打造多參數(shù)居室氣體檢測儀，助力智能家庭

2.2 性能要求

儀器性能要求主要是根據(jù)實際情況（居室內(nèi)空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)值與溫濕度狀況）確定檢測性能指標(biāo)要求。居室空氣中甲醛的最高允許濃度為0.08 mg/m³，公共場所甲醛的最高允許濃度為0.10 mg/m³。

1、甲醛：測量范圍：0～10ppm 分辨率 : ±0.05 ppm

2、CO₂檢測：測量范圍：0~2,000ppm ，檢測精度：±30ppm

3、CO檢測，測量范圍：0～1000ppm，分辨率：±0.5ppm

4、溫度測量：測量范圍：-10 ~ 60℃，檢測精度：±1℃

5、濕度測量：測量范圍：0 ~ 95%RH，檢測精度：±5%RH

6、交流供電、聲光報警、LCD顯示被測氣體實際濃度值

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理

該儀器電路由單片機及外圍電路和信號采集電路組成。儀器硬件電路如圖所示。其中AVR MCU單片機是檢測儀的核心, 它控制傳感器信號的采集、信號的A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理以及濃度顯示、超標(biāo)報警、檢測氣體參數(shù)的調(diào)整等整個過程。在實際應(yīng)用時, 可以根據(jù)所測氣體與氣敏元件反應(yīng)后所得到的電壓值的關(guān)系來編程,當(dāng)對氣體進(jìn)行測試時, 通過測得的電壓值就可以得出所測氣體的濃度。

工作原理：由傳感器檢測待測氣體，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號，由于傳感器采集的電壓信號是模擬信號必須轉(zhuǎn)換為便于處理數(shù)字信號，才能進(jìn)行進(jìn)一步分析、處理，所以將該變化的電壓信號輸入A/D轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換之后, 再將得到的數(shù)字信號送入單片機, 由單片機進(jìn)行相應(yīng)的處理并送入LCD顯示相應(yīng)的濃度值, 同時可以通過按鍵設(shè)定報警濃度上限。這樣,可以在所測氣體濃度超過設(shè)定值時啟動報警器進(jìn)行報警。

圖 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.1.1 甲醛檢測模塊

甲醛檢測模塊采用基于電化學(xué)原理的甲醛傳感器CH20/S-10，其原理為室內(nèi)空氣中的甲醛氣體被采樣后，在電極作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的擴散電極電流與空氣中的甲醛濃度成正比，將檢測到的電流值通過放大電路放大并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值，后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送單片機，由單片機現(xiàn)場實時控制檢測并顯示室內(nèi)甲醛濃度值，當(dāng)其濃度值小于國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值(通過按鍵可修改)時綠燈亮，當(dāng)超過規(guī)定值時紅燈亮，同時進(jìn)行蜂鳴報警，開始提醒人們及時采取有效措施，從而對人們的居住生活環(huán)境起到了監(jiān)控保護作用。

3.1.2 溫濕度傳感器

考慮到室內(nèi)環(huán)境溫濕度對人體健康有重要影響，因此在電路中增加了溫濕度檢測模塊，該模塊主要檢測室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度。溫濕度傳感器采用LTM-8901，該傳感器是全新的數(shù)字化溫濕度傳感器，適合室內(nèi)環(huán)境的溫濕度測量范圍，無需A/D轉(zhuǎn)換，可直接和單片機連接，使系統(tǒng)故障率低，便于維護。濕度測量時是傳統(tǒng)濕敏元件與濕度變送器的融合體。本身具有很強的抗靜電、抗干擾、抗反接等保護能力，而且具有很強的結(jié)露恢復(fù)能力，并對腐蝕氣體有一定的低御能力。LTM-8901內(nèi)置濾波、保護電路、極低的功耗，溫度補償已在生產(chǎn)檢驗時校準(zhǔn)完成。這種智能化修正方式，實現(xiàn)溫濕度全量程的精確測量。如系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖所示，數(shù)字傳感器LTM8901通過光耦器件4N35和驅(qū)動電路接單片機的并行I/0端，實現(xiàn)輸入輸出隔離，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，光耦器件4N35對于LTM8901其速度基本上滿足要求。