語(yǔ)音報(bào)警三種類型，前兩種在單片機(jī)中應(yīng)用相對(duì)頻繁，主要是由于硬件結(jié)構(gòu)與編程相對(duì)簡(jiǎn)單，但語(yǔ)音報(bào)警盡管具有警報(bào)信息相對(duì)直接的重要優(yōu)勢(shì)，但其在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在成本較高以及編程復(fù)雜等特點(diǎn)。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求中，以低功耗為基礎(chǔ)需求選擇了三極管驅(qū)動(dòng)的單音頻報(bào)警電路。

2.5?顯示電路

顯示電路的設(shè)計(jì)需要以數(shù)據(jù)濃度顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)，在相關(guān)的產(chǎn)品中選取了AMPIRE128X64液晶顯示模塊，該型號(hào)的顯示器與其他類型相比具有耗電低和功能齊全等特點(diǎn)，動(dòng)態(tài)化的液晶驅(qū)動(dòng)顯示是以5V供電，符合本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需求。

2.6?按鍵

由于本系統(tǒng)只有UP、DOWN、OK、CANCEL4個(gè)控制命令，所需按鍵較少，所以本系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根I/O口線。各根I/O口線之間不會(huì)相互影響。在此電路中，按鍵輸入部采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開(kāi)時(shí)，I/O口線有確定的高電平，（AT89C52.P1口內(nèi)部接有上拉電阻）所以就不需要再外接上拉電阻。

在按鍵的物理應(yīng)用方面需要進(jìn)一步通過(guò)消除抖動(dòng)作用來(lái)強(qiáng)化功能提升，由于硬件削抖在安裝方面還需要額外增加其余的部件，因此，本系統(tǒng)在按鍵電路中選擇了軟件延時(shí)削抖。

3?軟件程序設(shè)計(jì)方案

在軟件程序的設(shè)計(jì)過(guò)程中，其主模塊是管理模塊，在設(shè)計(jì)階段需要在充分考慮系統(tǒng)資源合理使用的前提下保障系統(tǒng)程序的最簡(jiǎn)化，以此來(lái)縮短設(shè)計(jì)周期，減少調(diào)試工作量。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，主模塊需要充分考慮A/D轉(zhuǎn)換與通信之間的關(guān)系問(wèn)題，然后在結(jié)合不同模塊的功能情況展開(kāi)層次化考慮。

設(shè)計(jì)過(guò)程中的主程序的功能發(fā)揮需要與硬件系統(tǒng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)便攜式甲醛檢測(cè)儀運(yùn)行中的各項(xiàng)功能，完善以時(shí)間調(diào)整顯示、數(shù)據(jù)分析儲(chǔ)存及功能子函數(shù)的調(diào)用等多項(xiàng)程序。

4?小結(jié)

甲醛含量超量，將對(duì)人體健康造成很大的影響。隨著使用天然氣的居民越來(lái)越多，天然氣存在的潛性危害、天然氣泄露也在一步步威脅著居民的身體健康，因此，對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的安全檢測(cè)及及時(shí)預(yù)警便顯得十分重要。本文中設(shè)計(jì)的用于公共場(chǎng)所及室內(nèi)甲醛濃度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)于提升居民的生活質(zhì)量，保障日常生活安全具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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