一種甲醛檢測儀

韓明軒　李耀

摘要：該文介紹了一款甲醛檢測儀，采用甲醛傳感模組ZE08-CH2O，單片機接收處理、LCD顯示結(jié)果，當甲醛超標時報警。文中給出了該甲醛檢測儀的硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計，測試圖。

關(guān)鍵詞：甲醛；單片機；ZE08-CH20；LCD12864

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）13-0215-02

Abstract： This paper introduces a formaldehyde detector， using formaldehyde sensor module ZE08-CH2O. The mcureceives and process， LCD display results， alarm while the formaldehyde exceed the standard. This paper gives the design of hardware system design，the software system for the detection of formaldehyde， and the test chart.

Key words： formaldehyde； MCU； ZE08-CH20； LCD12864

甲醛是一種常見的毒性氣體[1]，目前常用甲醛檢測儀器[2]價格昂貴。本文介紹了基于新一代的甲醛傳感器ZE08-CH2O的制作的一種甲醛檢測儀。該甲醛檢測儀成本低廉，能夠?qū)崟r的檢測出空氣中的甲醛含量，并將變化曲線顯示出來。

1 硬件系統(tǒng)設計

1.1甲醛傳感器

圖1是本設計采用的ZE08-CH2O型電化學甲醛模組實物圖，它是2015年推出的，目前市場價低于200元。它利用電化學原理對空氣中存在的CH2O進行探測，具有良好的選擇性，穩(wěn)定性。內(nèi)置溫度傳感器，可進行溫度補償；同時具有數(shù)字電壓（串行輸出）與模擬輸出。圖2是ZE08-CH2O甲醛模組的結(jié)構(gòu)圖，該模組的一些詳細參數(shù)如下[3]：

工作電壓 3.7V～9V（帶電壓反接保護）；預熱時間 ≤3 分鐘；響應時間 ≤60 秒；恢復時間 ≤60 秒；量程 0～5 ppm；分辨率 ≤0.01ppm；工作溫度 0～50℃；工作濕度 15%RH-90%RH（無凝結(jié)）。

ZE08-CH2O甲醛模組串行通信標準：波特率 9600；數(shù)據(jù)位 8 位；停止位 1 位；校驗位 無。默認的輸出方式，能夠通過串口發(fā)送數(shù)字信號，每間隔1S發(fā)送一次濃度值，命令行格式如下：

1.2硬件原理圖

硬件部分一共主要由4個部分組成，分別是甲醛傳感模組，單片機，LCD顯示屏，蜂鳴器。

甲醛傳感模組ZE08-CH2O的第3個引腳接地，第4個引腳接5V電源，第5個引腳接單片機的RxD（圖1中為P30），圖1中的單片機通過RxD接收模組的數(shù)字信號。

單片機是IAP15W4K58S4單片機，這款單片機是由STC研發(fā)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，具有寬電壓/高速/高可靠/低功耗/超強抗干擾等功能的新一代8051單片機，其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但是速度更快，內(nèi)部包含中央處理器、數(shù)據(jù)存儲器（SRAM）、定時/計數(shù)器、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、串口、I/O接口、看門狗等模塊，同時它不需要外部晶振和外部復位[4]。

12864ZW是一種圖形點陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及128X64全點陣液晶顯示器組成，可完成圖形顯示，也可以顯示8X4個（16X16點陣漢字）。

2 軟件設計

使用了Keil C進行源代碼編輯。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)顯示以及報警等工作。主程序在開始運行時，會對整個系統(tǒng)的各個模塊進行初始化。隨后，單片機會等待甲醛傳感模組所采集的數(shù)據(jù)傳入，數(shù)據(jù)傳入后，單片機會將數(shù)據(jù)進行一些處理，存儲在RAM里面，傳送給LCD12864顯示，同時單片機根據(jù)標準指標進行對比分析，根據(jù)數(shù)據(jù)會進行狀態(tài)分級，分為正常，超標，危險，LCD上顯示對應狀態(tài)。圖4介紹了主程序的運行流程。

2.1 流程圖

2.2 串口讀取，甲醛含量轉(zhuǎn)換子函數(shù)

數(shù)據(jù)通過甲醛傳感模組發(fā)出，單片機接收數(shù)據(jù)后是不能直接使用的，需要進行一些數(shù)據(jù)處理。

ZE08-CH2O甲醛模組默認輸出的單位是ppm，需要轉(zhuǎn)換成mg/m3，這里使用的公式是：

質(zhì)量濃度mg/m3 = M氣體分子量/22.4*ppm數(shù)值*[273/（273+T氣體溫度）]*（Ba壓力/101325）

經(jīng)過簡化后得出為（模組檢測數(shù)據(jù)*1.25） mg/m3。

具體的查詢和數(shù)據(jù)處理子程序如下：

/************查詢接收數(shù)據(jù)函數(shù)***********/

void receive（） //接收

{int i；

unsigned int a；

for（i=0；i<9；i++）

{while（！RI）；

RI=0；

dat[i]=SBUF；}

a = dat[4]*256+dat[5]；

addnewValues（（int）（（double）a*1.25））；

//添加數(shù)據(jù)至單片機RAM

}

/**********添加數(shù)據(jù)到RAM子程序*********/

void addnewValues（unsigned int v）{

int i；

if（v>max）max=v；

for（i=59；i>0；i--）{

values[i]=values[i-1]；

}//存儲數(shù)據(jù)，便于顯示曲線

if（v<6250）//測量儀最高測量6.250mg/m3

values[0] = v；

else values[0]=6250；

change_state（v）； }//狀態(tài)變更子程序

3 測試

文中介紹的基于ZE08-CH2O甲醛檢測模組制作的甲醛檢測儀，已在實驗室調(diào)試成功。圖5是該檢測儀正常工作的情況，圖中左下部分顯示甲醛變化曲線（60秒），圖中右下部分數(shù)字0.035mg/m3 為甲醛含量實時值，normal表示屬于正常范圍內(nèi)。

參考文獻：

[1] 張秀芝，辛雨家，何鑫巍，等.甲醛的危害及檢測[J]. 山西建筑，2013（7）.

[2] 吳亞娟.分析甲醛檢測的常用方法及其影響因素[J]. 價值工程，2011（6）.

[3] 鄭州煒盛電子科技有限公司. ZE08-CH2O甲醛模組說明書1.0[S]. 2015.

[4] 宏晶科技. STC15全系列中文資料[S]. 2015.