基于STC89C52的室內甲醛濃度檢測系統

　　摘要：眾所周知，房屋裝修、劣質家具等所留有害氣體主要為甲醛，甲醛對人體健康有較大的危害，許多疾病的誘發都與甲醛有關，如哮喘，白血病等。針對此，設計了一種用于檢測室內氣體所含甲醛含量的檢測系統。該檢測系統具有顯示甲醛含量以及超標報警的功能。該系統設計方案是基于STC89C52RC單片機，選擇MQ138型甲醛傳感器。在系統中傳感器模塊輸出的標準電流經由A/D轉換電路轉換為單片機能識別的信號，單片機對此信號進行處理，最后將甲醛含量顯示在LCD上，并在甲醛含量超標時進行報警。本設計體積小，集成度高，操作簡單，具有很高的實用價值。

　　眾所周知，房屋裝修、劣質家具等所留有害氣體主要為甲醛，中華人民共和國國家標準(居室空氣中甲醛的衛生標準)規定：居室空氣中甲醛的最高容許濃度為0.08 mg/m3，超過這個標準就會對人體產生危害。因此人們迫切需要一種能方便地檢測室內殘留甲醛含量的設備，以使生活更加方便和安全。

　　本文在經過大量的資料調研后，設計了一種基于ST89C52RC單片機的檢測室內氣體中所含甲醛含量的檢測系統。該檢測系統不僅能實時顯示甲醛含量，而且當甲醛超標時還有語音報警的功能。

　　1 STS9C52RC單片機特點

　　單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機內存RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計數器等功能(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。單片機是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。

　　本系統采用的是STC公司生產的STC89C52RC型單片機。S7C89C52RC是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序內存和512 bytes的隨機存取數據存儲器(RAM)，器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，STC89C52RC單片機在電子行業中有著廣泛的應用。STC89C52RC單片機各引腳功能如圖1所示。

　　2 基于STC89C52RC單片機的檢測系統設計與實現

　　以STC89C52RC為核心的檢測系統的硬件組成圖如圖2所示。

　　本系統主要分為：主控制模塊、數據采集模塊、顯示模塊、報警模塊和人機交互模塊。

　　主控制模塊選用的是STC89C52RC單片機。封裝形式是雙列直插式的。主控制模塊其實就是單片機最小系統，包括電源電路，晶振電路，復位電路和P0口的上拉電阻。其中本系統的電源采用兩種供電方式，直流電池供電和USB電源線供電。當選用直流電池供電時，采用7805芯片進行穩壓。

　　數據采集模塊選用的是化學傳感器MQ138型傳感器，并結合模數轉換器ADC0809進行模數轉換。

　　顯示模塊采用的是液晶LCD12864，本設計選用的是帶字庫的上下分屏液晶。這種液晶顯示漢字簡單，方便，主要用來顯示甲醛的濃度。

　　報警模塊采用語音和蜂鳴器雙重報警。當甲醛的濃度超過正常的甲醛濃度時，語音報警并且蜂鳴器也會響鈴報警，這兩種報警方式都是屬于聽覺報警。而且蜂鳴器的響鈴報警設置了三個響鈴頻率。系統會根據不同濃度值選擇不同頻率的響鈴。濃度越高，響鈴頻率越高。

　　人機交互模塊的實現是采用簡單的三個按鍵，定義為確認鍵，人工報警鍵(以后稱報警鍵)和響鈴鍵。確認鍵的功能就是當系統上電啟動時，需要按下確認鍵才可以檢測到甲醛的濃度并顯示。返回鍵的功能是當按下返回鍵，系統退出，并提示關閉電源。報警鍵的功能就是當按下報警鍵時，系統的蜂鳴器會選擇三個頻率中中間的那個頻率響鈴。

　　本系統以單片機為控制中心，利用甲醛傳感器采集室內甲醛含量的數據，傳感器采集的數據經外圍放大電路放大，此放大信號經AD轉換器轉換為單片機可識別的信號，信號經由單片機處理顯示在LCD上，當濃度超標時單片機控制報警電路報警，語音和蜂鳴器同時報警。

　　3 軟件實現

　　主程序實現的功能：與硬件相結合實現室內甲醛檢測儀的各個功能。主要是檢測與顯示，數據存儲，功能子函數的調用。主程序控制整個程序的流程。主程序也就是程序的入口，所以一般進入主程序之后最先做的事情就是一些初始化的動作，將CPU初始化，將外設初始化，使其都處于可用狀態。緊跟其后的就是整個系統的邏輯結構處理。本系統在最開始的時候初始化了CPU、定時器、及LCD12864的初始化。之后才進行系統結構的邏輯處理。主程序的流程圖如圖3所示。

　　4 實驗結果分析

　　經過測試，該系統硬件正常工作，軟件能穩定運行。成功地實現了甲醛檢測并報警的功能。該系統能夠滿足生活需要，攜帶方便、體積小，質量輕，性價比高。

　　該系統的設計主要分為硬件和軟件兩部分。硬件部分主要根據系統所要實現的功能而設計出相應的功能模塊。硬件系統中所包含的功能模塊有：數據采集模塊、數據轉換模塊、顯示模塊、報警模塊、按鍵模塊，將這幾個模塊組合搭建而成整體的硬件電路。

　　軟件是基于C語言編寫的，結合了編寫語言的優點，具有很好的可控性、模塊化和移植性。編寫的思路就是模塊化的思想，原則是高內聚、低耦合。將系統的各個功能進行劃分，然后對各個模塊進行設計。再將設計的模塊整合形成整個軟件設計部分。

　　本設計經過設計、仿真、制板和焊接最終做出了實物，并且與市場上同功能的檢測儀器進行了對比試驗，最終證明本系統能得出較準確的甲醛測試濃度，精度能達到0.001 ppm，圖4為利用本系統的一個測試實例。