基于单片机的室内多功能检测仪的研究

　　0 引言

　　随着人们生活水平的提高，全装修住宅的日益扩展，其室内环境质量控制越来越引起社会各界的广泛关注。同时人们也需要安全、舒适的家居。现市场也有对室内环境的检测仪器，但存在有体积大、价格贵、功能少等原因，根据市场调查非常需要家居用室内安全、温湿度和室内甲醛的检测。本文设计的是家用集环境污染(甲醛)、安全、温度和湿度为一体的多功能便携式测试仪。

　　城市居民的气体燃料主要是液化石油、煤气和天然气。液化石油气的主要成分是丙烷、煤气的主要成分是CO和H2，天燃气主要成分是甲烷。

　　该设计主要包含两大部分功能，第一，空气质量包括温度、湿度、甲醛的检测。第二，室内安全测量包括CO、甲烷。

　　1 总体结构设计

　　总体结构图如图1：

图1 总体结构图

　　该仪器以单片机为核心，单片机选用价格便宜的8031，具有对CO浓度、甲烷浓度测量与报警功能;对温湿度和甲醛的含量的测量及显示功能;设有人工自动复位和自动上电复位以及硬件看门狗电路。单片机外接8255A并行接口芯片，8255A接键盘、显示、甲醛测量电路。通过键盘可设定室内甲烷、CO的报警值。温湿度测量采用数字化温湿度传感器LTM-8901，用4位半液晶显示温湿度和甲醛值。CO和甲烷测量电路输出分别接单片机接外中断INT0和外中断INT1，利用中断实现对CO和甲烷的实时监控。另外扩展了数据存储器和紫外线可擦除的EPROM存储器。

　　2 温湿度模块设计

　　温湿度传感器采用LTM-8901，该传感器是全新的数字化温湿度传感器，适合室内环境的温湿度测量范围，无需A/D转换，可直接接单片机，使系统故障率低，便于维护。湿度测量时是传统湿敏元件与湿度变送器的融合体，本身具有很强的抗静电、抗干扰、抗反接等保护能力，而且具有很强的结露恢复能力，并对腐蚀气体有一定的低御能力。LTM-8901内置滤波、保护电路、极低的功耗，温度补偿已在生产检验时校准完成。这种智能化修正方式，实现温湿度全量程的精确测量。如图1中，数字传感器LTM8901通过光耦器件4N35和驱动电路接单片机的并行I/O端，实现输入输出隔离，以提高系统的抗干扰能力，光耦器件4N35对于LTM8901其速度基本上满足要求，若选用DS18BO2应使用更快速度的光耦。

　　3 CO和甲烷测量模块

　　采用半导体气体传感器SB-500测量CO和甲烷，SB-500在高低温周期变化过程中工作时，传感器输出信号受温度影响，高温时感应甲烷气体，低温时感应CO气体，高温0.9V*5秒，低温0.2V*15秒，因此工作电压为高电平为0.9V，低电平为0.2V的方波，占空比为1：3，周期20S。该方波通过设置单片机内部定时器T0的参数，由单片机的并行端口输出，再经12V供电的放大电路放大。半导体气体传感器SB-500的输出接单片机的外中断，当CO浓度超标时，被高、低电平加热的SB-500的电阻会降低，经过分压和调整分压电阻达到外中断请求电平向单片机请求中断，通过中断处理程序实现超标报警。由于高、低电平加热SB-500时呈现的电阻不同，采用不同的分压电阻分压以实现中断请求电平，因此需通过单片机控制电子开关自动切换CO和甲烷的测试和报警。如图2：