0 引言：

　　隨著人們生活水平的提高,，全裝修住宅的日益擴展,，其室內環(huán)境質量控制越來越引起社會各界的廣泛關注。同時人們也需要安全,、舒適的家居?，F(xiàn)市場也有對室內環(huán)境的檢測儀器，但存在有體積大,、價格貴,、功能少等原因，根據市場調查非常需要家居用室內安全,、溫濕度和室內甲醛的檢測,。本文設計的是家用集環(huán)境污染（甲醛）、安全,、溫度和濕度為一體的多功能便攜式測試儀,。

　　城市居民的氣體燃料主要是液化石油、煤氣和天然氣。液化石油氣的主要成分是丙烷,、煤氣的主要成分是CO和H2,，天燃氣主要成分是甲烷。

　　該設計主要包含兩大部分功能,，第一,，空氣質量包括溫度、濕度,、甲醛的檢測,。第二，室內安全測量包括CO,、甲烷,。

　　1 總體結構設計

　　總體結構圖如圖1：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖1 總體結構圖

　　該儀器以單片機為核心，單片機選用價格便宜的8031,，具有對CO濃度,、甲烷濃度測量與報警功能;對溫濕度和甲醛的含量的測量及顯示功能;設有人工自動復位和自動上電復位以及硬件看門狗電路。單片機外接8255A并行接口芯片,，8255A接鍵盤,、顯示、甲醛測量電路,。通過鍵盤可設定室內甲烷,、CO的報警值。溫濕度測量采用數(shù)字化溫濕度傳感器LTM-8901,，用4位半液晶顯示溫濕度和甲醛值,。CO和甲烷測量電路輸出分別接單片機接外中斷INT0和外中斷INT1，利用中斷實現(xiàn)對CO和甲烷的實時監(jiān)控,。另外擴展了數(shù)據存儲器和紫外線可擦除的EPROM存儲器,。

　　2 溫濕度模塊設計

　　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,，適合室內環(huán)境的溫濕度測量范圍,，無需A/D轉換，可直接接單片機,，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,，而且具有很強的結露恢復能力，并對腐蝕氣體有一定的低御能力。LTM-8901內置濾波,、保護電路,、極低的功耗，溫度補償已在生產檢驗時校準完成,。這種智能化修正方式,，實現(xiàn)溫濕度全量程的精確測量。如圖1中,，數(shù)字傳感器LTM8901通過光耦器件4N35和驅動電路接單片機的并行I/O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,，若選用DS18BO2應使用更快速度的光耦。

　　3 CO和甲烷測量模塊

　　采用半導體氣體傳感器SB-500測量CO和甲烷,，SB-500在高低溫周期變化過程中工作時,，傳感器輸出信號受溫度影響，高溫時感應甲烷氣體,，低溫時感應CO氣體,，高溫0.9V＊5秒，低溫0.2V＊15秒,，因此工作電壓為高電平為0.9V,，低電平為0.2V的方波，占空比為1：3,，周期20S,。該方波通過設置單片機內部定時器T0的參數(shù)，由單片機的并行端口輸出,，再經12V供電的放大電路放大,。半導體氣體傳感器SB-500的輸出接單片機的外中斷，當CO濃度超標時,，被高,、低電平加熱的SB-500的電阻會降低，經過分壓和調整分壓電阻達到外中斷請求電平向單片機請求中斷,，通過中斷處理程序實現(xiàn)超標報警,。由于高、低電平加熱SB-500時呈現(xiàn)的電阻不同,，采用不同的分壓電阻分壓以實現(xiàn)中斷請求電平,，因此需通過單片機控制電子開關自動切換CO和甲烷的測試和報警。如圖2：

　　　　　　　　　　　圖2 單片機控制電子開關自動切換CO和甲烷的測試和報警

　　4.甲醛測量模塊設計

　　室內甲醛污染對人身體健康影響較大,，標準規(guī)定的方法絕大多數(shù)是化學分析法,，使用的手段是實驗室分析儀器，主要有比色計、分光光度計,，化學滴定,、氣相和液相色譜。但這些方法難做到現(xiàn)場實時控制,，費力費時,，過程復雜，大多數(shù)過程是人工操作,，成本高,，自動化程度低。隨著傳感器和計算機技術的不斷發(fā)展,，現(xiàn)已有了基于電化學的便攜式甲醛測試儀,，并且測試測試范圍、分辨率,、精度,、穩(wěn)定性已接近標準要求，因此該設計可選用基于電化學原理的甲醛傳感器,，其原理是空氣中的甲醛在電極下發(fā)生氧化反應,，產生的擴散電極電流與空氣中的甲醛濃度成正比。通過檢測放大電路和放大倍數(shù)的調整,，經A/D轉換后送單片機,。由單片機現(xiàn)場自動控制檢測并顯示甲醛濃度。實際制作時,，考慮到甲醛測試成本高,，可將甲醛測試做成一個單獨模塊，儀器端安裝外接插頭,，需要時外接即可,。

　　5 軟件設計

　　軟件運用模塊化設計，采用匯編語言與C語言混合編寫,，包括主程序和中斷程序,，有初始化模塊、數(shù)據采集與處理模塊,、顯示模塊,、中斷模塊、系統(tǒng)測試與報警模塊,。初始化是對外部接口,、定時器等部件初始化;數(shù)據采集和數(shù)據處理模塊是完成溫濕度和甲醛的測量對其分析處理;顯示模塊將循環(huán)顯示溫濕度和甲醛含量;中斷控制模塊完成CO和甲烷的超標報警;系統(tǒng)測試模塊是檢查系統(tǒng)各模塊、溫濕度模塊等是否正常,，出現(xiàn)異常報警的自診斷功能,。流程圖如下：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3 流程圖

　　6 結論

　　該儀器是適合家庭用的環(huán)境測量與安全報警的便攜式儀表。隨著甲醛傳感器價格降低,、家居全裝修增多,，人們對生活質量要求的提高，這種多功能測試儀將會有更廣泛的應用前景,。本文的創(chuàng)新點在于集室內環(huán)境與安全報警為一體,，并考慮到甲醛的成本較高，將甲醛的測試做成一個獨立的模塊,，儀器設有外接頭,，需要時外接，或選用市場上的便攜式甲醛測試儀配套使用,。