防化實(shí)驗通風(fēng)柜

裝修而導致的空氣污染已經(jīng)成為現代危害身體健康的殺手之一，現有的空氣質(zhì)量檢測大部分都是單氣體檢測，對于現在已經(jīng)演變?yōu)樯鐣?huì )問(wèn)題的空氣質(zhì)量，目前的測量方式還達不到理想標準。一種儀表只能檢測一種氣體，無(wú)法滿(mǎn)足大型建筑物的室內空氣質(zhì)量的要求。文章介紹的監測儀，布線(xiàn)簡(jiǎn)單，受環(huán)境的干擾小，能夠同時(shí)監測多種有害氣體，并且顯示速度快，實(shí)時(shí)性好?？梢远帱c(diǎn)，全面的對居住場(chǎng)所的空氣質(zhì)量監測[1]。

1 總體設計方案

總體設計結構如圖1所示。

文章將介紹系統的硬件電路，這里以氨氣傳感器的調理電路為例，以及電源電路的設計和硬件抗干擾技術(shù)。文章以STC12C5A60S2處理器為核心控制器件，系統上電后開(kāi)機自檢，然后會(huì )對甲烷、氨氣、CO、甲醛、溫濕度進(jìn)行多點(diǎn)實(shí)時(shí)的檢測并顯示。如果發(fā)現檢測的某項氣體值超標，系統會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)報警裝置，通過(guò)聲音提示用戶(hù)。利用串口發(fā)出控制指令，提醒用戶(hù)采取相應的措施。該設計預留的通訊串口可以與其他高級設備連接實(shí)現遠程控制。

2 室內空氣質(zhì)量監測儀的硬件設計

2.1 電化學(xué)傳感器的信號調理電路

文章以氨氣傳感器為主進(jìn)行介紹。由于傳感器輸出的信號非常微弱，電化學(xué)傳感器采集氨氣，并輸出信號，需要對輸出的微弱mV級的信號放大，文章選擇的運算放大器是OPA333，最終將信號放大到V級[2]。由于傳感器有啟動(dòng)時(shí)間，為了減少預熱時(shí)間，通過(guò)J177進(jìn)行電路調整[3]，信號的調理電路如圖2所示。當甲醛傳感器感應到甲醛氣體時(shí)，由電極生成的電流信號得到電壓信號，傳感器輸出電流和電路輸出的電壓關(guān)系為：

U=Ix（R14+R15//RT2）

其中R14和R15的阻值為20k，經(jīng)過(guò)I/V轉換后，傳感器輸出的電流信號從μ 變?yōu)榉壍碾妷骸?/span>

由于電化學(xué)型傳感器的特殊性，對應的調理電路的設計，需要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）傳感器的靈敏度數量級極低，在一級電路引入電流-電壓轉換。

（2）消除其他氣體的干擾，電化學(xué)型氣體傳感器偏壓是否穩定會(huì )影響到噪聲和靈敏度，所以提高被測量氣體的選擇性，減少噪聲，保證傳感器工作在最佳點(diǎn)，采用恒電位控制電路。

（3）加入調零電路校正。

（4）為了減少傳感器本身導致的噪聲或者I/V轉換器輸出的噪聲，引入濾波電路。

2.2 電源電路設計

文章采用MCP1700進(jìn)行了電壓的轉換，為了實(shí)現一氧化碳、甲醛等電化學(xué)型傳感器的±3V供電，需要把+5V電源電壓轉換成+3V，選用芯片MAX660，把+3V的電源電壓轉換成-3V，便得到了±3V的供電電壓[5]。采用芯片MAX660將輸入電壓范圍為+1.5V到+5.5V，轉換后變成輸出電壓是-1.5V到-5.5V，而且性能十分穩定。

2.3 硬件抗干擾技術(shù)

系統運行時(shí)，會(huì )受到內部或外部的各種干擾，比如噪聲干擾、放電干擾或者電磁干擾等，所以除了遵守相應設計規則外，必須采取可行的抗干擾措施，來(lái)提高和保證系統的安全性以及可靠性，所以對硬件電路進(jìn)行布局布線(xiàn)時(shí)，還需考慮影響電路電磁兼容性、測量和控制精度和空氣監測儀工作穩定性的因素[6]。

文章采用的硬件抗干擾措施有：

（1）增大電源線(xiàn)寬度；

（2）芯片電源端連接去耦電容；

（3）模擬地與數字地分開(kāi)布局；

（4）用電壓跟隨器隔離進(jìn)入A/D之前的信號；

（5）在電源和地線(xiàn)之間加入去耦電容，防止抗干擾能力弱的芯片或關(guān)閉電源時(shí)變化大的芯片；

（6）電源輸入端接100μF的電解電容；

（7）設置專(zhuān)門(mén)的硬件復位電路。

3 結束語(yǔ)

該儀器是集環(huán)境污染，安全和溫濕度為一體的多點(diǎn)監測的便攜式測量?jì)x。適合居家環(huán)境測量以及安全報警，該設計的創(chuàng )新在于，把室內空氣和安全報警集合為一體，采用多種電化學(xué)傳感器的組合，解決了目前室內氣體測量種類(lèi)單一的問(wèn)題。