多參數(shù)智能家居便攜式檢測(cè)儀設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

愛(ài)特梅爾公司是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造商，專(zhuān)門(mén)提供微控制器及補(bǔ)充產(chǎn)品如電容性觸摸感應(yīng)IC、ASIC、非易失性存儲(chǔ)器和無(wú)線射頻 (RF) 器件。該公司擁有業(yè)界最廣泛的知識(shí)產(chǎn)權(quán)核心 (IP) 技術(shù)資源之一，能為電子工業(yè)提供全面的解決方案。愛(ài)特梅爾公司專(zhuān)注于消費(fèi)電子、工業(yè)、汽車(chē)、安全、通信和計(jì)算市場(chǎng)。通過(guò)提供工具與支持，愛(ài)特梅爾幫助不同領(lǐng)域的客戶(hù)以更小巧、更高智能、更高成本效益和更多元化的電子產(chǎn)品，穩(wěn)占市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位。EVK1100是ATMEL開(kāi)發(fā)的一個(gè)基于AVR32 AT32UC3A單片機(jī)控制器的評(píng)估套件和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，它配備一系列豐富的外設(shè)、內(nèi)存，并且可充分開(kāi)發(fā)AVR32設(shè)備的全部潛能。本設(shè)計(jì)就是基于愛(ài)特梅爾公司的EVK1100開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)的室內(nèi)環(huán)境“安全衛(wèi)士”，該設(shè)計(jì)用于檢測(cè)居室內(nèi)常見(jiàn)有害氣體濃度含量，并在有害氣體含量超標(biāo)時(shí)報(bào)警，以便使人們及時(shí)采取措施，防止危害擴(kuò)大，為室內(nèi)環(huán)境保駕護(hù)航。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

隨著人們生活水平的提高，全裝修住宅的日益擴(kuò)展，其室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量控制越來(lái)越引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，同時(shí)人們也需要安全、舒適的家居。室內(nèi)空氣品質(zhì)與居住者的身心健康狀態(tài)和工作效率等均直接相關(guān)。CCTV《今日說(shuō)法》曾報(bào)道過(guò)由于室內(nèi)污染而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)引起重視，最終導(dǎo)致白血病的惡性事件。室內(nèi)污染的空氣能增加造成人們長(zhǎng)期和短期的健康問(wèn)題的機(jī)會(huì)。而家庭居室是大多數(shù)人除了工作場(chǎng)所以外經(jīng)常生活的地方，由此對(duì)室內(nèi)環(huán)境的安全性檢測(cè)變得尤為重要，市場(chǎng)上現(xiàn)有對(duì)室內(nèi)環(huán)境的檢測(cè)儀器，存在有體積大、價(jià)格貴、功能少、檢測(cè)氣體單一等問(wèn)題而未被廣泛應(yīng)用，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查顯示居民非常需要一種家用對(duì)室內(nèi)溫濕度和室內(nèi)甲醛的檢測(cè)的儀器。本文正是基于此種需要而設(shè)計(jì)的一種家用集室內(nèi)環(huán)境污染物（甲醛、CO、CO2）檢測(cè)、光照度、溫度和濕度檢測(cè)為一體的多參數(shù)便攜式檢測(cè)儀。

甲醛是一種無(wú)色、具有強(qiáng)烈氣味的刺激性氣體，是室內(nèi)空氣的代表性污染物之一。甲醛是原漿毒物，對(duì)人體健康有重要影響，研究表明甲醛能與蛋白質(zhì)結(jié)合，吸入高濃度甲醛后，會(huì)出現(xiàn)呼吸道的嚴(yán)重刺激和水腫、眼刺痛、頭痛，也可發(fā)生支氣管哮喘。皮膚直接接觸甲醛，可引起皮炎、色斑、壞死。經(jīng)常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出現(xiàn)粘膜充血、皮膚刺激癥、過(guò)敏性皮炎、指甲角化和脆弱、甲床指端疼痛，孕婦長(zhǎng)期吸入可能導(dǎo)致新生嬰兒畸形，甚至死亡，男子長(zhǎng)期吸入可導(dǎo)致男子精子畸形、死亡，性功能下降，嚴(yán)重的可導(dǎo)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(jīng)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(shù)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(shè)，都要使用粘合劑。凡是大量使用粘合劑的地方，總會(huì)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(lái)自化妝品。化妝品、清潔劑、殺蟲(chóng)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(chǎn)品。由此，對(duì)于居室內(nèi)甲醛含量的測(cè)定變得尤為重要。

