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袖珍型甲醛检测仪的设计

作　者: 孟繁硕
导　师: 陈爱国
学　校: 内蒙古工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 甲醛检测仪袖珍型甲醛传感器 C8051F021单片机
分类号: O623.511
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

甲醛是一种无色、有刺激性气味的气体，其毒性较高，易在常温下挥发，长期接触甲醛的人会引起慢性呼吸道疾病、基因突变等问题。近年来，随着装修材料的广泛使用，甲醛在室内空气中的含量越来越引起人们的高度关注。由甲醛传感器和单片机为主要部件组成的甲醛检测仪可以满足人们对室内空气中甲醛含量实时检测的需求。袖珍型甲醛检测仪的设计，面向普通家居市场，通过对各类甲醛检测仪的市场调研，从体积、功耗、价格等多方面综合考量，使其具有携带更便捷、使用更方便、功耗和成本大大降低、智能化等特点。与传统的用化学试剂方法相比，利用传感器对甲醛进行检测的效率更高。其中，电化学传感器在结构方面相对简单，检测性能稳定，能够满足检测室内甲醛气体含量的要求，所以在本课题中，采用电化学甲醛传感器对室内的甲醛气体浓度进行检测。在综合比较了几种电化学甲醛传感器之后，选择了Dart sensors甲醛传感器。这种传感器为两电极传感器，通过氧化还原反应将甲醛气体浓度转化为电流形式输出。其反应快速、输出线性的电信号，易于后面的信号处理，在便于电路设计的基础上使系统的性能良好。课题中袖珍型甲醛检测仪的设计基于C8051F021单片机。C8051F系列单片机是真正能独立工作的混合信号片上系统。在其内部集成的64K Flash存储器、12位ADC、UART串行通信接口等部件，极大的方便了本课题的设计，大大减少了单片机的外围部件，节省了使用空间，增加了仪器检测的稳定性。本文分别从硬件和软件两方面系统介绍了检测仪的内部电路和软件各部分的设计流程。设计的袖珍型甲醛检测仪具有检测当前室内空气中的甲醛含量、以ppm和mg/m3两种单位显示检测结果、查询历史数据、与电脑进行通讯等功能，分辨率为0.01ppm，体积为160mm×70mm×32mm，重量约500g。仪表成本低，便于携带和使用，基本满足了设计的要求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题研究的背景及意义  9
    1.1.1 甲醛的危害及主要来源  9
    1.1.2 课题研究的意义  9
  1.2 检测空气中甲醛气体的几种方法  9-11
    1.2.1 金属氧化物半导体气敏传感器  10
    1.2.2 声表面波气体传感器  10
    1.2.3 甲醛电子鼻  10-11
    1.2.4 电化学传感器  11
  1.3 目前市场上甲醛检测仪的开发现状  11-15
    1.3.1 酚试剂甲醛检测仪  11
    1.3.2 FP30/FP40 便携式甲醛检测仪  11-12
    1.3.3 4160 型系列甲醛检测仪  12-13
    1.3.4 PPM400 甲醛检测仪  13
    1.3.5 我国目前市场上出售的甲醛检测仪  13-15
  1.4 课题研究的主要内容  15-17
第二章甲醛传感器的原理及选择  17-22
  2.1 CH2O/S-10 甲醛传感器  17-18
  2.2 DART Sensors 甲醛传感器  18-20
  2.3 甲醛传感器的比较与选择  20-22
第三章系统硬件设计  22-43
  3.1 系统总体设计  22-23
  3.2 甲醛传感器信号输出部分  23-24
  3.3 滤波放大部分  24-27
    3.3.1 一阶有源低通滤波器的原理  24-25
    3.3.2 AD8571 运算放大器  25-27
  3.4 C8051F021 单片机  27-32
    3.4.1 C8051F 系列单片机简介  28-29
    3.4.2 C8051F021 单片机的最小系统  29-32
  3.5 A/D 转换  32-35
  3.6 LCD 显示及按键控制  35-40
  3.7 RS232 串口通信  40-41
  3.8 抗干扰电路  41-43
第四章系统的软件设计  43-59
  4.1 软件的开发环境  43-44
  4.2 软件的总体设计  44-46
  4.3 系统的初始化  46-51
    4.3.1 系统时钟初始化  46-47
    4.3.2 I/O 端口的初始化  47-48
    4.3.3 定时器的初始化  48-49
    4.3.4 UART 的初始化  49-50
    4.3.5 ADC 初始化  50-51
    4.3.6 LCD 的初始化  51
  4.4 延时功能的设计  51-53
  4.5 系统按键功能的设计  53
  4.6 系统检测和查询功能的设计  53-56
  4.7 查询功能程序设计  56-57
  4.8 程序存储器中数据的写入和读出  57
  4.9 液晶程序设计  57-59
第五章检测仪的装配及调试  59-68
  5.1 检测仪装配的整体思路  59-60
  5.2 主电路板的设计与制作  60-61
  5.3 袖珍型甲醛检测仪的调试  61-67
  5.4 袖珍型甲醛检测仪的性能指标  67-68
第六章总结和展望  68-70
  6.1 总结  68
  6.2 展望  68-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
附录Ⅰ 甲醛检测仪系统电路原理图  74-75
附录Ⅱ 甲醛检测仪系统电路 PCB 图  75-76
附录Ⅲ 袖珍型甲醛检测仪图片  76-77
作者简介  77

袖珍型甲醛检测仪的设计

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