论文总字数：17914字

目 录

1.引言 1

1.1 国内外现状 1

1.2 本论文主要内容和意思 1

2.系统方案及原理 2

2.1 系统设计的目标 2

2.2 微控制芯片的选择与论证 2

2.2 A/D转换模块的选择 3

2.3 显示模块的选择与论证 4

3.硬件设计 5

3.1 微控制器件的发展 5

3.1.2 51单片机 6

3.1.3 51单片机外部电路 8

3.2 甲醛浓度检测模块 9

3.3 ADC0804转换模块 9

3.4液晶显示模块 11

3.5 蜂鸣器模块 11

4.软件设计 12

4.1 软件开发环境简介 12

4.2 系统总体流程图 13

5.实物制作与调试 14

5.1 电路板焊接与调试 14

5.2 实物调试 15

5.2.1液晶电路的调试 15

5.2.2甲醛传感器的调试 16

5.3 调试结论 16

6.总结与展望 16

6.1 总结 16

6.2 展望 17

参考文献 17

致谢 18

附录1：总电路原理图 19

附录2：源程序 20

便携式甲醛测试仪的设计

吴洁

，China

Abstract:The development of social economy, science and technology continue to improve, the hitherto unknown way to change the quality of life and the basic necessities of life, but change is not just to bring the convenience of life, but also brings the side effect of industrial production. To the home, for example, asthma, leukemia and other diseases induced by excessive concentration of indoor formaldehyde has a great relationship, due to the lack of professional equipment, it is difficult to timely prevention. This design is mainly to solve the above problem, design a portable formaldehyde concentration monitoring device, the formaldehyde concentration monitoring device not only can measure the current environment, and when the concentration of formaldehyde over the limit alarm. This design mainly has 51 monolithic integrated circuit, the MQ138 formaldehyde sensor, the liquid crystal display, the AD analog to digital converter, the buzzer and so on.

AD analog digital converter to collect formaldehyde sensor output analog, through the MCU processing, displayed on the lcd.

Key words: Single chip microcomputer; Formaldehyde concentration; Liquid crystal display; Analog-to-digital conversion

引言

近年来，“装潢病”这个词渐渐的进入大众的视线，这个“隐形的杀手”来自各式各样的装换材料，这些材料会缓慢释放有毒物质，从而诱发甚至导致很多病症，严重的危害了人们的健康。其中典型的有害气体有甲醛气体，甲醛作为一种没有颜色、且有浓烈刺鼻气味的有害气体，被公认为严重的致癌质，地板、涂料、复合板、石膏等常见的家居材料都可能产生甲醛，市场上的装潢材料质量良莠不齐，很难做到有力的监管，有害气体超标也就成了大众问题了。然而，由于缺乏相关的检测设备，浓度较小的甲醛环境不易被人察觉，一般受害者很难及时的做出预判。所以，一种便携式的甲醛浓度检测仪的开发变得尤为的重要。

本设计采用微处理器作为主控单元，微处理器的具有体积小、功能强大、开发周期短、智能化程度高、成本低等特点，可以很方便的嵌入到电子设备中，特别适合用于研发便携式甲醛浓度检测仪，可以很方便的使用家庭、公司、酒店等多种场合。

1.1 国内外现状

现阶段国内外市场上的甲醛检测方法种类繁多，主要分为化学试剂法和物理检测法。化学试剂法主要有：酚试剂分光光度法、乙酰丙酮分光光度法等。物理检测法主要有：AHMT分光光度法、气相色谱法、电化学传感器法等。化学方法需要特殊的化学试剂辅助测量，辅助的化学试剂属于消耗品，所以成本较高，而且精准的数据测量需要很多精密的化学仪器和熟练规范的操作流程，这个给市场化推广带来了致命的缺点。物理检测法主要是根据材料的自身与甲醛气体特性来测量的，例如、加热、红外、声波等测量机理，这些机理基本都可提供多次频繁循环使用的，并且操作简单准确，比较适合做成一体化的传感器套头。例如CNKO/S—10甲醛传感器等。其中，MQ138传感器相对价格低廉，且具有不复杂的外围驱动电路，在甲醛测试方面，精确度较好，因此本文的设计部分选择了MQ138型甲醛传感器。

1.2 本论文主要内容和意思

第一章：介绍本设计的应用意义、国内研究情况、设计可行性等。从宏观的角度阐述了本设计的设计思想和设计理念，说明了本设计的价值和市场前景。

第二章：从宏观上给出了本设计的软硬件设计的框架，又深入到各个模块，对器件的选型和使用进行了多层次的在理论等方面的证明。

第三章：从单独的模块入手，更加深入详细的的介绍模块的功能、硬件连接、软件设计等。全面的对主要的模块进行的由浅入深的讲解，旨在从原理的角度阐明设计的思路。

第四章：演示了本设计软件的设计，介绍了软件开发平台，讲解了开发平台的编程、调试、下载等具体操作。介绍了程序的运行流程，讲解了关键程序模块所对应的相应功能。本部的分讲解结合了第三章的硬件篇，可以更好的被读者接受。

