基于单片机的甲醛检测控制系统

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本实用涉及控制系统领域技术，主要指一种基于单片机为处理器的甲醛检测控制系统。甲醛检测仪一般有基于定点位电化学传感器原理、基于半导体气敏传感器和基于化学变色原理三种类型。其中，使用是定点位电化学传感器原理的甲醛检测仪一般采用连续采样测量，可根据设定的测量时间多次测量得到平均值为测量结果，仪器的响应时间较快，一般1分钟能够达到稳定的示值，但是存在价格昂贵，维修不便的缺陷。又，使用半导体气敏传感器的仪器相应时间较慢，大多为报警仪器，精度较差，不能用于现场所析检测。又有，基于化学变色原理的甲醛检测管和甲醛试剂诊断盒，响应时间较长，且根据反应原理的不同而有较大的差异。除此之外，这些甲醛检测仪都是单一的检测，没有形成系统控制。对于地下封闭场所、居家环境等，无法实现智能检测以及自动通风。

前言

本实用针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种基于单片机的甲醛检测控制系统，解决了封闭空间全机械通风设备自动启停控制、精确监测了封闭场所甲醛超标带来的危害，科学的适时精准运行提高了环境质量同时节能效果显著。

为实现上述目的，本实用采用如下之技术方案：

一种基于单片机的甲醛检测控制系统，包括STC单片机，是控制系统的核心部件，通过端口进行数据采集输入和逻辑输出控制，所述STC单片机是采用STC公司的STC12C5 A32S2单片机；

甲醛电化学传感器，采用Membrapor公司的CH20/M-10电化高性能的传感器，其工作电压：12v，传感器量程：0-10Pppm，分辨率：0.01ppm，响应时间：＜50s，测量线性误差：＜1.0%；

数据采集组合，包含依次电性连接的高精度电流变送电路、电流/电压转换电路、高精度运算放大器、射极跟随器和A/D转换电路，该高精度电流变送电路电性相接于所述甲醛电化学传感器，该A/D转换电路接于STC单片机上；

LCD液晶显示器，电性连接于所述STC单片机，构成人机交互界面；

电机驱动电路，其一端接于排风机的电机，用于驱动电机，另一端电性相接于STC单片机；

所述甲醛电化学传感器采集的数据经高精度电流变送电路、再到电流/电压转换电路、再到高精度运算放大器进行放大、再经射极跟随器、再到A/D转换电路进行模数转换后送入STC单片机进行逻辑运算处理执行，当甲醛浓度超标时，该STC单片机给出(信号)控制命令，触使电机驱动电路启动送排风(电机)设备，同时从LCD液晶显示器显示出甲醛浓度变化状态。

作为一种优选方案，所述LCD液晶显示器是带中文字库的显示器，与单片机的P0口相连接，是一种具有8位并行，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；显示器分辨率128×64，内置8129个16×16点汉字和和128个16×8点ASII字符集。

作为一种优选方案，进一步包括多盏LED指示灯，各LED指示灯分别与单片机的P1.5、P1.6、P1.7相连接，表明电源指示、正常指示、报警指示。

作为一种优选方案，进一步包括一个蜂鸣器，该蜂鸣器与单片机的P2.4口相连，在甲醛浓度超标时单片机给出的报警信号经放大后发出报警声。

作为一种优选方案，进一步包括操作键盘，该操作键盘与STC单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口相连，用于甲醋浓度的设置。

作为一种优选方案，所述STC单片机具有40路引脚，分别有

1)电源引脚：STC单片机的40脚为电源正极引脚(VCC)，20脚为电源负极引脚(VSS)，电源正极引脚接5 V电源，电源负极引脚接地；

2)复位引脚：STC单片机的9脚为复位引脚(RESET)；

3)时钟引脚：STC单片机的18、19脚为时钟引脚(X1、X2)；

4)其余为输入/输出引脚。

本实用与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，本实用新型的甲醛检测控制系统采用瑞士进口的Membrapor电化高性能的传感器，结合响应快速的STC公司的STC12C5A32S2单片机，具有测量精确、寿命长、稳定性好、抗干扰能力强等特点。在单片机系统的控制下，利用高性能的运算放大器和高性能的A/D转换器，可在低浓度范围有较高的响应值和分辨率，完成甲醛浓度的检测显示和报警功能，本系统操作简单，使用性强。与传统的气体甲醛检测仪器和进口的甲醛检测仪器相比：具有价格低廉、维修方便、精度高、测试时间短、体积小、使用方便，在使用过程中不使用耗材、缩减使用成本等优点，可用于车载甲级醛浓度、工厂及商场甲醛浓度的监测，也可用于家用甲醛浓度的检测等。

为更清楚地阐述本实用的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是本实用之实施例的电路结构框图。

附图标识说明：

10、STC单片机 20、甲醛电化学传感器

30、数据采集组合 31、高精度电流变送电路

32、电流/电压转换电路 33、高精度运算放大器

34、射极跟随器 35、A/D转换电路

40、LCD液晶显示器 50、电机驱动电路

51、电机 60、LED指示灯

70、蜂鸣器 80、操作键盘。

参照图1所示，其显示出了本实用之较佳实施例的框图结构，是一种基于单片机的甲醛检测控制系统，其电路构造包括STC单片机10、甲醛电化学传感器20、数据采集组合30、LCD液晶显示器40和电机驱动电路50。

