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基于单片机室内空气检测系统的设计

本站原创   发布时间:2018-12-07   [点击量:458]  


摘 要

随着人们的生活水平的不断提高,对居住环境的要求也就越来越高,室内做为人们日常活动最为关键的场所,然而随着各种装修材料和日常用品的广泛使用,导致家居环境隐患重重。在房屋装修后,室内的甲醛等有害气体严重影响着居住者身体健康。据有关部门的调查显示,在我国每年因为室内空气污染所导致患病或是死亡的人数比例呈逐年上升的趋势,室内空气污染已然成为严重威胁人们身体健康的杀手之一。本设计采用单片机技术,设计室内空气检测系统。


【关键字】:室内,甲醛,单片机,空气检测系统


第1章      绪论

1.1 设计背景及意义

伴随着我国经济的快速发展,人们的生活水平得到了广泛的提高,人们对其自身的居住环境的要求也变得越来越高,室内的环境得到了广泛的关注,特别是在当前广泛使用各类材料对室内进行装修的情况下,人们对于室内的有害气体的关注就变的更加关切了。具有关专家介绍,居民使用的天然气其主要成分为甲烷,还含有少许乙烷、丙烷等一些烷烃类。天然气一般为无色气体,其分子质量较空气轻,其本身是无毒气体,但是一旦含有硫化氢,其就会对人体产生一定的毒害作用;当空气中浓度达到25%时,就将会导致人体因为缺氧而导致的神经系统的损伤,较为严重情况可以致呼吸麻痹、昏迷、更为严重的是导致人死亡[1]。另一种室内有害的气体是甲醛,甲醛可以破坏生物细胞的蛋白质原生质,还会对人体的皮肤、呼吸道以及内脏造成一定的损坏,可以麻醉人体的中枢神经,进一步导致肺水肿、肾衰竭等严重的状况出现。世界卫生组织已经将甲醛认定为致畸性、癌变的物质,如果长时间的接触将会引发基因突变,当前甲醛污染主要集中在室内、纺织品和食品。在室内装修的各类装饰材料中含有着大量以甲醛为主的脲醛树脂,另外各类油漆、涂料中也含有着大量的甲醛。由此可见,对于室内空气检测的研究有着非常重要的意义。

1.2 设计目的及内容

本文设计目标为一个能够实现对家庭室内有害气体、可燃气体的检测系统,有着较高的精度,适合于家庭以及一些办公楼实现室内的监测。其具有着操作简单、实现成本低的特点。本设计经过了前期充分的调研,各种实现方法的比对,采用了以单片机为核心,数码显示以及声光报警为基础的室内空气检测系统,本文主要实现如下内容:

(1)主控制器模块,采用 AT89S52 单片机作为主控单元。

(2)气体检测模块,使用 MQ-5 传感器及甲醛气体传感器采集气体浓度。

(3)报警模块,采用蜂鸣器来进行报警处理,并关闭阀门和启动换气扇。

(4)显示模块,采用数码管显示模块显示测量值。



第2章 系统设计方案论证和总体框架设计

2.1 设计方案论证

2.1.1 单片机模块选择与论证

方案一:AT89C51 是 4K 字节的高性能 CMOS 8 位微处理器,128×8 位内部 RAM ,32 可编程 I/O 线 ,两个 16 位定时器/计数器,5 个中断源,可编程串行通道,低功耗的闲 置和掉电模式,片内振荡器和时钟电路[2]。

方案二: AT89S52 单片机含 8 位 CPU,具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器及 256 字节数据存储器, 有 32 位 I/O 端口线和 2 个数据指针,3 个 16 位定时/计数器,一个 2 级中断结构,还具有看门狗定时器,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。掉电保护方 下,数据存储器中的内容被保存,单片机工作停止,直到下一个中断或硬件复位时为 止。

通过以上两种单片机性能比较,A T89S52 内部集成看门狗计时器,而 AT89C51 需外接 看门狗计时器电路,或者是用单片机内部定时器构成软件看门狗来实现软件抗干扰。 AT89C51 仅支持并行编程,而 AT89S52 不但支持并行编程还支持 ISP 在线编程。在编程 电压方面,AT89C51 的编程电压除正常工作的 5V 外,另外 Vpp 需要 12V,而 AT89S52 仅仅 需要 4-5V 即可。AT89C51 极限工作频率是 24MHZ,而 AT89S52 最高工作频率是 33MHZ,从 而具有更快的计算速度[4]。所以本设计选用 AT89S52 单片机。

2.1.2 煤气监测模块选择与论证

方案一:催化燃烧式气体传感器是利用催化燃烧的热效应原理,由检测元件和补偿 元件配对构成测量电桥,在一定温度条件下,可燃气体在检测元件载体表面及催化剂的 作用下发生无焰燃烧,载体温度就升高,通过它内部的铂丝电阻相应升高,从而使平衡 电桥失去平衡,输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号。通过测量铂丝的电阻变化的大小,就知道可燃性气体的浓度。主要用于可燃性气体的检测,具有输出信号线性好, 指数可靠,价格便宜,不会与其他非可燃性气体发生交叉感染[3]。

方案二:半导体式气体传感器 MQ-5 所使用的气敏材料是电导较低的SNO2,当传感器 所处的环境中存在污染空气时,传感器的电导随空气中污染物浓度的增大而增大,可将 电导的变化量转换为与之对应的输出信号。这种传感器可以检测多种有害气体,是一种多应用低成本的传感器。

通过以上比较,半导体式传感器 MQ-5 使用方便价格低廉,适用于普通家庭,所以 本设计采用半导体式传感器 MQ-5。

2.1.3 甲醛气体监测模块选择与论证

用于检测甲醛的传感器有电化学传感器、光学传感器和光生化传感器等。相对说电 化学传感器的结构简单,成本较低,性能稳定,测量数据的范围和传感器的分辨率基本 能达到室内环境检测的要求。光学传感器因为价钱较高、体积较大,因此不适用于实时 监测系统。虽然光生化传感器选择性提高了,但是酶的活性以及其它因素可能导致传感 器不稳定,缺乏实用性。因此,本设计中采用 CH2O/C-10 电化学传感器。

2.2 总体硬件电路框架设计

本系统以 AT89S52 单片机为核心,主要包括传感器温湿度采集,传感器气体采集, A/D 模/数转换,按扭操作,单片机控制,数码管数字显示等部分。系统通过各种传感电 路检测室内温度、湿度、可燃气体浓度等参数值,然后与键盘预置的参数临界值进行比 较启/停风扇来改变室内可燃气体浓度,关闭燃气阀门,实时显示当前温度、湿度、可 燃气体浓度等参数值,并与声光报警装置配合,等待房主处理。

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文章标题:《基于单片机室内空气检测系统的设计》,原文地址:,如有转载请标明出处,谢谢。

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