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簡(jiǎn)要描述:天道牌空氣毒劑監測儀TD-TM為解決在線(xiàn)監測室內多種有害氣體存在成本高,不具有實(shí)時(shí)性,靈活性差等問(wèn)題,依據GB/T18883-2002室內空氣質(zhì)量標準,采用單主機和多分機結構,文章通過(guò)電化學(xué)傳感器采集CH2O、CH4、NH3、CO、可吸入顆粒物和溫濕度等多項參數,以微控處理器為核心對調理后的數據進(jìn)行處理,該監測儀針對市面上的環(huán)境監測裝置參數單一,不能滿(mǎn)足多點(diǎn)以及實(shí)時(shí)監測等問(wèn)題而設計。
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標簽:室內空氣;實(shí)時(shí)監測;STC12C5A60S2
引言
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。
圖1 室內空氣質(zhì)量監測儀整體框架圖
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。
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