其中，STC单片机10是控制系统的核心部件，负责逻辑关系R的运算处理，用c语言编写逻辑程序。通过端口进行数据采集输入和逻辑输出控制。本实用新型的STC单片机10是采用STC公司的STC12C5A32S2单片机，响应快速。

所述甲醛电化学传感器20，采用Membrapor公司的CH20/M-10电化高性能的传感器，该传感器具有测量准确、寿命长、稳定性高、抗干扰能力强等特点。其工作电压：12v，传感器量程：0-10Pppm，分辨率：0.01ppm，响应时间：＜50s，测量线性误差：＜1.0%。

所述数据采集组合30包含依次电性连接的高精度电流变送电路31、电流/电压转换电路32、高精度运算放大器33、射极跟随器34和A/D转换电路35，该高精度电流变送电路31电性相接于所述甲醛电化学传感器20，该A/D转换电路35接于STC单片机10上。甲醛电化学传感器20，采集的数据经高精度电流变送电路31、在到电流电压转换电路、在到高精度运算放大器33进行放大、在经射极跟随器34、在到A/D转换电路35进行模数转换后送入STC单片机10进行逻辑运算处理执行。

所述LCD液晶显示器40电性连接于所述STC单片机10，构成人机交互界面。所述LCD液晶显示器40是带中文字库的显示器，是一种具有8位并行，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；显示器分辨率128×64，内置8129个16×16点汉字和和128个16×8点ASII字符集。利用LCD液晶显示器40灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互界面。所述电机驱动电路50一端接于排风机的电机51，用于驱动电机51，另一端电性相接于STC单片机10，负责执行启停抽排风机。当甲醛浓度超标时，该STC单片机10给出信号，从LCD液晶显示器40显示出变化状态，同时触使电机驱动电路50启动电机51，从而启动抽排风机，使空气流通，降低甲醛含量。

本案之甲醛检测控制系统还进一步包括多盏LED指示灯60，各LED指示灯60与STC单片机10电性相连，用于指示当前系统的状态。还进一步包括一个蜂鸣器70，该蜂鸣器70与STC单片机10电性相连，当甲醛超标时，会发出报警声响。还进一步包括操作键盘80，该操作键盘80与STC单片机10电性相连，用于复位操作和设置甲醛浓度。

所述STC单片机10具有40路引脚，分别有1)电源引脚：STC单片机10的40脚为电源正极引脚(VCC)，20脚为电源负极引脚(VSS)，电源正极引脚接5V电源，电源负极引脚接地；2)复位引脚：STC单片机10的9脚为复位引脚(RESET)；3)时钟引脚：STC单片机10的18、19脚为时钟引脚(X1、X2)；4)其余为输入/输出引脚。

本甲醛检测控制系统采用瑞士进口的Membrapor电化学传感器，传感器出来的是模拟信号，经过高精密的电流变送电路转换成的电流信号4-20 MA(此高精密电路是甲醛传感器中自带成在的，在此不作探讨)，采用高精密电阻，阻值为250欧姆，偏差为0.01%，将电流信号转换成电压信号1-5V，电压信号经高精度高可靠性放大器的运算放大，运放的前面一级主要是放大作用，放大倍数是50倍，后面一级是射极跟随，主要起隔离作用，因为射极跟随器34具有高输入阻抗，低输出阻抗等特点，放大后的电压信号经射极跟随器34送入STC单片机10P1.7引脚的ADC通道进行A/D模数转换，经A/D转换取样后信号送入STC单片机10中运算单元处理。由于甲醛浓度超过1-1.5PPM时对人体构成损害，系统设定当甲醛浓度超过设定质0.08mg/m3时控制器报警并启动抽排风设备运行，低于0.08mg/m3时停止设备运行。

综上所述，本实用的设计重点在于，本实用的甲醛检测控制系统采用瑞士进口的Membrapor电化高性能的传感器，结合响应快速的STC公司的STC12C5A32S2单片机，具有测量精确、寿命长、稳定性好、抗干扰能力强等特点。在单片机系统的控制下，利用高性能的运算放大器和高性能的A/D转换器，可在低浓度范围有较高的响应值和分辨率，完成甲醛浓度的检测显示和报警功能，本系统操作简单，使用性强。与传统的气体甲醛检测仪器和进口的甲醛检测仪器相比：具有价格低廉、维修方便、精度高、测试时间短、体积小、使用方便，在使用过程中不使用耗材、缩减使用成本等优点，可用于车载甲级醛浓度、工厂商场甲醛浓度的监测，也可用于家用甲醛浓度的检测等；若批量生产应用完全可以取代进口检测仪的依赖，同时具有自主知识产权，由此可带来良好的社会效益和经济效益。

结束语

该系统投入测试运行后，其性能相对稳定，但随着电子技术的不断发展，会发现有不完善的地方，我们将在今后的实践工作中不断的对其升级、改进。在此，我表示欢迎同行提出批评和指导。