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摘 要：目前，随着生活水平的提高，人们对室内居住环境的舒适度要求越来越高，住宅和居室是人们生活的重要物质条件，是人们生活、家庭团聚的场所，但随着装修材料的大量使用和生活用品的日益广泛，家居环境隐患重重。现在市场也有对室内环境的监测仪器，主要针对的是有害气体检测，功能单一，而且价格较贵，根据市场调查非常需要家用室内甲醛有害气体的综合检测系统。
关键词：甲醛传感器；单片机；液晶显示屏；危险气体；监测
一、引言
有关专家介绍，甲醛是一种破坏生物细胞蛋白质的原生质毒物，会对人的皮肤、呼吸道及内脏造成损害，麻醉人的中枢神经，可引起肺水肿、肝昏迷、肾衰竭等。2003 年 3 月由国家环保总局、卫生部、国家质量监督检验总局共同制定并发布的我国第一部“室内空气质量标准”，指出室内污染对人们健康的重要影响，同时也表明国家对室内空气污染的高度重视。这个“标准”的颁布不仅使室内空气污染问题引起社会的广泛关注，也给室内环境的监测仪器仪表带来巨大的市场和商机。可见，对室内环境监测仪的研究具有重要的意义。
二、系统设计的总体框架
本系统以 AT89S51 单片机为核心，主要包括传感器温湿度采集，传感器气体采集，A/D 模数转换，按扭操作，单片机控制，数码管数字显示等部分。系统通过各种传感电路检测室内温度、湿度、可燃气体浓度等参数值，然后与键盘预置的参数临界值进行比较，启/停风扇来改变室内可燃气体浓度，关闭燃气阀门，实时显示当前温度、湿度、可燃气体浓度等参数值，并与声光报警装置配合，等待房主处理。系统整体设计如图1所示。
1.把传感器技术应用与单片机控制技术相结合，实现对甲醛浓度的采集和读取。
2.利用 LED 数码管显示技术完成显示电路的设计。
3.采用发光二极管进行甲醛气体浓度超限报警。
三、系统的硬件设计和连接
（一）甲醛检测模块设计
1.甲醛检测模块设计精度
本设计甲醛模块计的量程为 0-10ppm。由于所使用的是 8 位 ADC0832，所以本设计的精度为：10ppm/256=0.039ppm。
2.甲醛传感器检测到的“气信号-电信号”传送到 RCV420 电流电压转换器，转换为电压信号，此信号传送到 A/D 转换器转换为单片机识别的数字信号，再 去控制报警电路。
（二）控制模块设计
单片机时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。
1、内部振荡方式：AT89S51 单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过XTAL1 和 XTAL2 引脚接入晶振元件：晶体振荡器和电容，即可构成一个稳定的自激振荡器。
2、外部振荡方式：把外部的时钟信号引入单片机内部。此方式可使单片机的时钟与外部信号保持同步。
在本设计中采用第一种方式，在 XTAL1 和 XTAL2 引脚分别接一个 30pF 的电容，两个引脚之间接入一个12MHz的晶振。
（三）显示电路设计
本设计采用动态显示方式驱动 8 个数码管工作，通过按键选择显示甲醛浓度值。用 74LSl38 的输入端来选择位码.单片机控制数码管的断码。如检测到的温度发生变化时，数码管即会发生相应的变化，起到实时显示功能。
四、系统的软件设计
Keil uVision2 是美国Keil Software 公司出品的与 51 系列单片机兼容的 C 语言软件开发系统。Keil uVision2 提供了 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和仿真调试器等工具，是在线编程更加容易。
（一）编辑器和调试器
1.源代码编辑器
uVision2 编辑器包含用户常用到的所有特性，语 法彩色显像和文件识别都对 C 源代码进行和优化，可以在编辑器内调试程序，它能提供一种自然的调试环境，使你更快速地检查和修改程序。
2.调试器
uVision2 源代码级调试器是一个理想、快速可靠的程序调试器。调试器包含一个高速模拟器，可以模拟整个 8051 系统，包括片上外围器件和外部硬件。当你从器件库中选择器件时，这个器件的特性将自动配置。
（二） C51 编译器
Keil uVision2 编译器在语言上的扩展功能为用户使用软件资源提供方便，对于8051 系列资源 C51 编译器都可以进行操作。sfr 和 sbit 两个关键字对 SFR 实行存取。变量可转移到任意地址空间，变量还可以通过关键字-at-放入固定的存储器中，存储模式决定了变量的存储类型。Keil uVision2 的编译器和高性能仿真器，支持应用程序的调试。
（三）软件开发流程
1.点击 Project 工程下面的菜单，选择弹出对话框中的 New Project，如图 4-2 所示。 在弹出的文件对话窗口中输入程序项目名称，“ 保存”后的文件扩展名为 uv2，这是KEIL uVision2 项目文件的扩展名，以后可以直接点击此文件以打开以前做的项目。
2.选择符合要求的单片机， Ateml 公司的 AT89S51。
3.编写程序，首先要在项目中创建新的程序文件。
4.保存新建的程序，把第一个程序命名为 cx1.c，保存在之前的目录下，如果程序颜色不同，说明语法合理。在屏幕左侧的 Source Group1 文件夹图标上右击弹出菜单，在这里可以做在项目中增加减少文件等操作。选择“Add File to Group "Source Group 1"”选项，弹出文件窗口，选择刚刚已经保存的文件，单击 ADD 按钮，关闭文件窗，程序文件被加到项目中。这时在 Source Group1 文件夹图标左边出现了一个小+号说明，文件组中有了文件，点击它可以展开查看。
5.C 程序文件已加到项目中，在进行编译运行。左边的按钮用于编 译单个文件，中间的用于编译当前项目，如果编译过的文件没有改动过，不会出现重新编译，右边的按钮用于重新编译。
6.进入调试模式。打开调试对话框，从这个对话框可以看到芯片的串行口输入输出的字符，可以在这里看运行结果。要停止运行程序回到编辑模式中，可先按停止按钮再按开启＼关闭调试模式按钮。
7.生成 HEX 文件
打开目录，找到项目文件，然后右击文件夹，在弹出的菜单中，选 Options for Target"Target1"选项，在弹出的设置窗口中选择项目文件夹图标，打开项目选项窗口，转到 Output 选项页，可以选择编译输出的路径和设置编译输出生成的文件名，要选择创建 HEX 文件，选好后再将它重新编译一次。
五、结语
随着生活水平提高，家居环境的安全性和舒适度，越来越得到人们的重视，本文介绍了一种基于单片机的室内环境监测系统设计。该系统除了实现室内甲醛气体的监测，并能进行液晶显示等功能。论文从元器件选择、电路设计、程序设计等几个方面详细介绍了整体设计的原理及过程。本设计综合利用单片机、传感器、数字电子和液晶显示等方面技术，完成了单片机控制甲醛浓度测试及显示功能的设计，系统地介绍了软硬件的组成和设计方法。