第五章：本部分主要从制作、调试入手。讲解了本设计制作过程中遇到的一些问题和需要注意的具体细节。讲解了本设计的调试步骤和方法，图文并茂的讲述了本设计的调试过程。

第六章：本部分全面总结了本设计的优缺点，总结了设计过程中的相关收获，并且重点的针对该设计的不足提出了长远的改进计划和措施，旨在完善整个设计的品质。

本课题系统性的解决了“装潢病”等潜在的家居威胁，小巧的外形、快捷的操作、完善的系统功能等，带给用户全新舒适的体验。

系统方案及原理

2.1 系统设计的目标

本课题研究是采用STC89C52（51系列单片机）单片机为核心的甲醛监测测装置系统，本系统主要分为检测和报警两大功能模块。在检测功能模块中，主要有MQ138甲醛浓度传感器、51单片机、AD模数转换器、液晶显示器组成：MQ138甲醛传感器输出形式为模拟量输出，该模拟量的大小，能够与甲醛的浓度值进行匹配，可以计算出较为准确的线性的数据联系，甲醛的浓度值越大，输出的模拟电压值也就越大；ADC模数转换器承担了模拟信号转换成数字信号的任务，由于单片机属于纯数字的器件，单片机本身不具有采集模拟电压之的能力，所以模拟数字转换器将实时的高低电平转换成单片机可以处理的二进制量；数值输出工具采用的LCD 1602，该液晶显示器可以显示16*2的英文或者数字字符，本设计需要的显示部分主要就是英文字母和数字。报警装置主要由按键输入、蜂鸣器组成：按键输入用于确定报警的上限值，用户可以根据自己的要求输入甲醛浓度报警的上限值；蜂鸣器作为灵活小巧的发声装置，声音清脆和耗电小的特点，特别适合嵌入式设备的集成。系统总体框架图如下图2-1所示：

图2-1 系统的总体结构框图

2.2 微控制芯片的选择与论证

方案一：STC89C52（51单片机系列）具有悠久的使用历史，是嵌入式为控制处理器的先驱，虽然51系列单片机推出的时间比较长，但是并没有影响到其市场份额的占有率，直至今日，依然是单片机市场上非常热门的单片机，51系列单片机属于八位单片机，功能不算高配，一般采用1K左右的RAM和4K左右的ROM，不同的型号之间主要体现在RAM和ROM的大小，51系列单片机引脚数量相对较少，通用IO口一般为32个，内部集成串口通信等简单的外设，可以说是单片机家族里面的“矮个子”，但是正是由于其悠久的使用历史和简单的配置，其生产的成本和工艺要求相对较低，也可以说是最便宜的单片机系列，所以至今依然具有很强大的生命力和很高的竞争力，海量的销量带来的不仅是知名度，还有就是海量的资料，从大学课本到网上商城，总能找到51单片机的影子，经典之作的存在使得51单片机深受广大电子爱好者、电子从业者的喜爱。低成本、低开发难度、低开发周期也是其成为了很多公司开发产品的首选。其小巧简介的配置也基本满足了大部分嵌入式设备的需求。

方案二：MSP430系列具有超强大的低功耗性能，可以说是业界王牌，16位的处理能力使其比一般的8位单片机具有更快的处理速度、更高的处理能力，集成度相对高的配置可以容纳更多的配置：ADC、UART等，都给MSP430单片机带来了强大的开发能力。特别手持式仪器仪表产品，其低功耗的特点是的设备可以具有非常优秀的续航能力。完善技术支持也给MSP430单片机带了很好的使用体验。但是总体而言，MSP430单片机的时长占有量并不大，较高的价格和相对较少的开发资料还是限制了其嵌入式设备的应用。一片基础版的MSP430单片机芯片在十几元的价位，对于一般简单的消费类产品来说已经很多了，被单片本身压缩的利润空间不利于市场的竞争。 本设计针对简单便携式仪器的开发方向，对于成本的管控有某些特定的诉求。

方案三：STM32系列单片机被公认为成本价格比最高的单片机之一，32位宽的处理能力和处理速度进一步提高，大体足够符合绝大部分嵌入式项目的要求，丰富的外设使其可以具备连接各种传感器的硬件要求，数量众多的通用IO口使得能够胜任数据量较大的外围设备，可以同时处理很多模块，做到数量和速度的同步提高。STM32系列诶控制芯片一经推出就深受广大电子开发者的喜欢，内部容量较大的RAM和ROM给开发者带来了很大的便利，不需要严格的要求的程序的精简。总体的价格相对较高，一般在几十元左右，不太适合低端的应用 。

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