劉 伊

(太原工業(yè)學(xué)院，山西 太原 030008)

0 引言

世界衛(wèi)生組織公布的毒物清單中，甲醛位列其中。甲醛是一種有毒氣體，輕則引起呼吸系統(tǒng)感染，重則引發(fā)癌癥[1]。日常生活，甲醛主要來源板材，乳膠漆等人造家裝材料，剛裝修完房屋，甲醛可超過標(biāo)準(zhǔn)40倍[2]。請專業(yè)人員到家進(jìn)行甲醛測量，一方面尋找正規(guī)的甲醛測試公司比較浪費(fèi)時(shí)間，另一方面測試費(fèi)用也相對較高，無法做到隨時(shí)測量的目的[3]。所以針對普通家庭用戶，設(shè)計(jì)一款家用智能型甲醛測試儀。該測試儀不僅便于攜帶價(jià)格適中，同時(shí)具有測量精度較高的特點(diǎn)，可以服務(wù)于老百姓并且在市場上大量推廣使用。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 甲醛釋放相關(guān)因素分析

甲醛氣體的濃度和空氣中的溫度和濕度有著很緊密的影響。采用控制變量法，控制濕度不變時(shí)，溫度與甲醛濃度的關(guān)系如圖1 所示[4]。當(dāng)溫度不變時(shí)，濕度與甲醛濃度的關(guān)系如圖2 所示[5]。

由圖1可知，溫度在大于20 ℃時(shí)，甲醛才能完全釋放。由圖2可知，室內(nèi)空氣濕度在40%時(shí)直線斜率最大。表明只要在大于等于40%時(shí)就可以完全釋放甲醛[6]。

圖1 溫度與甲醛濃度的關(guān)系

圖2 濕度與甲醛濃度的關(guān)系

根據(jù)溫濕度對甲醛釋放量的影響，若當(dāng)前溫濕度未到達(dá)最低值，說明甲醛并未完全釋放，當(dāng)前甲醛濃度并不完全代表屋內(nèi)真實(shí)甲醛值。所以最終確定系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)不僅要有甲醛測試模塊，同時(shí)需要加入溫濕度檢測模塊。

1.2 總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)以單片機(jī)為核心控制器，通過甲醛檢測模塊將甲醛氣體采集，同時(shí)溫濕度檢測模塊采集空氣中的溫濕度信息，信號經(jīng)單片機(jī)處理并在顯示模塊上顯示出來，并增加報(bào)警模塊。當(dāng)甲醛濃度超標(biāo)時(shí)報(bào)警電路將進(jìn)行報(bào)警，當(dāng)測試時(shí)溫濕度沒有達(dá)到甲醛釋放最低溫濕度值時(shí)，系統(tǒng)指示燈閃爍，提醒用戶當(dāng)前測試值不具有代表性。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案圖

1.3 核心硬件設(shè)計(jì)

AT89C52最小系統(tǒng)為控制系統(tǒng)的核心，其中時(shí)鐘電路采用12 M晶振。甲醛氣體以及周圍環(huán)境中的溫濕度由ZE08-CH20甲醛傳感器與DHT11溫濕度傳感器采集后，經(jīng)內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器的處理傳遞到AT89C52芯片，其連接圖如圖4所示，其中Header8表示甲醛傳感器。甲醛傳感器在pin6口與330 Ω連接，目的起到限流保護(hù)作用。溫濕度傳感器DHT11在與單片機(jī)連接中加入了1 kΩ上拉電阻，對系統(tǒng)同樣是起到限流保護(hù)作用。顯示采用 LCD1602液晶顯示屏，將采集到的甲醛信號及溫濕度信息顯示。LCD1602的D0～D7數(shù)據(jù)輸出端與單片機(jī)P0.0～P0.7連接并串聯(lián)1k的限流電阻。報(bào)警電路采用蜂鳴器與三極管連接，驅(qū)動(dòng)端與單片機(jī)P2.1端連接。

圖4 傳感器電路連接圖

1.4 軟件設(shè)計(jì)

家用智能型甲醛測試儀軟件程序，首先開始進(jìn)行初始化數(shù)據(jù)，將從甲醛傳感器和溫濕度傳感器采集到信號進(jìn)行信號放大與濾波數(shù)據(jù)處理，同時(shí)提前根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)通過按鍵設(shè)置甲醛含量最高值即不高于0.08 mg/m3以及溫濕度最低值。系統(tǒng)將采集到的信號在LCD上顯示，并與提前設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，當(dāng)所測甲醛濃度高于所設(shè)定的國家標(biāo)準(zhǔn)值或者溫濕度低于所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，報(bào)警或閃爍或燈常亮，軟件程序流程圖如圖5所示。

圖5 程序流程圖

2 系統(tǒng)調(diào)試

利用Keil 軟件編譯程序，確定程序無誤后進(jìn)行電路板焊接。對電路提供5 V電壓，測量系統(tǒng)穩(wěn)定電流約0.003 A，證明電路穩(wěn)定并且系統(tǒng)功耗較低。對程序進(jìn)行燒寫，完成家用智能型甲醛測試儀的制作[8]。將其放置在密度板較多的地方，測量結(jié)果如圖6所示。由于甲醛含量超標(biāo)蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)顯示屏顯示當(dāng)前滿足溫濕度最低要求，所以指示燈常亮。證明當(dāng)前甲醛釋放量是具有代表性的。

圖6 測試儀測量圖

3 結(jié)論

家用智能型甲醛測試儀，可以根據(jù)當(dāng)前室內(nèi)溫濕度值提醒用戶當(dāng)前測量的甲醛值是否具有代表性。同時(shí)當(dāng)甲醛超過國家甲醛釋放量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，蜂鳴報(bào)警。該系統(tǒng)具有便攜性，測量速度快，以及系統(tǒng)精度較高的特點(diǎn)，適合家庭使用。