0 引言：
隨著人們生活水平的提高，全裝修住宅的日益擴展，其室內環境質量控制越來越引起社會各界的廣泛關注。同時人們也需要安全、舒適的家居。現市場也有對室內環境的檢測儀器，但存在有體積大、價格貴、功能少等原因，根據市場調查非常需要家居用室內安全、溫濕度和室內甲醛的檢測。本文設計的是家用集環境污染（甲醛）、安全、溫度和濕度為一體的多功能便攜式測試儀。
城市居民的氣體燃料主要是液化石油、煤氣和天然氣。液化石油氣的主要成分是丙烷、煤氣的主要成分是CO和H2，天燃氣主要成分是甲烷。
該設計主要包含兩大部分功能，第一，空氣質量包括溫度、濕度、甲醛的檢測。第二，室內安全測量包括CO、甲烷。
1 總體結構設計
總體結構圖如圖1：
圖1 總體結構圖
該儀器以單片機為核心，單片機選用價格便宜的8031，具有對CO濃度、甲烷濃度測量與報警功能;對溫濕度和甲醛的含量的測量及顯示功能;設有人工自動復位和自動上電復位以及硬件看門狗電路。單片機外接8255A并行接口芯片，8255A接鍵盤、顯示、甲醛測量電路。通過鍵盤可設定室內甲烷、CO的報警值。溫濕度測量采用數字化溫濕度傳感器LTM-8901，用4位半液晶顯示溫濕度和甲醛值。CO和甲烷測量電路輸出分別接單片機接外中斷INT0和外中斷INT1，利用中斷實現對CO和甲烷的實時監控。另外擴展了數據存儲器和紫外線可擦除的EPROM存儲器。
2 溫濕度模塊設計
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，可直接接單片機，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。如圖1中，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/O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，若選用DS18BO2應使用更快速度的光耦。
3 CO和甲烷測量模塊
采用半導體氣體傳感器SB-500測量CO和甲烷，SB-500在高低溫周期變化過程中工作時，傳感器輸出信號受溫度影響，高溫時感應甲烷氣體，低溫時感應CO氣體，高溫0.9V＊5秒，低溫0.2V＊15秒，因此工作電壓為高電平為0.9V，低電平為0.2V的方波，占空比為1：3，周期20S。該方波通過設置單片機內部定時器T0的參數，由單片機的并行端口輸出，再經12V供電的放大電路放大。半導體氣體傳感器SB-500的輸出接單片機的外中斷，當CO濃度超標時，被高、低電平加熱的SB-500的電阻會降低，經過分壓和調整分壓電阻達到外中斷請求電平向單片機請求中斷，通過中斷處理程序實現超標報警。由于高、低電平加熱SB-500時呈現的電阻不同，采用不同的分壓電阻分壓以實現中斷請求電平，因此需通過單片機控制電子開關自動切換CO和甲烷的測試和報警。如圖2：
圖2 單片機控制電子開關自動切換CO和甲烷的測試和報警
4.甲醛測量模塊設計
室內甲醛污染對人身體健康影響較大，標準規定的方法絕大多數是化學分析法，使用的手段是實驗室分析儀器，主要有比色計、分光光度計，化學滴定、氣相和液相色譜。但這些方法難做到現場實時控制，費力費時，過程復雜，大多數過程是人工操作，成本高，自動化程度低。隨著傳感器和計算機技術的不斷發展，現已有了基于電化學的便攜式甲醛測試儀，并且測試測試范圍、分辨率、精度、穩定性已接近標準要求，因此該設計可選用基于電化學原理的甲醛傳感器，其原理是空氣中的甲醛在電極下發生氧化反應，產生的擴散電極電流與空氣中的甲醛濃度成正比。通過檢測放大電路和放大倍數的調整，經A/D轉換后送單片機。由單片機現場自動控制檢測并顯示甲醛濃度。實際制作時，考慮到甲醛測試成本高，可將甲醛測試做成一個單獨模塊，儀器端安裝外接插頭，需要時外接即可。
5 軟件設計
軟件運用模塊化設計，采用匯編語言與C語言混合編寫，包括主程序和中斷程序，有初始化模塊、數據采集與處理模塊、顯示模塊、中斷模塊、系統測試與報警模塊。初始化是對外部接口、定時器等部件初始化;數據采集和數據處理模塊是完成溫濕度和甲醛的測量對其分析處理;顯示模塊將循環顯示溫濕度和甲醛含量;中斷控制模塊完成CO和甲烷的超標報警;系統測試模塊是檢查系統各模塊、溫濕度模塊等是否正常，出現異常報警的自診斷功能。流程圖如下：
圖3 流程圖
6 結論
該儀器是適合家庭用的環境測量與安全報警的便攜式儀表。隨著甲醛傳感器價格降低、家居全裝修增多，人們對生活質量要求的提高，這種多功能測試儀將會有更廣泛的應用前景。本文的創新點在于集室內環境與安全報警為一體，并考慮到甲醛的成本較高，將甲醛的測試做成一個獨立的模塊，儀器設有外接頭，需要時外接，或選用市場上的便攜式甲醛測試儀配套使用。