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1.1AT89S51單片機(jī)

    AT89S51單片機(jī)是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，2個數(shù)據(jù)指針，自帶看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。

1.2單片機(jī)與溫度濕度數(shù)字集成傳感器SHT7X的接口電路

    SHT7x 系列產(chǎn)品是一款高度集成的溫濕度傳感器芯片，提供全量程標(biāo)定的數(shù)字輸出。它采用CMOS技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容性聚合體濕度敏感元件和一個用能隙材料制成的溫度敏感元件，這兩個敏感元件與一個14 位的A/D 轉(zhuǎn)換器以及一個串行接口電路設(shè)計在同一個芯片上面。該傳感器品質(zhì)卓越、響應(yīng)超快、抗干擾能力強(qiáng)、極高的性價比。SHT7x內(nèi)部框圖如圖2：SHT7X與單片機(jī)的接口如圖3所示：SHT75數(shù)字式溫濕度傳感器直接通過I2C總線與單片機(jī)接口，具有接口線少，控制方式簡單，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。我們在電路結(jié)構(gòu)中使用單片機(jī)的通用I/O口，通過軟件來虛擬I2C總線,沒有另外增加專門的I2C總線控制器，不增加硬件成本。其中，利用P1.0來虛擬數(shù)據(jù)線DATA，利用P1.1口來虛擬時鐘線。

1.3甲醛的測量電路和CO2的測量電路

    甲醛傳感器由甲醛探頭，CH20傳感器組成。當(dāng)空氣被內(nèi)部的采樣系統(tǒng)吸收后，將產(chǎn)生的電流信號與相連產(chǎn)生一個與甲醛濃度成正比的電流，該電流經(jīng)過4~20MA甲醛模塊的信號調(diào)理，與I/U變換器RCV420芯片轉(zhuǎn)換成0~5V的電壓，該電壓經(jīng)過5G14433A/D轉(zhuǎn)換器，與8051單片機(jī)相連，在顯示器上顯示出甲醛的濃度值，當(dāng)超過國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時進(jìn)行報警。CH20/S-10的相關(guān)參數(shù)如下：電化學(xué)工作原理；量程：0-10PPM；最大過載濃度：50PPM；最小分辨率：±0.05PPM；工作壽命：3年；靈敏度：1200±300nA／ppm，4~20MA甲醛模塊；工作溫度：-20～45，響應(yīng)時間（T90）：＜50s。

    CO2傳感器采用深圳市富安達(dá)智能科技有限公司的紅外式CO2傳感器它的特點(diǎn)是：對CO2高靈敏性，緊湊結(jié)構(gòu)，對濕度依賴性低，低成本，長壽命，低功耗。測量范圍：0-2000ppm，0-10000ppm，0-50000ppm，輸出0-4VDC，供給電壓5VDC。

    Burr-Brown公司生產(chǎn)的RCV420精密I/U變換器，它能將4~20mA的環(huán)路電流變換成0~5V的電壓輸出。作為一種單片集成電路具有可靠的性能和很低的成本。除具有精密運(yùn)放和電阻網(wǎng)絡(luò)外，還集成有10V基準(zhǔn)電壓源。在不需要外調(diào)整的情況下，可以獲得86dB的共模抑制比和40V的共模電壓輸入。在全量程范圍內(nèi)輸入阻抗僅有1.5V的壓降，對于環(huán)路電流具有很好的變換能力。CH20傳感器輸出的4-20MA電流經(jīng)RCV420轉(zhuǎn)變成0-5V電壓接A/D轉(zhuǎn)換器0809模擬輸入接口電路如圖4所示。

1.4功能鍵盤

    鍵盤設(shè)置為３×３陣列鍵盤,有功能選擇鍵、報警確認(rèn)鍵、回車(數(shù)值確認(rèn))鍵、數(shù)值鍵、鍵等。

1.5 LＣＤ顯示單元

    LＣＤ顯示單元選用ＯＣＭ4×16字符點(diǎn)陣液晶顯示屏模塊組件,主要有ＬＣＤ顯示器、控制器、驅(qū)動器和偏壓產(chǎn)生電路組成,用于顯示當(dāng)前被測溫度值、濕度值、甲醛及CO2報警設(shè)定值、報警狀態(tài)等信息。

圖4

2軟件設(shè)計

    軟件采用模塊化設(shè)計。全部軟件由主程序、鍵盤處理子程序、數(shù)據(jù)采集子程序、報警程序組成。主程序是控制和管理的核心。系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化和中斷處理操作。初始化主要完成對報警值的設(shè)定和初次檢查，同時斷開各電器的電源。初始化完成后，系統(tǒng)開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)行甲醛（CO2）濃度檢測和報警等操作，程序流程圖如圖5所示。

    為了提高測量精度，本文采用中值濾波法，就是對參數(shù)連續(xù)采樣Ｎ次(一般Ｎ為奇數(shù)),然后把Ｎ次采樣值從大到小或從小到大,按遞增或遞減順序排序,再取中間值作本次采樣值。中值濾波對于去掉偶然因素引起的波動或采樣不穩(wěn)定產(chǎn)生的誤差比較有效,在Ｎ次采樣中只要有一次是正確的,即可提高精度。

3結(jié)論

    本文對利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣質(zhì)量的測量進(jìn)行了比較全面的描述和分析，本文所實(shí)現(xiàn)的室內(nèi)空氣質(zhì)量的測量系統(tǒng)具有比較全面的功能。該測量系統(tǒng)操作方便、性價比適宜、運(yùn)行可靠，測量精度高，還可以根據(jù)具體的需要對系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展。

    [1]崔九思主編.《室內(nèi)空氣污染監(jiān)測方法》[M].第１版．北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002/03/05

    [2]王延年.基于單片機(jī)的鉑電阻高精度溫度測控系統(tǒng):電子測量技術(shù)[J],2006/08

    [3]李華主編.《MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)》[M].第一版.北京:航空航天大學(xué)出版社,1993/08.