基于单片机的甲醛监测报警系统

仝庆华

（1.中北大学信息与通信工程学院，山西太原 030051；2.山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同 037009）

基于单片机的甲醛监测报警系统

仝庆华1，2

（1.中北大学信息与通信工程学院，山西太原 030051；2.山西大同大学物理与电子科学学院，山西大同 037009）

此监测显示报警系统主要由单片微型计算机作为控制核心，通过气体传感器采集信号、信号放大，数模转换，按键控制，并经过LED显示报警电路显示结果。从甲醛气体传感器出来的微电流信号，经过信号放大电路将信号放大，再通过A/D转换器将模拟电流信号转换成数字信号送入单片机80C51内，然后由单片机及时进行处理。如果甲醛浓度超标，单片机便会发出一系列信号去控制相关的报警设备。

传感器；单片机80C51；报警电路

目前，封闭式的装修方式和许多装修材料造成了室内空气污染物的超标（我国于2002年发布的《室内空气质量标准》规定甲醛的标准值是0.10mg/m3即0.075ml/m3），严重危及居住者的健康。甲醛就是危害性最强的室内污染物之一，甲醛是一种原生质毒物，对人体健康的危害具有长期性、潜伏性、隐蔽性等特点。因此建立低浓度的甲醛气体检测方法具有极其重要的意义。

1 甲醛气体检测方案

近年来，发展了多种甲醛检测方法，如分光光度法、色谱法、荧光法等物理仪器检测和传感器检测等［1-3］。气体传感器法是将气体浓度信号转换为电信号的方法，根据气敏特性分类主要有半导体式、固体电解质、电化学式等几类，其中电化学式传感器是将气体浓度信号直接变换为电流信号，便于电路设计且信号准确，灵敏度高和选择性好。传感器法避免了使用复杂的仪器设备，具有操作简单，价格低廉，体积小，检测下限低和灵敏度高等优点，在气体检测领域占有重要地位［4-7］。

2 室内甲醛监测显示报警硬件系统

室内甲醛监控显示报警硬件系统由AT89C51单片机、按键、显示电路、传感器、信号放大转换电路等电路组成，其中显示部分采用74LS164和LED数码管进行显示，报警电路采用固体继电器与蜂鸣器控制报警。系统所用的传感器是感应气体浓度的改变，将其浓度转化为电信号。而电信号很微小，必须采用信号放大电路对其放大，否则将无法正确检测甲醛气体浓度。其信号放大电路如图1所示。

图1 系统信号放大电路

此显示电路采用串连输入并联输出的串并转换芯片74LS164与数码管LED进行显示。其中，芯片74LS164串行接口为移位寄存器，LED静态显示分别用6位7段的驱动器，低电平有效的片选信号连接到74LS164时钟输入CLK端。每次输出其中一段编码值到显示数字的7段编码中，连续送八次可在LED上显示一位数字，其电路连接如图2所示。此系统使用的是静态显示，共阳极的LED数码管。此外设计中所用的按键电路是通过按键和上拉电阻构成，按键电路如图3所示。

图2 显示电路

图3 按键电路

报警电路，当现场甲醛气体浓度达到一定值时，启动闪光、声音报警。闪动的指示灯，特定的声音能引起人们的注意和警觉。

除了以上电路外，还包括电源、振荡、复位等电路才能使80C51单片机正常工作，振荡频率设定为12MHz。给80C51加电时，需要对80C51进行一次复位操作，复位操作将使80C51的工作环境置成初始状态，并从开始运行。

3 甲醛气体监测报警的程序流程图

总程序设计包括甲醛气体传感器，信号放大电路模块，数模转换器模块设计、按键模块设计、LED显示部分设计、声光报警模块设计等。各个程序流程图如图4所示。甲醛监测显示报警系统总电路图如图5所示。

图4 程序流程图

本系统采用模块设计的思想，自上而下把一个大的电路系统分成好几个小模块电路进行设计，并针对各个模块电路设计出合理的电路图，最后将各个小模块组合成一个完整的甲醛监测显示报警系统，实现了对室内甲醛浓度的实时监测，它自动及时地对异常情况做出处理，避免人工操作带来的问题，最大限度地减少了损失。

图5 总电路图

［1］金喜平.智能仪器设计［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，1994.

［2］单成祥.传感器的理论与设计基础及应用［M］.北京：国防工业出版社，1999.

［3］潘永雄.新编单片机原理与应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2003.

［4］张国雄，金篆芷.测控电路［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［5］张洪润，张亚凡.传感器技术与实验［M］.北京：清华大学出版社，2005.

［6］何立民.单片机中级教程--原理与应用［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2006.

［7］包敬民，李向仓.微弱信号的检测技术［J］.现代电子技术，2006，29（21）：65-66.

〔编辑 李海〕

Formaldehyde Display and Alarm Detector based on SCM

TONG Qing-hua1，2
（1.School of Information and Communicatin Engineering，North University of China，Taiyuan Shanxi，030051；2.School of Physics and Electronics Sciene，Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037009）

Formaldehyde display and alarm detector include the formaldehyde gas sensor，signal amplification circuit，A/D conversion，SCM 80C51，display circuit，keyboard control，alarm circuit and so on.To begin with，micro-electric current signal from the sensor is enlarged by the signal amplification circuit，in the second place，it is converted the digital signal by A/D conversion，finally，it is ran into 80C51 and is handled by it.If the density of formaldehyde is above standard，the signal chip computer will generate a train of signals to control connected the alarm equipments.

formaldehyde gas sensor；SCM 80C51；alarm and display instrument

TP393

A

1674－0874（2011）02－0020－03

2011－03－06

山西省普通高等学校大学生创新性实验项目［2009］

仝庆华（1966－）男，山西大同人，在读硕士，副教授，研究方向：电子技术。

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