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1.1AT89S51单片机

    AT89S51单片机是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，2个数据指针，自带看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

1.2单片机与温度湿度数字集成传感器SHT7X的接口电路

    SHT7x 系列产品是一款高度集成的温湿度传感器芯片，提供全量程标定的数字输出。它采用CMOS技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件，这两个敏感元件与一个14 位的A/D 转换器以及一个串行接口电路设计在同一个芯片上面。该传感器品质卓越、响应超快、抗干扰能力强、极高的性价比。SHT7x内部框图如图2：SHT7X与单片机的接口如图3所示：SHT75数字式温湿度传感器直接通过I2C总线与单片机接口，具有接口线少，控制方式简单，通信速率较高等优点。我们在电路结构中使用单片机的通用I/O口，通过软件来虚拟I2C总线,没有另外增加专门的I2C总线控制器，不增加硬件成本。其中，利用P1.0来虚拟数据线DATA，利用P1.1口来虚拟时钟线。

1.3甲醛的测量电路和CO2的测量电路

    甲醛传感器由甲醛探头，CH20传感器组成。当空气被内部的采样系统吸收后，将产生的电流信号与相连产生一个与甲醛浓度成正比的电流，该电流经过4~20MA甲醛模块的信号调理，与I/U变换器RCV420芯片转换成0~5V的电压，该电压经过5G14433A/D转换器，与8051单片机相连，在显示器上显示出甲醛的浓度值，当超过国家规定的标准时进行报警。CH20/S-10的相关参数如下：电化学工作原理；量程：0-10PPM；最大过载浓度：50PPM；最小分辨率：±0.05PPM；工作寿命：3年；灵敏度：1200±300nA／ppm，4~20MA甲醛模块；工作温度：-20～45，响应时间（T90）：＜50s。

    CO2传感器采用深圳市富安达智能科技有限公司的红外式CO2传感器它的特点是：对CO2高灵敏性，紧凑结构，对湿度依赖性低，低成本，长寿命，低功耗。测量范围：0-2000ppm，0-10000ppm，0-50000ppm，输出0-4VDC，供给电压5VDC。

    Burr-Brown公司生产的RCV420精密I/U变换器，它能将4~20mA的环路电流变换成0~5V的电压输出。作为一种单片集成电路具有可靠的性能和很低的成本。除具有精密运放和电阻网络外，还集成有10V基准电压源。在不需要外调整的情况下，可以获得86dB的共模抑制比和40V的共模电压输入。在全量程范围内输入阻抗仅有1.5V的压降，对于环路电流具有很好的变换能力。CH20传感器输出的4-20MA电流经RCV420转变成0-5V电压接A/D转换器0809模拟输入接口电路如图4所示。

1.4功能键盘

    键盘设置为３×３阵列键盘,有功能选择键、报警确认键、回车(数值确认)键、数值键、键等。

1.5 LＣＤ显示单元

    LＣＤ显示单元选用ＯＣＭ4×16字符点阵液晶显示屏模块组件,主要有ＬＣＤ显示器、控制器、驱动器和偏压产生电路组成,用于显示当前被测温度值、湿度值、甲醛及CO2报警设定值、报警状态等信息。

图4

2软件设计

    软件采用模块化设计。全部软件由主程序、键盘处理子程序、数据采集子程序、报警程序组成。主程序是控制和管理的核心。系统上电后进行初始化和中断处理操作。初始化主要完成对报警值的设定和初次检查，同时断开各电器的电源。初始化完成后，系统开始正常运转。进行甲醛（CO2）浓度检测和报警等操作，程序流程图如图5所示。

    为了提高测量精度，本文采用中值滤波法，就是对参数连续采样Ｎ次(一般Ｎ为奇数),然后把Ｎ次采样值从大到小或从小到大,按递增或递减顺序排序,再取中间值作本次采样值。中值滤波对于去掉偶然因素引起的波动或采样不稳定产生的误差比较有效,在Ｎ次采样中只要有一次是正确的,即可提高精度。

3结论

    本文对利用单片机实现室内空气质量的测量进行了比较全面的描述和分析，本文所实现的室内空气质量的测量系统具有比较全面的功能。该测量系统操作方便、性价比适宜、运行可靠，测量精度高，还可以根据具体的需要对系统进行适当的扩展。

    [1]崔九思主编.《室内空气污染监测方法》[M].第１版．北京:化学工业出版社,2002/03/05

    [2]王延年.基于单片机的铂电阻高精度温度测控系统:电子测量技术[J],2006/08

    [3]李华主编.《MCS-51系列单片机实用接口技术》[M].第一版.北京:航空航天大学出版社,1993/08.