甲醛测量设计系统本科毕设论文.docx
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甲醛测量设计系统本科毕设论文
甲醛测量设计系统
摘要
本文研究设计了一种用于公共场所及室内具有检测及超限报警功能的甲醛智能测试仪。
其设计方案基于89C51单片机,选择瑞士蒙巴波公司的CH20/S-10甲醛传感器。
系统将传感器输出的4~20mA的标准信号通过I/V变换电路和以AD574A为核心的A/D转换电路调理后,经由单片机进行数据处理,最后由LED显示甲醛浓度值。
文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。
系统对于采样地点超出规定的甲醛容许浓度时分别用发光二极管以及蜂鸣器报警提醒监测人员。
同时,操作人员对于具体报警点的上限值可以通过简单的键盘操作进行设置。
另外,该系统对浓度信号进行了信号补偿等处理,减少了测量误差,因此,具有较高的测量精度,而且结构简单,性能优良。
关键词:
单片机甲醛监测数据采集处理系统硬件电路软件设计
DesignandSystemsforFormaldehydeMeasure
ABSTRACT
Adesignisgivenoftheformaldehydemeasurewiththeabilityofalarmingtheformaldehydeconcentrationbeyondthelimit.Thedesignisbasedon89C51singlechipmicrocomputerandchooseformaldehydesensorCH20/S-10fromMEMBRAPOR.Firstthestandardoutputsignal4~20mAofformaldehydesensorisregulatedbyI/VconversionandA./DconversionwhichiscoredofAD574A,then89C51singlechipmicrocomputercompletedataprocessing,andfinallytheresultwillbeoutputbyLED.Therearedetaileddescriptionsforthemethodsanddesignsofdataacquisitionandprocessingsystem,dataprocessing,datadisplayingsystemandalarmingsystem.Asiftheconcentrationisbeyondthelimit,itwillalarmbyLBDandbuzzertoremindthemanipulator.Meanwhile,themanipulatorcansettheupperlimitpointbysimplykeyboardoperation.
Inaddition,theconcentrationsignaliscompensatedtodecreasemeasuringerrors.Therefore,theresulttakesonupperprecision,andsimplestructure,choicenessperformance.
Keywords:
SinglechipmicrocomputerMonitoringofformaldehydeDataacquisitionandprocessingsystemHardware-circuitSoftware-design
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第一章绪论
1.1甲醛气体介绍及其危害性分析
甲醛,又名蚁醛;化学式CH20,分子质量30.03;常温下是一种无色、具有强烈刺激性的气体,熔点-920C,沸点-19.510C,相对密度0.815;易溶于水和乙醇等多种有机溶剂,水溶液浓度最高可达55%[23],其30%~40%的溶液称之为福尔马林。
甲醛是重要的基本有机化工原料,被广泛应用于纺织染料、食品包装材料、塑料、皮革、涂料(容器内壁涂料、内墙涂料)、油漆、与合成材料(合成树脂、人造纤维、人造板)工业。
虽然甲醛用途广泛,但它对人的生存环境和人体健康危害较大。
甲醛是一种具有较高毒性的破坏生物细胞蛋白质的原生质毒物,能与蛋白质的氨基结合,使蛋白质变性凝固,扰乱细胞代谢。
同时甲醛也是一种刺激物和诱变剂,已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸物质,是公认的变态反应源,也是潜在的强致突变物之一。
长期接触低剂量的甲醛可引起基因突变,DNA单链内交联和DNA与蛋白质交联及抑制DNA损伤的修复,导致鼻咽癌、结肠癌、脑瘤。
