本科毕业论文_基于单片机的室内甲醛检测仪的设计.docx

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毕业论文（设计）

题    目：

 基于单片机的室内甲醛检测仪的设计 

毕业论文（设计）诚信声明

本人声明：

所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文（设计）作者签名：

               日期：

      年    月    日

毕业论文（设计）版权使用授权书

本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。

本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。

本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。

论文（设计）作者签名：

               日期：

      年    月    日       

指导教师签名：

                日期：

      年    月    日

目 录

摘  要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 甲醛检测仪的种类

2 整体设计方案

2.1 系统设计的基本要求

2.2 系统设计的思想

2.3 系统设计方案的对比选择

3 设计开发工具介绍

3.1 单片机的概念和特点

3.2 单片机的发展和趋势

3.3STC12C5A60S2单片机

3.4LTC1049CN8运算放大器

3.5LCD1602液晶显示屏

3.6 甲醛传感器

4 系统硬件设计

4.1 系统整体电路的原理

4.2 系统晶振电路的设计

4.3 系统复位电路的设计

4.4 系统放大电路的设计

4.5 系统单片机及显示电路的设计

4.6 系统报警电路设计

5 系统软件设计

5.1 程序编写语言介绍

5.2 编译软件介绍

5.3 主程序模块

5.4 模数转换

5.5 按键模块

5.6 液晶显示模块

6 设计总结

6.1 全文总结

6.2 心得体会

参考文献

致谢

附录

基于单片机的室内甲醛检测仪的设计

摘  要

  众所周知，甲醛对人体的危害很大, 在当今的社会中甲醛通过各种途径侵入人们的生活，特别是在房屋装修的过程中，装修材料中残留大量的甲醛，所以应如何快速高效的检测室内甲醛的含量是否超标就显得尤为重要。

传统的检测方法操作麻烦，而且精度不够高，于此本研究设计了一种在室内具有检测和超限报警功能的智能甲醛检测仪。

该设计方案基于STC12C5A60S2单片机，选择英国达特公司生产的甲醛传感器。

该系统将传感器输出的电流信号放大后，通过A/D转换电路调整,再通过单片机进行数据处理,最后由LCD显示甲醛浓度值。

本设计具有显示报警功能，并且具有功耗低、精度高、便于携带等特点。

关键词:

甲醛；STC12C5A60S2；传感器；A /D；LCD

Design ofIndoorFormaldehydeDetectorBased onSCM

Abstract

Asisknowntoall,formaldehydedoesgreatharmtohumanbody.Nowadays,people'slifeisinfluencebyformaldehydethroughdifferentways,especiallywhenbuildingshavebeendecorated.Thereareamountoftheresidualformaldehydeintheroom.Thus,itisimportanttodetectaccuratelythatifthecontentofindoorformaldehydeisoutoflimits.Theoperationoftraditionaltestmethodsistroublesomeand oflowaccuracy.Comparedwithwhich,anintelligentformaldehydeanalyzerwhichcantest thecontentofindoorformaldehydeandalarmwhentheformaldehydeisoutoflimitsisdesigned.BasedontheSTC12C5A60S2microcontroller,thedesignneedsaformaldehydesensorproducedbyDartmouthCompany.Inthesystem,currentsignaloutputbysensorwillbeamplifiedandwillbeadjustedthroughtheA/Dconverter.Thenthroughthesingle-chipmicrocomputerdataprocessing,formaldehydechromevaluewillbeshowedintheliquidcrystaldisplays（LCD）.

Thisdesignhasthefunctionofshowingalarmsandhaslotsofadvantagessuchaslowpowerconsumption,highprecision,easytocarry,etc.

Keywords:

