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1.1AT89S51單片機(jī)

    AT89S51單片機(jī)是一個(gè)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(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)單元，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，自帶看門(mén)狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體濕度敏感元件和一個(gè)用能隙材料制成的溫度敏感元件，這兩個(gè)敏感元件與一個(gè)14 位的A/D 轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)串行接口電路設(shè)計(jì)在同一個(gè)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(jià)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(guò)I2C總線與單片機(jī)接口，具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)單，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。我們?cè)陔娐方Y(jié)構(gòu)中使用單片機(jī)的通用I/O口，通過(guò)軟件來(lái)虛擬I2C總線,沒(méi)有另外增加專門(mén)的I2C總線控制器，不增加硬件成本。其中，利用P1.0來(lái)虛擬數(shù)據(jù)線DATA，利用P1.1口來(lái)虛擬時(shí)鐘線。

1.3甲醛的測(cè)量電路和CO2的測(cè)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(hào)與相連產(chǎn)生一個(gè)與甲醛濃度成正比的電流，該電流經(jīng)過(guò)4~20MA甲醛模塊的信號(hào)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(guò)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(guò)國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行報(bào)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(guò)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(shí)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(duì)CO2高靈敏性，緊湊結(jié)構(gòu)，對(duì)濕度依賴性低，低成本，長(zhǎng)壽命，低功耗。測(cè)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(duì)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(pán)

    鍵盤(pán)設(shè)置為３×３陣列鍵盤(pán),有功能選擇鍵、報(bào)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(dòng)器和偏壓產(chǎn)生電路組成,用于顯示當(dāng)前被測(cè)溫度值、濕度值、甲醛及CO2報(bào)警設(shè)定值、報(bào)警狀態(tài)等信息。

圖4

2軟件設(shè)計(jì)

    軟件采用模塊化設(shè)計(jì)。全部軟件由主程序、鍵盤(pán)處理子程序、數(shù)據(jù)采集子程序、報(bào)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(duì)報(bào)警值的設(shè)定和初次檢查，同時(shí)斷開(kāi)各電器的電源。初始化完成后，系統(tǒng)開(kāi)始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)行甲醛（CO2）濃度檢測(cè)和報(bào)警等操作，程序流程圖如圖5所示。

    為了提高測(cè)量精度，本文采用中值濾波法，就是對(duì)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(duì)于去掉偶然因素引起的波動(dòng)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(duì)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣質(zhì)量的測(cè)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(cè)量系統(tǒng)具有比較全面的功能。該測(cè)量系統(tǒng)操作方便、性價(jià)比適宜、運(yùn)行可靠，測(cè)量精度高，還可以根據(jù)具體的需要對(duì)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(cè)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(cè)控系統(tǒng):電子測(cè)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.