便携式甲醛气体检测仪的设计与实现

摘要

随着国内的经济发展的加快，人们的生活水平在不断提高，房间装修也变得多种多样，装饰装修材料中所含的污染物也越来越多，挥发到空气里的污染物严重危害着人们的健康。特别是装饰装修、家具添置引起室内空气中甲醛气体超标对人体健康造成极大的危害。对室内空气中的甲醛气体进行快速、准确的检测成为治理甲醛污染的重要手段。但是目前，国内标准的室内空气中甲醛检测方法主要是在实验室里进行分析实验，这种方法检测精度虽然高，但是其检测的过程复杂，得出检测结果数据周期长且成本费用高。因此，迫切需要设计价格便宜、操作简单、携带方便、快速检测的现场在线甲醛检测仪。
　　鉴于此，本文以便携式甲醛气体检测仪设计与实现为研究课题，设计了一种基于新型电化学传感器的甲醛气体快速检测仪，通过对电化学甲醛气体传感器工作原理的研究，完成了硬件系统和软件系统的设计与实现。便携式甲醛气体检测仪采用嵌入式技术，硬件部分采用模块化设计，用单片机芯片作为系统控制核心，设计了前端信号采集电路，主要设计模块包括恒电势仪电路、信号调理电路、A/D转换模块、数据处理模块、显示模块和电源模块。软件设计中采用了模块设计，设计了数据采集子程序、数字滤波子程序、数据处理子程序和数据显示子程序，在数字滤波子程序中应用限幅平均滤波法对产生的干扰信号进行处理，提高仪器的检测精度。
　　本文采用新型电化学甲醛气体传感器，研制了便携式甲醛气体检测仪，可以对甲醛气体进行精确的现场检测。主要完成的工作如下：
　　（1）综述现有甲醛检测仪的研究现状，梳理现有甲醛检测仪应用情况及存在的不足，明确便携式甲醛气体检测仪的设计目标，完成便携式甲醛气体检测仪需求分析，具体包括性能需求分析和功能需求分析；
　　（2）结合便携式甲醛气体检测仪的功能需求和性能需求，完成便携式甲醛气体检测仪的总体设计，包括硬件总体设计和软件总体设计；
　　（3）完成便携式甲醛气体检测仪的硬件设计，在便携式甲醛气体检测仪硬件总体框架指导下，完成单片机选择、电化学传感器选择、恒电势仪设计、信号调理模块设计、数据采集电路设计以及电源模块设计；
　　（4）完成便携式甲醛气体检测仪的软件设计，主要包括甲醛气体检测仪软件总体结构设计、主程序设计、核心功能模块设计和安全性设计，重点完成数据采集、数字滤波、数据处理和数据显示的设计；
　　（5）通过实验完成便携式甲醛气体检测仪的功能测试，验证便携式甲醛气体检测仪模拟电路、数字电路及甲醛检测的有效性和实用性。
　　通过对便携式甲醛气体检测仪进行功能测试，对便携式甲醛气体检测仪的各个功能模块进行了全部测试，在测试的过程中，便携式甲醛气体检测仪实现了基本功能，也达到了非功能性的各种需求，满足了用户的基本需求，实现了便携式甲醛气体检测仪的预期功能和稳定性、并发性、安全性等预期目标。本文设计的便携式甲醛气体检测仪采用嵌入式技术实现数据采集、数字信号处理和显示功能，在成本、功耗、体积、稳定性等方面达到最优化设计。便携式甲醛快速检测仪的研制，可以降低组建室内空气质量检测实验室的成本，减少检测费用，具有良好的社会经济效益。
　　目前来看，本文设计的便携式甲醛气体检测仪很好的解决了仪器在成本、环境耐受能力、功耗、响应时间等方面的问题，但由于甲醛气体传感器易受到乙醇和甲醇等物质的干扰，目前研究的便携式甲醛气体检测仪还不能很好的解决选择性问题，以后的工作将设法获取甲醛气体的特征参数，解决其他气体对甲醛测量的干扰问题。并且，随着室内空气中甲醛污染日益严重，找到室内空气中甲醛污染的解决方法也是我们后期工作的重点。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3研究主要内容

1.4论文组织结构

1.5本章小结

第二章 相关技术概述

2.1甲醛气体检测标准方法

2.2嵌入式系统技术概述

2.3SOPC技术概述

2.4本章小结

第三章 便携式甲醛气体检测仪需求分析与总体设计

3.1功能需求分析

3.2性能需求分析

3.3便携式甲醛气体检测仪总体设计

3.4本章小结

第四章 便携式甲醛气体检测仪硬件设计

4.1硬件总体框架设计

4.2单片机选取

4.3电化学传感器选择

4.4恒电势仪设计

4.5信号调理模块设计

4.6数据采集电路设计

4.7电源模块设计

4.8本章小结

第五章 便携式甲醛气体检测仪软件设计

5.1设计原则

5.2设计思路

5.3主程序设计

5.4核心功能模块设计

5.5本章小结

第六章 便携式甲醛气体检测仪运行与测试

6.1测试目标与原则

6.2测试环境搭建

6.3测试设计

6.4测试结果及结论

6.5本章小结

第七章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

致谢

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