论文总字数：16569字

目 录

1 绪论 1

1.1 甲醛浓度检测仪的市场现状 1

1.2 项目开发背景 2

1.3 本论文的主要内容 3

2 系统的主要功能和工作原理 3

2.1 系统框图 3

2.2 主要功能及工作原理 4

3 甲醛检测仪系统的硬件设计 5

3.1 主控模块电路 5

3.2 甲醛检测传感器模块 7

3.2.1 传感器选型与参数 7

3.2.2 模块的参数与设计 8

3.3 TFT液晶显示器模块 10

3.4 键盘模块 12

3.5 报警电路 13

3.6 供电模块 14

3.7 系统原理图 14

4 甲醛检测仪系统的软件设计 15

4.1 软件程序框图 15

4.2 各部分程序运行流程 16

4.2.1 甲醛检测模块与主控芯片通信 16

4.2.2 16位定时器A的中断应用 17

4.2.3键盘中断以及诸多功能的实现 18

5 总结与改进 20

5.1检测结果展示 20

5.2进步与感想 20

参考文献： 22

致谢 23

便携式甲醛检测仪器设计

杨珊

,China

Abstract：With the attention of people on the concentration of formaldehyde gas concentration, we are more concerned about their own environment of formaldehyde gas concentration, and thus seek a quick way to measure. The design uses single-chip MSP430F169 as the master chip, the two-electrode electrochemical type formaldehyde sensor for the detection device, when the formaldehyde gas diffusion to the inside of the sensor, the electrochemical reaction output of a small analog, after the transmitter and AD chip Get a digital signal. This signal is passed to the master chip and processed to obtain the formaldehyde gas concentration value in the air. Through the TFT screen display, the key is used to realize the automatic acquisition and the key acquisition mode.In the above content, the design has a high cost, with a stable and reliable, portable and so on.

Keywords:MSP430F169 Microprocessor;Formaldehyde sensor;TFT

1 绪论

1.1 甲醛浓度检测仪的市场现状

总所周知，相信每一个人都曾在初高中化学课本上了解到甲醛是一种有毒气体，并且为一种无色，有特殊的刺激气味，对人眼、鼻等有刺激作用。资料显示当甲醛浓度到达0.06-0.07mg/m3时，儿童就会发生轻微气喘；达到0.5mg/m3时，可刺激眼睛，引起流泪；达到30mg/m3时，会立即致人死亡。甲醛早已成为世界卫生组织所制定的致癌致畸形物质名单上一员。

对人体造成伤害的甲醛是无所不在，存在于我们生活的每一个层面和每一个细微之处。触及的物品包括家用物品家具、木地板；服装类童装、免烫衬衫也逃不了甲醛的危害；食品中快餐面等也会有很多甲醛的身影，甚至小朋友的玩具小汽车都逃不过它的魔爪。可以得出，我们生活最重要的四件事衣、食、住、行，甲醛都存在于以上四件与我们生活息息相关的事情，甲醛在我们生活中存在的比例实在使人担心。甲醛对于人类的身体健康的伤害是极其大的。吸入高浓度的甲醛后，会出现头痛、眼睛刺痛并且伴有呼吸道的严重刺激感，严重时也会造成支气管哮喘的病发。如若皮肤直接接触到甲醛，会造成色斑，皮炎，等。如果长时间处于甲醛含量高的室内，长时间吸入甲醛，会造成慢性中毒，粘膜充血，皮肤刺激症，还会伴有头痛、心悸、失眠、乏力等症状。

近些年来，随着家具，防腐剂，杀菌剂，新的装潢材料等的使用日益广泛，甲醛已经成为污染人体健康的首要污染物之一。甲醛在室内装修所用的合成板材中的胶合剂防腐剂主要起加强板材的防虫防腐和加强硬度的作用，再加上板中残留的甲醛会逐渐同时向周围释放。同时，制造合成板的家具厂中，有些厂家用不达标准不合格的材料、使用不合格的胶水粘贴面材料，如此会造成家具中甲醛含量超标，危害身体健康。是以，对于甲醛的检测分析就显得极度的重要。

近些年来，我国经济水平的发展，伴随着人们生活水平的提高，人们对于空气质量的检测的要求也日益增加，人们对于空气污染物的防治也愈加重视。与此同时，空气质量检测与防治的科学技术也有了很大的提高。多年来，不管是国际上还是我国，对于环境检测技术都已有一系列成熟的成果，如“机动车尾气遥测系统”、“D O A S空气质量自动检测系统”、“紫外线分烟道在线检测系统”，还有许多诸如此类的环境检测技术。这些技术的出现，发展，成熟与应用，都说明和体现了空气质量检测的重要性。我国的空气环境检测技术不断地引入物理、生物手段以适应人们生活水平和科学技术发展带来的空气质量问题，检测方法逐步实现从单一到多样化的过渡，检测的范围也在逐步地扩大。所以，总的来说，我国空气环境的检测技术日益成熟，也取得比较大的成就，发展速度增加快，发展潜力很大，日益缩短了与发达国家的先进水平的差异。

目前，虽然我们国家在空气质量监测方面取得了不少成就，但是这些成就的运用似乎和我们普通老百姓的生活还相距甚远，走入普通老百姓的生活中还需要一些国家和社会的努力。同时，空气质量的检测结果多数反应某一地区的空气状况，我们没有办法直接得到或者说直接观看到空气质量的总体与具体变化趋势。对于自己身边的空气质量状况，如新装修家的空气质量，新买的家具散发甲醛气体情况，新买的车甲醛气体浓度是不是已经降到正常范围内等等情况，本设计能给出直观的反映。