CO2在正?？諝庵械暮考s為0.03％～0.04％。當(dāng)室內(nèi)空氣與室外空氣交換良好時(shí)，室內(nèi)空氣中CO2的濃度通常不會(huì)達(dá)到人的主觀感覺(jué)不適的狀態(tài)。但是，當(dāng)室內(nèi)CO2濃度大于1.5%時(shí)，會(huì)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(dòng)能力等。當(dāng)濃度大于3%時(shí)，會(huì)引起頭痛、眩暈和惡心，當(dāng)濃度大于6％～8％時(shí)，可導(dǎo)致昏迷和死亡。CO2作為居室中常見(jiàn)的污染物，當(dāng)濃度達(dá)0.07%時(shí)，少數(shù)敏感的人就會(huì)感覺(jué)到不良?xì)馕?，并產(chǎn)生不適感。CO2濃度的高低可以用來(lái)表示室內(nèi)空氣清潔程度，以及通風(fēng)換氣是否良好，居室內(nèi)?CO2濃度應(yīng)保持在0.07%以下，最高不應(yīng)超過(guò)0.1%。

室內(nèi)CO主要來(lái)源于吸煙、含碳燃料的不完全燃燒等。當(dāng)不存在室內(nèi)源時(shí)，室內(nèi)CO的含量與室外持平，維持在3~10ml/m3。由于CO不能透過(guò)皮膚，因此，它對(duì)人體健康的影響主要通過(guò)呼吸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。CO能與血紅蛋白結(jié)合形成羥基血紅蛋白(COHb)，但是CO與血紅蛋白的結(jié)合能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于O2的結(jié)合能力，是O2的200倍，當(dāng)O2與CO同時(shí)存在時(shí)，血紅蛋白優(yōu)先與CO結(jié)合，制約了O2在血液中的傳播。CO可對(duì)心臟、肺和神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生有害影響，當(dāng)COHb的濃度為10％時(shí)，主要引起心血管疾病，導(dǎo)致中樞神經(jīng)紊亂；當(dāng)濃度為2.5％時(shí)，可加重胸痛病人的癥狀。

本文的設(shè)計(jì)正是基于此種需要而設(shè)計(jì)的適用于居室內(nèi)常見(jiàn)有害氣體濃度測(cè)定的儀器，該儀器能夠指導(dǎo)人們對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的變化及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，從而保護(hù)人體健康。能同時(shí)檢測(cè)室內(nèi)空氣環(huán)境中常見(jiàn)污染氣體（甲醛、CO2、CO）及溫濕度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，且操作簡(jiǎn)便、設(shè)計(jì)合理。

二、需求分析

2.1 功能要求

甲醛是在室內(nèi)和室外都廣泛存在的一種空氣污染物，除此之外室內(nèi)空氣污染物主要還有CO和CO2等。甲醛是室內(nèi)最常見(jiàn)的和最具代表性的醛類(lèi)化合物，室內(nèi)甲醛濃度則取決于建筑材料的性能和和測(cè)試時(shí)的環(huán)境條件，通常范圍在0.02～0.50mg/m3或更高。用作室內(nèi)裝飾的膠合板、細(xì)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(dá)9.09mg/m3。基于此，本文所設(shè)計(jì)的檢測(cè)儀器要求能夠檢測(cè)室內(nèi)甲醛、一氧化碳、二氧化碳等室內(nèi)常見(jiàn)有害氣體濃度，同時(shí)要能夠?qū)εc人體健康密切相關(guān)的室內(nèi)環(huán)境溫濕度狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與顯示，并通過(guò)按鍵設(shè)定檢測(cè)氣體上限報(bào)警值和選擇待檢測(cè)氣體種類(lèi)，通過(guò)液晶顯示待測(cè)氣體濃度。當(dāng)所測(cè)氣體濃度超標(biāo)時(shí)及時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)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(chǎng)、高檔酒店等場(chǎng)所或其他一些對(duì)空氣質(zhì)量要求較高的場(chǎng)所常見(jiàn)有害氣體含量測(cè)定。隨著甲醛傳感器價(jià)格降低、家居全裝修增多，人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，這種多功能測(cè)試儀將會(huì)有更廣泛的應(yīng)用前景。

2.2 性能要求

儀器性能要求主要是根據(jù)實(shí)際情況（居室內(nèi)空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)值與溫濕度狀況）確定檢測(cè)性能指標(biāo)要求。居室空氣中甲醛的最高允許濃度為0.08 mg/m3，公共場(chǎng)所甲醛的最高允許濃度為0.10 mg/m3。

1、甲醛：測(cè)量范圍：0～10ppm 分辨率 ： ±0.05 ppm

2、CO2檢測(cè)：測(cè)量范圍：0~2，000ppm ，檢測(cè)精度：±30ppm

3、CO檢測(cè)，測(cè)量范圍：0～1000ppm，分辨率：±0.5ppm

4、溫度測(cè)量：測(cè)量范圍：-10 ~ 60℃，檢測(cè)精度：±1℃

5、濕度測(cè)量：測(cè)量范圍：0 ~ 95%RH，檢測(cè)精度：±5%RH

6、交流供電、聲光報(bào)警、LCD顯示被測(cè)氣體實(shí)際濃度值