一種便攜式甲醛濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)

劉憲管+鄢宇+汪福貴+時(shí)國(guó)平+許衛(wèi)兵

摘 要：本設(shè)計(jì)采用STM32F103ZET6作為單片機(jī)主控，使用甲醛傳感器來采集甲醛濃度，單片機(jī)主控將接收到的信號(hào)處理后，控制LCD液晶屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前室內(nèi)甲醛濃度，并通過語音播放模塊播報(bào)當(dāng)前甲醛濃度與警報(bào)。該便攜式甲醛濃度檢測(cè)儀與傳統(tǒng)甲醛濃度檢測(cè)儀相比，增加了語音播報(bào)功能，改善了傳統(tǒng)檢測(cè)儀只能檢測(cè)的弊端，能夠進(jìn)一步預(yù)防因甲醛引起的一系列疾病。而且本設(shè)計(jì)便于攜帶、成本低廉，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：甲醛；語音播報(bào)；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：U260.5+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0033-02

前言

隨著人們對(duì)住宅辦公舒適度、美觀度標(biāo)準(zhǔn)的上升，家居裝修，居家家具層出不窮。甲醛作為生產(chǎn)脈醛樹脂、含醛油漆等的原料，在于它有強(qiáng)的粘合性、高的硬度、防蟲防腐能力非常強(qiáng)大，市場(chǎng)上出現(xiàn)的粘合劑大多是都是含有甲醛的，因此甲醛廣泛存在于大量的家具中。加上當(dāng)今市場(chǎng)上裝修材料、建筑材料和室內(nèi)家具質(zhì)量存在的不合格，使得家居環(huán)境更加的惡化，就算是質(zhì)量合格裝潢材料也會(huì)釋放甲醛。

本文設(shè)計(jì)的一種便攜式VOC甲醛濃度測(cè)試儀，目前主要應(yīng)用于對(duì)室內(nèi)建筑材料所揮發(fā)出甲醛濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，提醒用戶及時(shí)處理相關(guān)情況，保障用戶健康，且測(cè)試儀體積小，使用起來方便簡(jiǎn)單。但是目前市面上這種測(cè)試儀只應(yīng)用于檢測(cè)，然后利用自然條件進(jìn)行控制，如開窗通風(fēng)、增加綠色植物吸收，放活性炭或者利用空氣凈化器，還不能實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)甲醛的濃度進(jìn)行自動(dòng)控制。該測(cè)試儀具有智能化，體積小和使用簡(jiǎn)單易操作特點(diǎn)，具有很大的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)整體組成框圖如圖1所示，從設(shè)計(jì)的要求來分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：甲醛傳感探頭電路、報(bào)警電路、STM32F103ZET6芯片、液晶顯示電路、語音驅(qū)動(dòng)電路及相關(guān)的控制管理軟件組成。

當(dāng)室內(nèi)有甲醛氣體時(shí)，甲醛傳感器會(huì)采集甲醛氣體，并將采集到的甲醛氣體信號(hào)傳送到STM32F103ZET6芯片，芯片處理器將信號(hào)發(fā)送給液晶顯示電路，經(jīng)過顯示電路處理之后，當(dāng)前室內(nèi)的甲醛濃度會(huì)在2.4寸TFT顯示屏上顯示出來。同時(shí)信號(hào)會(huì)傳送到語音驅(qū)動(dòng)電路模塊并通過音響播報(bào)當(dāng)前甲醛的濃度值，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)，即當(dāng)前值≥設(shè)定值，除播報(bào)當(dāng)前顯示值還增加“濃度過高”警告語，從而提醒用戶當(dāng)前環(huán)境中甲醛濃度超標(biāo)，需要采取相應(yīng)的措施。同時(shí)設(shè)定值可能因環(huán)境的不同而不同，此時(shí)可以通過顯示屏上的觸摸按鈕進(jìn)行大小的調(diào)整。

2 主電路設(shè)計(jì)

主電路如圖2所示。其中包括電源穩(wěn)壓電路、USB連接電路、啟動(dòng)選擇電路、JTAG下載仿真電路、復(fù)位電路、晶振電路以及液晶顯示電路。

電源穩(wěn)壓電路包括一個(gè)AMS1117降壓穩(wěn)壓芯片和數(shù)個(gè)濾波電容組成，系統(tǒng)供電由5V電源提供，經(jīng)過AMS1117降壓穩(wěn)壓為3.3V給單片機(jī)供電；USB連接電路使用MiNiusb接口連接單片機(jī)UART1的RX與TX以方便串口通信；啟動(dòng)選擇電路使用跳帽連接BOOT0和BOOT1來選擇單片機(jī)啟動(dòng)方式；JTAG下載仿真電路預(yù)留插針連接單片機(jī)的NRST、TDI、TDO、TMS、TCK引腳方便使用仿真器進(jìn)行下載調(diào)試；復(fù)位電路由一個(gè)10uF電容、一個(gè)10K電阻和一個(gè)按鍵組成，上電后電源對(duì)電容C11進(jìn)行充電，此時(shí)有電流流過R7，RESET被拉高，單片機(jī)開始進(jìn)行上電復(fù)位；晶振電路包括一個(gè)8M的高速晶振和一個(gè)32.768K的低速晶振構(gòu)成，方便我們?cè)诔绦蛑羞x擇使用在不同的環(huán)境。

3 甲醛傳感器介紹

測(cè)量所使用傳感器為KB03甲醛測(cè)量模塊，傳感器采用片式厚膜半導(dǎo)體氣敏原件，該原件對(duì)甲醛、一氧化碳、酒精、苯、氫氣、香煙、氨氣、香精等污染氣體具有較高的靈敏度。另外，傳感器具有工作電流小、預(yù)熱時(shí)間短、響應(yīng)時(shí)間短、工作溫度范圍大、體積小和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。該傳感器通過串口與單片機(jī)連接，數(shù)據(jù)輸出格式為FF FF 01 27 XX XX 02 05 2F，使用方便、測(cè)量精確。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，分為主控模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、語音模塊、顯示模塊。系統(tǒng)開機(jī)后進(jìn)入初始化程序，初始化串口、液晶顯示、語音等，初始化完成后串口接收并處理甲醛濃度數(shù)據(jù)，如果超過閾值時(shí)進(jìn)行語音報(bào)警，否則在液晶屏上顯示甲醛濃度并語音播報(bào)當(dāng)前濃度。系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種便攜式甲醛濃度檢測(cè)儀，詳細(xì)介紹了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的組成、硬件和軟件設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)具有實(shí)用性強(qiáng)、便于攜帶、成本低廉等特點(diǎn)，非常適合當(dāng)前社會(huì)甲醛檢測(cè)、研究和預(yù)防。

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