此外,甲醛主要对人的中枢神经系统、呼吸系统、消化系统和内分泌系统造成损害。
临床症状表现为刺激眼睛流泪,粘膜水肿,头痛、咳嗽胸闷、气喘,甚至导致肺水肿、肺炎;恶心呕吐、全身无力、心悸失眠、丧失食欲,甚至导致死亡;引起新生儿染色体异常,导致畸形、白血病、精神抑郁症;引起青少年记忆力和智力下降;女性月经失调和紊乱、妊娠综合症;也可引起过敏性接触皮炎和呼吸器官黏膜的刺激症状与内分泌功能紊乱、肺功能异常、肝功能异常和免疫功能异常等[9]。
2004年6月世界卫生组织的国际癌症研究中心发表的报告称,高浓度的甲醛能导致耳、鼻和喉癌,同时还提到也可能导致白血病。
美国国家癌症研究所的一项调查也表明,在高甲醛含量环境中工作的工人比在低甲醛含量环境中工作的工人患白血病的可能性大2.5倍[23]。
故世界各国规定食品中禁止加入甲醛,以及对新装修的居室、办公室释放的甲醛气体不应超出国家标准。
室内空气中的甲醛,主要来源于用甲醛合成的各种装饰材料、人造板及人造板制品等在日常生活中的缓慢释放。
有关资料表明,甲醛释放期长达13年之久,而人的一生有将近三分之一的时间呆在室内。
因而研究甲醛含量的快速测定方法,对保证居民安全和降低甲醛对环境的污染具有重要意义。
国外在甲醛的分析检测方面做了大量的研究工作,并已成功地开发出了各种商品化的吸收剂,建立了很多检测方法。
目前我国也开始加强了这方面的研究。
表1.1室内不同浓度的甲醛对人体的影响[11]
甲醛浓度(mg/m3)
症状
0.00~0.588
头痛,眼、呼吸道刺激
0.036~2.124
对居民区有影响
0.05
脑电图改变
0.06
眼睛刺激
0.06~0.12
眼、鼻、咽有刺激
0.06~0.22
嗅觉刺激阈
0.06~1.8
30%~50%人群有不适感觉
0.06~1.92
健康成人刺激阈
0.12
上呼吸道刺激阈
0.15
慢性呼吸病增加,肺功能下降
1.0
组织损伤
6.0
肺部刺激
60
肺水肿
120
致死
从表中不难看出,在不同场合对于甲醛气体的浓度限量值不尽相同,因此在设计相应的甲醛检测仪的时候,如果能够针对不同的场合能够让检测人员相应设置不同的限制浓度点进行报警提示,将具有更为现实的意义。
本毕业设计针对这一点实现了通过相应的键盘操作来设置不同的报警点浓度阈值,具体方案参看第四章键盘设计的内容。
1.2甲醛气体限量标准及常用检测方法
我国有关空气中甲醛的卫生标准如下:
居民区大气中甲醛最高容许浓度为0.05mg/m3(TJ36--79);居室内空气中甲醛最高容许浓度为0.08mg/m3(GB/16127--1995);公共场所甲醛最高容许浓度0.12mg/m3(GB9663-9667--1996);车间空气中有害物质最高容许浓度为3mg/m3(TJ36--79)[23]。
关于各类不同的场所空气中甲醛浓度的限量标准具体见表1.2。
表1.2我国各类场所甲醛气体浓度限量[7]
No
适用场所
标准依据
限量值mg/m3
备注
1
民用建筑工程室内环境污染物浓度限量
GB50325-2001表6.0.4
I类0.08
I类0.12
供验收用
2
室内空气质量标准2
GB/T18883-2002表1
≤0.1
小时平均
3
空气中甲醛的卫生标准居室
GB/T16127-1995
≤0.08
最高容许浓度
4
公共场所卫生标准
GB9663~9673-1996
≤0.12
5
室内空气质量卫生规范
卫法监发(2001)255号
≤(0.08一0.12
小时平均
6
饭馆(餐厅)卫生标准
GB16153-1996
≤0.12
7
人防工程平时使用环境卫生标准
GB/T17216-1998
≤0.12
8
工作场所有害因素职业接触限值
GBZ.2-2002
0.5
最高容许浓度
甲醛测定的测定方法主要有分光光度法、色谱法、电化学法、化学滴定法等,此处仅就其中的一些主要方法介绍如下:
1、分光光度法
分光光度法测定的主要方法有乙酰丙酮法、铬变酸法、MBTH法、付品红法、AHMT法等几种。
以乙酰丙酮法为例,其原理是利用甲醛与乙酰丙酮及氨生成黄色化合物二乙酰基二氢卢剔啶后,412nm下进行分光光度测定。
分光光度法基本上是利用甲醛与一定的化学反应剂进行化学反应后对生成产物通过物理方法比色定量得知甲醛的浓度值大小。
这一类方法性能稳定,误差较小;但也都存在着操作不便,反应灵敏度不高,或者易受干扰等缺点。
2、色谱法
色谱法主要有气相色谱、高效液相色谱法、离子色谱法等,直接利用色谱法较少,一般是和其它分析仪器相连用,如GC-MS、HPLC-UV等。
比如高效液相色谱法就是甲醛与2,4-二硝基苯肼(DNPH)反应生成腙,衍生化产物醛腙用有机溶剂萃取富集后,在一定温度下蒸发、浓缩,再以甲醇或乙腈
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