家用智能型甲醛测试仪的设计

2022-02-28刘伊

山西电子技术 2022年1期

刘伊

(太原工业学院，山西太原 030008)

0 引言

世界卫生组织公布的毒物清单中，甲醛位列其中。甲醛是一种有毒气体，轻则引起呼吸系统感染，重则引发癌症[1]。日常生活，甲醛主要来源板材，乳胶漆等人造家装材料，刚装修完房屋，甲醛可超过标准40倍[2]。请专业人员到家进行甲醛测量，一方面寻找正规的甲醛测试公司比较浪费时间，另一方面测试费用也相对较高，无法做到随时测量的目的[3]。所以针对普通家庭用户，设计一款家用智能型甲醛测试仪。该测试仪不仅便于携带价格适中，同时具有测量精度较高的特点，可以服务于老百姓并且在市场上大量推广使用。

1 系统设计

1.1 甲醛释放相关因素分析

甲醛气体的浓度和空气中的温度和湿度有着很紧密的影响。采用控制变量法，控制湿度不变时，温度与甲醛浓度的关系如图1 所示[4]。当温度不变时，湿度与甲醛浓度的关系如图2 所示[5]。

由图1可知，温度在大于20 ℃时，甲醛才能完全释放。由图2可知，室内空气湿度在40%时直线斜率最大。表明只要在大于等于40%时就可以完全释放甲醛[6]。

图1 温度与甲醛浓度的关系

图2 湿度与甲醛浓度的关系

根据温湿度对甲醛释放量的影响，若当前温湿度未到达最低值，说明甲醛并未完全释放，当前甲醛浓度并不完全代表屋内真实甲醛值。所以最终确定系统硬件设计不仅要有甲醛测试模块，同时需要加入温湿度检测模块。

1.2 总体设计方案

系统以单片机为核心控制器，通过甲醛检测模块将甲醛气体采集，同时温湿度检测模块采集空气中的温湿度信息，信号经单片机处理并在显示模块上显示出来，并增加报警模块。当甲醛浓度超标时报警电路将进行报警，当测试时温湿度没有达到甲醛释放最低温湿度值时，系统指示灯闪烁，提醒用户当前测试值不具有代表性。系统总体设计如图3所示。

图3 系统总体设计方案图

1.3 核心硬件设计

AT89C52最小系统为控制系统的核心，其中时钟电路采用12 M晶振。甲醛气体以及周围环境中的温湿度由ZE08-CH20甲醛传感器与DHT11温湿度传感器采集后，经内部AD转换器的处理传递到AT89C52芯片，其连接图如图4所示，其中Header8表示甲醛传感器。甲醛传感器在pin6口与330 Ω连接，目的起到限流保护作用。温湿度传感器DHT11在与单片机连接中加入了1 kΩ上拉电阻，对系统同样是起到限流保护作用。显示采用 LCD1602液晶显示屏，将采集到的甲醛信号及温湿度信息显示。LCD1602的D0～D7数据输出端与单片机P0.0～P0.7连接并串联1k的限流电阻。报警电路采用蜂鸣器与三极管连接，驱动端与单片机P2.1端连接。

图4 传感器电路连接图

1.4 软件设计

家用智能型甲醛测试仪软件程序，首先开始进行初始化数据，将从甲醛传感器和温湿度传感器采集到信号进行信号放大与滤波数据处理，同时提前根据国家标准通过按键设置甲醛含量最高值即不高于0.08 mg/m3以及温湿度最低值。系统将采集到的信号在LCD上显示，并与提前设置的标准值进行对比，当所测甲醛浓度高于所设定的国家标准值或者温湿度低于所设定的标准值，报警或闪烁或灯常亮，软件程序流程图如图5所示。

图5 程序流程图

2 系统调试

利用Keil 软件编译程序，确定程序无误后进行电路板焊接。对电路提供5 V电压，测量系统稳定电流约0.003 A，证明电路稳定并且系统功耗较低。对程序进行烧写，完成家用智能型甲醛测试仪的制作[8]。将其放置在密度板较多的地方，测量结果如图6所示。由于甲醛含量超标蜂鸣器报警，同时显示屏显示当前满足温湿度最低要求，所以指示灯常亮。证明当前甲醛释放量是具有代表性的。