打造多參數居室氣體檢測儀，助力智能家庭

2.2 性能要求

儀器性能要求主要是根據實際情況（居室內空氣質量達標值與溫濕度狀況）確定檢測性能指標要求。居室空氣中甲醛的最高允許濃度為0.08 mg/m³，公共場所甲醛的最高允許濃度為0.10 mg/m³。

1、甲醛：測量范圍：0～10ppm 分辨率 : ±0.05 ppm

2、CO₂檢測：測量范圍：0~2,000ppm ，檢測精度：±30ppm

3、CO檢測，測量范圍：0～1000ppm，分辨率：±0.5ppm

4、溫度測量：測量范圍：-10 ~ 60℃，檢測精度：±1℃

5、濕度測量：測量范圍：0 ~ 95%RH，檢測精度：±5%RH

6、交流供電、聲光報警、LCD顯示被測氣體實際濃度值

三、方案設計

3.1 系統功能實現原理

該儀器電路由單片機及外圍電路和信號采集電路組成。儀器硬件電路如圖所示。其中AVR MCU單片機是檢測儀的核心, 它控制傳感器信號的采集、信號的A/D轉換、數據的進一步處理以及濃度顯示、超標報警、檢測氣體參數的調整等整個過程。在實際應用時, 可以根據所測氣體與氣敏元件反應后所得到的電壓值的關系來編程,當對氣體進行測試時, 通過測得的電壓值就可以得出所測氣體的濃度。

工作原理：由傳感器檢測待測氣體，并轉換為相應電信號，由于傳感器采集的電壓信號是模擬信號必須轉換為便于處理數字信號，才能進行進一步分析、處理，所以將該變化的電壓信號輸入A/D轉換電路，經A/D轉換之后, 再將得到的數字信號送入單片機, 由單片機進行相應的處理并送入LCD顯示相應的濃度值, 同時可以通過按鍵設定報警濃度上限。這樣,可以在所測氣體濃度超過設定值時啟動報警器進行報警。

圖 1 系統硬件結構框圖

3.1.1 甲醛檢測模塊

甲醛檢測模塊采用基于電化學原理的甲醛傳感器CH20/S-10，其原理為室內空氣中的甲醛氣體被采樣后，在電極作用下發生氧化反應，產生的擴散電極電流與空氣中的甲醛濃度成正比，將檢測到的電流值通過放大電路放大并轉換為相應的電壓值，后經A/D轉換送單片機，由單片機現場實時控制檢測并顯示室內甲醛濃度值，當其濃度值小于國家規定的標準值(通過按鍵可修改)時綠燈亮，當超過規定值時紅燈亮，同時進行蜂鳴報警，開始提醒人們及時采取有效措施，從而對人們的居住生活環境起到了監控保護作用。

3.1.2 溫濕度傳感器

考慮到室內環境溫濕度對人體健康有重要影響，因此在電路中增加了溫濕度檢測模塊，該模塊主要檢測室內環境的溫度和濕度。溫濕度傳感器采用LTM-8901，該傳感器是全新的數字化溫濕度傳感器，適合室內環境的溫濕度測量范圍，無需A/D轉換，可直接和單片機連接，使系統故障率低，便于維護。濕度測量時是傳統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，實現溫濕度全量程的精確測量。如系統硬件結構框圖所示，數字傳感器LTM8901通過光耦器件4N35和驅動電路接單片機的并行I/0端，實現輸入輸出隔離，以提高系統的抗干擾能力，光耦器件4N35對于LTM8901其速度基本上滿足要求。