1.2 项目开发背景

目前，甲醛含量检测的方法有：乙酰丙酮法，试剂法，AHMT法，酚试剂比色法等等。市面上也有许多多种多样的甲醛检测仪。其中，酚试剂分光度法是室内空气甲醛浓度检测方法的常用方法之一，该方法简易，易控制，同时成本也较低，但是此方法携带困难，工作量较大。在现如今电子仪器迅速发展的社会里，单片机在便携式电子仪器中的广泛应用中发挥了重要的作用，单片机不仅使得仪器仪表不断小型化，低功耗，更在便携式方面发挥了巨大优势，推动仪器仪表快速成长，同时仍推进用于单片机的技术接续迭代。

单片机的应用主要体现在以下两个方面。首先，随着仪器仪表的复杂度提高，对处理器的性能和要求逐渐提高，对外设的要求也日益提高，不仅要求外设丰富且功能灵活，要做简单的控制，要有一定的运算能力和实时算法。其次，单片机的应用不仅能够提高产品性能的稳定性，同时还可以使得可靠性提高。

针对多种应用，各个开发商公司提供了各种各样的符合不同场合要求的单片机种类和型号，其中不乏许多性能突出、应用广泛的单片机。其中，MSP430系列单片机是一种16位的超低功耗单片机，采取了精简指令集结构，其还具有丰富的寻址方式、简明扼要的27条内核指令以及大量的模拟指令；还有高效的查表处理指令。这些特点保证了MSP430单片机运算速率快、超低功耗、片内资源丰富、快捷便利的开发环境、另外，MSP430系列单片机不仅拥有数量比较多的中断源，而且能够随意套用，使用时便捷快速。当系统处于低功耗的状态时，中断唤醒只需5微秒。

在了解了各项背景和实际需求之后，对于设计甲醛检测仪器的开发工作主要包括：

前期准备工作。首先，了解市场甲醛检测仪的现状，查阅大量资料，提出对本设计的设计要求，了解可用的硬件的功能，性能，并结合本设计的设计要求，选用合适的硬件模块：主控芯片MSP430F169最小系统模块，甲醛电化学传感器模块，TFT液晶显示屏，键盘模块，蜂鸣器报警系统，供电系统等硬件模块。学习各模块的工作原理与参数等。其次，查阅各项资料，设计出有实用性的便携式甲醛检测仪器。

硬件设计准备和软件设计调试：根据设计功能的需求，选择适合的主控芯片和甲醛模块、人机交互模块、电源模块，调试程序，预期结果，并在过程中改善方案。

最后，进行检测结果与数据处理。用得到的数据结果对方案进行二次改进，完成论文。

1.3 本论文的主要内容

本论文设计的便携式甲醛浓度检测仪采用MSP430F169单片机、甲醛电化学传感器、TFT液晶显示屏模块、按键模块、蜂鸣器模块等，使得本次设计的这一款甲醛检测仪具有甲醛气体浓度检测、数值超标报警等功能。前期提出的设计要求是要求设计能做到降低系统的功耗，与此同时能保证系统工作的稳定，最后使系统具有较高的性价比，具有工作稳定可靠，可便携式的特点。

本论文的各章节安排如下：

1. 引言。首先对于甲醛检测仪的市场现状和本项目的开发背景进行了详细的介绍，并通过对当前空气质量检测现状和前景阐述了本设计进行的重要性和必要性。之后，简述本设计进行的前期计划，同时简单介绍本设计的基本功能，最后简单阐述了本论文的主要内容和章节安排。
2. 系统的主要功能和工作原理。本部分详细阐述了本设计的各个功能原理，和实现功能所需要和采用的各个硬件部分和软件设计。硬件设计部分包含主控芯片，甲醛传感器模块，显示模块，供电模块，报警系统。软件设计包含系统的主程序框图和各主要程序的详解。
3. 甲醛检测仪系统的硬件设计。本部分详细说明了硬件各个组成部分，包含了主控芯片MSP430F169单片机；传感器模块；TFT液晶显示模块；键盘模块；报警系统和供电模块。
4. 甲醛检测仪系统的软件设计。包括软件设计程序框图和部分主要程序详解。
5. 总结和改进。总结和改进部分包括了对本设计的总结，同时也提出了对本系统的改进，与改进基本方案。

2 系统的主要功能和工作原理

2.1 系统框图

便携式甲醛浓度检测系统以MSP430F169单片机为核心部分，主要硬件模块有甲醛传感器模块、蜂鸣器报警模块、TFT屏显示模块、键盘模块、便携式供电模块等，分别执行主控、实时测定空气中的甲醛含量、一键开关机、浓度超标噪声示警、自动显示、人机互动、供电等功能。系统原理框图如图2.1所示。

便携式甲醛传感器检测到室内甲醛气体时，就会形成一个极其微小直流电流，再将这个电流变为可读信号传送给单片机，通过主控单片机的控制，转换为可读数值传输至TFT屏上显示出来，达到设置最高值时报警系统工作，通过键盘模块与主控单元通信。

图2.1 便携式甲醛浓度检测系统框图

2.2 主要功能及工作原理

按照《GBT 18883-2002室内空气质量标准》的规定，此标准是由国家质量监督检验检疫总局、卫生部和国家环境保护总局发布。据此，我国的室内甲醛浓度被限定在0.1mg/m3以下。 其次是根据《GB 50325-2010 民用建筑工程室内环境污染控制规范》，由中华人民共和国住房和城乡建设部和中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局联合发布。 根据上述文件，我国一类民用建筑的甲醛浓度要求低于0.08毫克每立方，并且TVOC的浓度要求低于0.5毫克每立方。同时二类民用建筑的甲醛浓度要求低于0.1毫克每立方，TVOC的浓度要求低于0.6毫克每立方。

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