室内多功能的设计

摘要该设计对室内温湿度实现了检验测定与显示，而对CO和甲烷完成超标报警。选用数字化温湿度传感器LTM-8901对室内温湿度测量，半导体气体传感器SB-500对CO和甲烷测量，经由过程设定单片机内部定时器参数和编程以及合理的驱动电路完成SB-500供电需求。用单片机节制模拟开关到达对CO和甲烷的交替测量与报警。论文还阐述了甲醛测量方法。关键词：室内环境温湿度数字显示安全报警Abstract：Thisdesignhasrealizedindoorexaminationanddemonstration,andwillgivealarmifthecontentofCOandCH4hasexceededtheallowedfigure.ThedesignchoosesdigitaltemperatureandhumiditysensorLTM-8901tomeasuretheindoortemperatureandhumidity,andchoosessemiconductorgassensorSB-500tomeasurethecontentofCOandCH4,andcompletespowersupplytoSB-500bysettingtheinnerparameterofMonolithicProcessor,programmingandproperdrivingelectriccircuit.ThedesignusesMonolithicProcessortoControlanalogswitchtomeasureCOandCH4alternatelyandgivealarm.Thisthesisalsostatesthemethodtomeasureformaldehyde.Keywords：indoortemperature,temperatureandhumidity,digitaldemonstration,safety,givealarm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。（一）总体结构设计总体结构图如图1：图1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。（二）温湿度模块设计1.单片机实现温湿度测量（1）原理图容下所示：由控制器单片机89x51、复位电路、DHT11温湿度检测系统、报警电路及12864显示系统组成。单片机复位电路时钟振荡DHT11温湿度检测键盘扫描12864LCD显示报警电路（2）控制系统芯片采用技术成熟，功能强大、价位低廉大众化的AT89C51单片机。DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接；采用12864LCD显示温湿度同时应用VC界面显示数据使温湿度变化便于观测。2.温、湿度传感器简介DHT11的供电电压为3－5.5V。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:一次完整的数据传输40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。（1）总线空闲状态为高电平,主机把总线拉低等待DHT11响应,主机把总线拉低必须大于18毫秒,保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后,等待主机开始信号结束,然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后,延时等待20-40us后,读取DHT11的响应信号,主机发送开始信号后,可以切换到输入模式,或者输出高电平均可,总线由上拉电阻拉高。（2）总线为低电平,说明DHT11发送响应信号,DHT11发送响应信号后,再把总线拉高80us,准备发送数据,每一bit数据都以50us低电平时隙开始,高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平,则DHT11没有响应,请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us,随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。3.各个模块流程设计图（1）温度模块控制流程图：初始化开始写字节0xCC延时启动温湿度转换初始化写字节0xCC读取温湿度寄存器读温湿度的两个字节温湿度传送结束温度的数值转换为字符（2）湿度模块控制流程图：开始结束初始化P1.0是否为低电平等待P1.0变为高电平等待P1.0变为低电平读取温湿度的字节U8checkdata_temp=U8temp?传送温湿度读一个字节得U8checkdata_temp信号温湿度相加得U8temp信号否是否是P1.0变为高电平（3）显示模块流程图：（4）DHT11的温度报警子程序图：温湿度是否超限？开始初始化读取温湿度调显示子程序报警结束否是（三）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：图2（四）甲醛测量模块设计室内甲醛污染对人身体健康影响较大，标准规定的方法绝大多数是化学分析法，使用的手段是实验室分析仪器，主要有比色计、分光光度计，化学滴定、气相和液相色谱。但这些方法难做到现场实时控制，费力费时，过程复杂，大多数过程是人工操作，成本高，自动化程度低。随着传感器和计算机技术的不断发展，现已有了基于电化学的便携式甲醛测试仪，并且测试测试范围、分辨率、精度、稳定性已接近标准要求，因此该设计可选用基于电化学原理的甲醛传感器，其原理是空气中的甲醛在电极下发生氧化反应，产生的扩散电极电流与空气中的甲醛浓度成正比。通过检测放大电路和放大倍数的调整，经A/D转换后送单片机。由单片机现场自动控制检测并显示甲醛浓度。实际制作时，考虑到甲醛测试成本高，可将甲醛测试做成一个单独模块，仪器端安装外接插头，需要时外接即可。（五）软件设计软件运用模块化设计，采用汇编语言与C语言混合编写，包括主程序和中断程序，有初始化模块、数据采集与处理模块、显示模块、中断模块、系统测试与报警模块。初始化是对外部接口、定时器等部件初始化;数据采集和数据处理模块是完成温湿度和甲醛的测量对其分析处理;显示模块将循环显示温湿度和甲醛含量;中断控制模块完成CO和甲烷的超标报警;系统测试模块是检查系统各模块、温湿度模块等是否正常，出现异常报警的自诊断功能。流程图如下：图3（六）结论该仪器是适合家庭用的环境测量与安全报警的便携式仪表。随着甲醛传感器价格降低、家居全装修增多，人们对生活质量要求的提高，这种多功能测试仪将会有更广泛的应用前景。本文的创新点在于集室内环境与安全报警为一体，并考虑到甲醛的成本较高，将甲醛的测试做成一个独立的模块，仪器设有外接头，需要时外接，或选用市场上的便携式甲醛测试仪配套使用。