 formaldehyde;STC12C5A60S2;Sensors;A/D;LCD

1 绪论

1.1 引言

甲醛是一种无色有强刺激性气味的气体。

溶于水、醇类和醚。

甲醛在室温下是气体,通常以水溶液的形式存在。

37%的水溶液称为福尔马林，医疗和科研部门通常用来做标本的防腐保存。

在我们国家有毒化学物质优先控制名单中甲醛位居第二。

甲醛一直是世界卫生组织确定为癌症和导致畸形的物质材料[1]。

甲醛可以和蛋白质结合,吸入高浓度甲醛会引起呼吸道严重的刺激和水肿、眼痛、头痛，也可能发生支气管哮喘，人的皮肤直接接触甲醛,可能会引起皮炎、皮肤色斑、皮肤坏死。

经常吸入甲醛,也能导致慢性中毒,出现黏膜充血、皮肤刺激疾病、过敏性皮炎、指甲角化以及脆弱等。

全身症状有头痛、疲劳、心悸、失眠、体重减轻和植物神经紊乱等[2]。

甲醛的来源途径一般有这个方面：

1．室内装饰材料里面的合成板材,如胶合板、细木工板、高密度板、刨花板。

甲醛在这些板材中起胶合剂、防腐剂的角色,主要用于加强材料的硬度、防虫、腐蚀。

板材里的残余和未参与反应的甲醛向周围生态环境逐步释放甲醛,是室内空气中甲醛的主要来源。

2．使用合成板制造家具,厂家为追求利润的不惜使用不合格的木料板材,再粘贴材料表面时使用不合格的胶水,导致家具的甲醛含量超标。

3．含有甲醛并且可能会向周围环境发出的各种装饰材料,如墙纸、地毯、油漆等。

1.2 甲醛检测仪的种类

目前,市场的甲醛检测器有许多不同的种类,其中比较常见的是使用试验纸光电光度法,当甲醛吹到浸有发色剂的试纸上时,浸有发色剂的TAB组合就会发生化学反应使标签颜色发生变化。

在接触甲醛后溶解在试纸里的试药就会和甲醛发生化学反应产生化合物,试纸的颜色会从白色变成黄色。

颜色改变的程度可以反映出所受光的反射光量，反射光量的强度变化率强度可以作为被测气体的甲醛含量的预测值。

预先设定检测线,可以通过测量反应率来检测甲醛浓度的含量。

在收集气体的方法上有的是使用自动吸引方式（内置微型空气泵）,一些使用扩散式。

用测试纸光电光度法分析甲醛的浓度,它的优点是灵敏度高,操作简单,快速测定。

但是这种方法在分析甲醛浓度时,往往是目视比色法,它的缺点是:

（1）因为许多有色溶液是不够稳定的,不能长久保存,经常需要在测定的时候现配制溶液,比较费时费力费事。

（2）目视比色法的精度低，准确率不高，一般相对误差为±5～20。

本文设计的便携式甲醛检测仪所使用的甲醛传感器是电化学传感器。

它可以使甲醛的浓度转换成微弱的电流信号。

这样可以通过电流电压变换电路使微弱的电流信号转换为可以测量的稳定的电压信号,增强了该电信号的稳定性。

2 整体设计方案

2.1 系统设计的基本要求

本次设计的主要内容是设计一种基于单片机的室内甲醛检测仪，主要利用单片机和放大电路对甲醛传感器的输出信号进行采集处理。

设计基本要求：

（1）快速检测功能：

当将仪器至于封闭环境时能快速测出甲醛浓度并显示。

（2）超标报警功能：

当甲醛浓度超出国标时给予报警提示。

2.2 系统设计的思想

随着现代电子技术的迅速发展，传感技术已形成一个独立的新兴的高科技领域。

传感器的高度自动化、微型化与集成化，减少了对使用者环境和技术的要求，其便携式的特点尤其适合于野外、现场分析的需要。

本设计拟采用英国达特公司生产的CH20甲醛传感器，传感器的贵金属电极与挥发的甲醛气体发生反应，产生与挥发的甲醛浓度成正比的电信号。

由于甲醛传感器产生的电信号十分微弱，不能直接与控制电路相连接使用，我们将其首先经过一个放大电路，将信号放大，再经过模／数转换器将模拟信号转换成数字信号，在单片机电路的作用下，通过LCD将空气中甲醛含量的浓度用数字显示出来[3]。

创新点：

（1）使化学检测转化为电信号检测。

（2）应用单片机来显示最后结果，成本低。

（3）设备便于携带，操作简单。

（4）实现单片机控制的智能化。

2.3 系统设计方案的对比选择

方案一：

基于普通51单片机和国产MQ138传感器的设计方案

国产MQ138传感器中能基本实现甲醛测量需要，其信号可以经过放大电路，在经过AD转换芯片后送给单片机进行处理最后显示。

其工作模块可以分为：

传感器、放大电路、AD电路、单片机、显示电路。

通过这几个部分的结合可以基本实现设计的功能，但是由于MQ138传感器的线性度极其不理想，而且其测量范围为1ppm～10ppm，最低测量值已经远远超过国家标准的最低值0.8ppm。

系统所采用的单片机只能进行数据处理，仍需要另外购买AD芯片，给系统造成成本增加，且对电路的性能会造成影响。

方案二：

基于增强型单片机和进口传感器的设计方案

英国达特（DART）公司的甲醛传感器虽然价格为MQ138的两倍，但其拥有稳定的线性度，且灵敏度达到0.01ppm,可以满足测量国家标准。

系统工作模块也分为传感器、放大电路、AD电路、单片机、显示电路。

系统才用的是增强型51单片机即STC12C5A60S2单片机，不但拥有超高的执行速度而且内置了10位的AD转换，可以简单化电路，更可以节约一定的成本，对整体电路的稳定性能更有保障。

两个方案的比较：

方案一，虽然基本满足测量需求，但是0～1ppm的范围为盲区，无法测量更无法在超过国标时及时提醒，系统整体稳定性不高。

方案二，完全能够满足测量需求，精度高，功耗更低，电路设计简单，稳定性高，更加可靠，所以选用方案二。

3 设计开发工具介绍

3.1