多參數智能家居便攜式檢測儀設計實現

一、項目概述

1.1 引言

愛特梅爾公司是全球領先的半導體設計和制造商，專門提供微控制器及補充產品如電容性觸摸感應IC、ASIC、非易失性存儲器和無線射頻 (RF) 器件。該公司擁有業界最廣泛的知識產權核心 (IP) 技術資源之一，能為電子工業提供全面的解決方案。愛特梅爾公司專注于消費電子、工業、汽車、安全、通信和計算市場。通過提供工具與支持，愛特梅爾幫助不同領域的客戶以更小巧、更高智能、更高成本效益和更多元化的電子產品，穩占市場領導地位。EVK1100是ATMEL開發的一個基于AVR32 AT32UC3A單片機控制器的評估套件和開發系統，它配備一系列豐富的外設、內存，并且可充分開發AVR32設備的全部潛能。本設計就是基于愛特梅爾公司的EVK1100開發平臺，設計的室內環境“安全衛士”，該設計用于檢測居室內常見有害氣體濃度含量，并在有害氣體含量超標時報警，以便使人們及時采取措施，防止危害擴大，為室內環境保駕護航。

1.2 項目背景/選題動機

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。室內空氣品質與居住者的身心健康狀態和工作效率等均直接相關。CCTV《今日說法》曾報道過由于室內污染而未及時發現引起重視，最終導致白血病的惡性事件。室內污染的空氣能增加造成人們長期和短期的健康問題的機會。而家庭居室是大多數人除了工作場所以外經常生活的地方，由此對室內環境的安全性檢測變得尤為重要，市場上現有對室內環境的檢測儀器，存在有體積大、價格貴、功能少、檢測氣體單一等問題而未被廣泛應用，根據市場調查顯示居民非常需要一種家用對室內溫濕度和室內甲醛的檢測的儀器。本文正是基于此種需要而設計的一種家用集室內環境污染物（甲醛、CO、CO2）檢測、光照度、溫度和濕度檢測為一體的多參數便攜式檢測儀。

甲醛是一種無色、具有強烈氣味的刺激性氣體，是室內空氣的代表性污染物之一。甲醛是原漿毒物，對人體健康有重要影響，研究表明甲醛能與蛋白質結合，吸入高濃度甲醛后，會出現呼吸道的嚴重刺激和水腫、眼刺痛、頭痛，也可發生支氣管哮喘。皮膚直接接觸甲醛，可引起皮炎、色斑、壞死。經常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出現粘膜充血、皮膚刺激癥、過敏性皮炎、指甲角化和脆弱、甲床指端疼痛，孕婦長期吸入可能導致新生嬰兒畸形，甚至死亡，男子長期吸入可導致男子精子畸形、死亡，性功能下降，嚴重的可導致白血病，氣胸，生殖能力缺失，全身癥狀有頭痛、乏力、胃納差、心悸、失眠、體重減輕以及植物神經紊亂等。而各種人造板材(刨花板、纖維板、膠合板等)中由于使用了脲醛樹脂粘合劑，因而含有甲醛。新式家具的制作，墻面、地面的裝飾鋪設，都要使用粘合劑。凡是大量使用粘合劑的地方，總會有甲醛的釋放。此外，某些化纖地毯、油漆涂料也含有一定量的甲醛。甲醛還可來自化妝品?；瘖y品、清潔劑、殺蟲劑、消毒劑、防腐劑、印刷油墨、紙張、紡織纖維等多種化工輕工產品。由此，對于居室內甲醛含量的測定變得尤為重要。

CO2在正?？諝庵械暮考s為0.03％～0.04％。當室內空氣與室外空氣交換良好時，室內空氣中CO2的濃度通常不會達到人的主觀感覺不適的狀態。但是，當室內CO2濃度大于1.5%時，會引起呼吸困難和呼吸頻率加快、改變血液pH值、減弱人體的活動能力等。當濃度大于3%時，會引起頭痛、眩暈和惡心，當濃度大于6％～8％時，可導致昏迷和死亡。CO2作為居室中常見的污染物，當濃度達0.07%時，少數敏感的人就會感覺到不良氣味，并產生不適感。CO2濃度的高低可以用來表示室內空氣清潔程度，以及通風換氣是否良好，居室內?CO2濃度應保持在0.07%以下，最高不應超過0.1%。

室內CO主要來源于吸煙、含碳燃料的不完全燃燒等。當不存在室內源時，室內CO的含量與室外持平，維持在3~10ml/m3。由于CO不能透過皮膚，因此，它對人體健康的影響主要通過呼吸系統來實現。CO能與血紅蛋白結合形成羥基血紅蛋白(COHb)，但是CO與血紅蛋白的結合能力遠遠大于O2的結合能力，是O2的200倍，當O2與CO同時存在時，血紅蛋白優先與CO結合，制約了O2在血液中的傳播。CO可對心臟、肺和神經系統產生有害影響，當COHb的濃度為10％時，主要引起心血管疾病，導致中樞神經紊亂；當濃度為2.5％時，可加重胸痛病人的癥狀。

本文的設計正是基于此種需要而設計的適用于居室內常見有害氣體濃度測定的儀器，該儀器能夠指導人們對室內空氣質量的變化及時采取應對措施，從而保護人體健康。能同時檢測室內空氣環境中常見污染氣體（甲醛、CO2、CO）及溫濕度的現場檢測，且操作簡便、設計合理。

二、需求分析

2.1 功能要求

甲醛是在室內和室外都廣泛存在的一種空氣污染物，除此之外室內空氣污染物主要還有CO和CO2等。甲醛是室內最常見的和最具代表性的醛類化合物，室內甲醛濃度則取決于建筑材料的性能和和測試時的環境條件，通常范圍在0.02～0.50mg/m3或更高。用作室內裝飾的膠合板、細木工板、中密度纖維板和刨花板等人造板材中含有甲醛，新裝修的居室甲醛最高可達9.09mg/m3?；诖?，本文所設計的檢測儀器要求能夠檢測室內甲醛、一氧化碳、二氧化碳等室內常見有害氣體濃度，同時要能夠對與人體健康密切相關的室內環境溫濕度狀況進行實時檢測與顯示，并通過按鍵設定檢測氣體上限報警值和選擇待檢測氣體種類，通過液晶顯示待測氣體濃度。當所測氣體濃度超標時及時進行聲光報警。

除用于家庭居室之外，該儀器還可用于辦公室、賓館、飯店、商場、高檔酒店等場所或其他一些對空氣質量要求較高的場所常見有害氣體含量測定。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。

2.2 性能要求

儀器性能要求主要是根據實際情況（居室內空氣質量達標值與溫濕度狀況）確定檢測性能指標要求。居室空氣中甲醛的最高允許濃度為0.08 mg/m3，公共場所甲醛的最高允許濃度為0.10 mg/m3。

1、甲醛：測量范圍：0～10ppm 分辨率 ： ±0.05 ppm

2、CO2檢測：測量范圍：0~2，000ppm ，檢測精度：±30ppm

3、CO檢測，測量范圍：0～1000ppm，分辨率：±0.5ppm

4、溫度測量：測量范圍：-10 ~ 60℃，檢測精度：±1℃

5、濕度測量：測量范圍：0 ~ 95%RH，檢測精度：±5%RH

6、交流供電、聲光報警、LCD顯示被測氣體實際濃度值