劉 伊
(太原工業(yè)學院,山西 太原 030008)
世界衛(wèi)生組織公布的毒物清單中,甲醛位列其中。甲醛是一種有毒氣體,輕則引起呼吸系統(tǒng)感染,重則引發(fā)癌癥[1]。日常生活,甲醛主要來源板材,乳膠漆等人造家裝材料,剛裝修完房屋,甲醛可超過標準40倍[2]。請專業(yè)人員到家進行甲醛測量,一方面尋找正規(guī)的甲醛測試公司比較浪費時間,另一方面測試費用也相對較高,無法做到隨時測量的目的[3]。所以針對普通家庭用戶,設(shè)計一款家用智能型甲醛測試儀。該測試儀不僅便于攜帶價格適中,同時具有測量精度較高的特點,可以服務(wù)于老百姓并且在市場上大量推廣使用。
甲醛氣體的濃度和空氣中的溫度和濕度有著很緊密的影響。采用控制變量法,控制濕度不變時,溫度與甲醛濃度的關(guān)系如圖1 所示[4]。當溫度不變時,濕度與甲醛濃度的關(guān)系如圖2 所示[5]。
由圖1可知,溫度在大于20 ℃時,甲醛才能完全釋放。由圖2可知,室內(nèi)空氣濕度在40%時直線斜率最大。表明只要在大于等于40%時就可以完全釋放甲醛[6]。
圖1 溫度與甲醛濃度的關(guān)系
圖2 濕度與甲醛濃度的關(guān)系
根據(jù)溫濕度對甲醛釋放量的影響,若當前溫濕度未到達最低值,說明甲醛并未完全釋放,當前甲醛濃度并不完全代表屋內(nèi)真實甲醛值。所以最終確定系統(tǒng)硬件設(shè)計不僅要有甲醛測試模塊,同時需要加入溫濕度檢測模塊。
系統(tǒng)以單片機為核心控制器,通過甲醛檢測模塊將甲醛氣體采集,同時溫濕度檢測模塊采集空氣中的溫濕度信息,信號經(jīng)單片機處理并在顯示模塊上顯示出來,并增加報警模塊。當甲醛濃度超標時報警電路將進行報警,當測試時溫濕度沒有達到甲醛釋放最低溫濕度值時,系統(tǒng)指示燈閃爍,提醒用戶當前測試值不具有代表性。系統(tǒng)總體設(shè)計如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案圖
AT89C52最小系統(tǒng)為控制系統(tǒng)的核心,其中時鐘電路采用12 M晶振。甲醛氣體以及周圍環(huán)境中的溫濕度由ZE08-CH20甲醛傳感器與DHT11溫濕度傳感器采集后,經(jīng)內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器的處理傳遞到AT89C52芯片,其連接圖如圖4所示,其中Header8表示甲醛傳感器。甲醛傳感器在pin6口與330 Ω連接,目的起到限流保護作用。溫濕度傳感器DHT11在與單片機連接中加入了1 kΩ上拉電阻,對系統(tǒng)同樣是起到限流保護作用。顯示采用 LCD1602液晶顯示屏,將采集到的甲醛信號及溫濕度信息顯示。LCD1602的D0~D7數(shù)據(jù)輸出端與單片機P0.0~P0.7連接并串聯(lián)1k的限流電阻。報警電路采用蜂鳴器與三極管連接,驅(qū)動端與單片機P2.1端連接。
圖4 傳感器電路連接圖
家用智能型甲醛測試儀軟件程序,首先開始進行初始化數(shù)據(jù),將從甲醛傳感器和溫濕度傳感器采集到信號進行信號放大與濾波數(shù)據(jù)處理,同時提前根據(jù)國家標準通過按鍵設(shè)置甲醛含量最高值即不高于0.08 mg/m3以及溫濕度最低值。系統(tǒng)將采集到的信號在LCD上顯示,并與提前設(shè)置的標準值進行對比,當所測甲醛濃度高于所設(shè)定的國家標準值或者溫濕度低于所設(shè)定的標準值,報警或閃爍或燈常亮,軟件程序流程圖如圖5所示。
圖5 程序流程圖
利用Keil 軟件編譯程序,確定程序無誤后進行電路板焊接。對電路提供5 V電壓,測量系統(tǒng)穩(wěn)定電流約0.003 A,證明電路穩(wěn)定并且系統(tǒng)功耗較低。對程序進行燒寫,完成家用智能型甲醛測試儀的制作[8]。將其放置在密度板較多的地方,測量結(jié)果如圖6所示。由于甲醛含量超標蜂鳴器報警,同時顯示屏顯示當前滿足溫濕度最低要求,所以指示燈常亮。證明當前甲醛釋放量是具有代表性的。
圖6 測試儀測量圖
家用智能型甲醛測試儀,可以根據(jù)當前室內(nèi)溫濕度值提醒用戶當前測量的甲醛值是否具有代表性。同時當甲醛超過國家甲醛釋放量標準時,蜂鳴報警。該系統(tǒng)具有便攜性,測量速度快,以及系統(tǒng)精度較高的特點,適合家庭使用。