一種便攜式甲醛與pm2.5檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電子測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式甲醛與PM2.5檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]甲醛是一種無色、有強(qiáng)烈刺激性氣味的劇毒氣體，世界衛(wèi)生組織已把它確立為致癌和致畸化學(xué)品。隨著物質(zhì)生活水平的提高，越來越多的人開始關(guān)注自己居住環(huán)境的甲醛含量。PM2.5是指環(huán)境空氣直徑小于等于2.5微米的顆粒物，PM2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)，且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響大。
[0003]目前，對(duì)于甲醛的檢測(cè)主要有電化學(xué)檢測(cè)法、分光度法、氣相色譜法和液相色譜法等，對(duì)于PM2.5的檢測(cè)主要有光散射法、震蕩天平法以及稱重法。市面上的甲醛檢測(cè)儀和PM2.5檢測(cè)儀大都是獨(dú)立個(gè)體，檢測(cè)功能單一，靈敏度較低、智能化程度不高。而少數(shù)廠家推出的具有多種氣體檢測(cè)功能的產(chǎn)品，相對(duì)價(jià)格昂貴、體積較大，不便于攜帶，不適于普通家庭和辦公室等場(chǎng)所的持有和使用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)裝置存在的缺陷，旨在提供一種便攜式甲醛與PM2.5檢測(cè)裝置，該裝置具有良好的靈敏度和響應(yīng)速度，且適于普通家庭和辦公室場(chǎng)所持有和使用。
[0005]本實(shí)用新型具體通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種便攜式甲醛與PM2.5檢測(cè)裝置，包括甲醛檢測(cè)模塊、PM2.5檢測(cè)模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、微處理器模塊、無線收發(fā)模塊、液晶顯示模塊和按鍵輸入模塊，所述的微處理器模塊設(shè)有ADC、PWM, SP1、I2C,串口和數(shù)字I/O接口，其中甲醛檢測(cè)模塊連接到ADC接口，PM2.5檢測(cè)模塊連接到PWM接口，溫濕度檢測(cè)模塊連接到I2C接口，無線收發(fā)模塊連接到SPI接口，液晶顯示模塊和按鍵輸入模塊連接到數(shù)字I/O接口。
[0007]所述的甲醛檢測(cè)模塊包括電化學(xué)式甲醛傳感器、信號(hào)放大電路、溫度補(bǔ)償電路；甲醛傳感器內(nèi)含一個(gè)兩電極燃料電池傳感器，其輸出的電流值與空氣中從零到高濃度的甲醛濃度呈線性關(guān)系；信號(hào)放大電路使用一個(gè)雙電源供電的低功率、低噪聲運(yùn)算放大器，接成電流轉(zhuǎn)電壓的放大電路形式；溫度補(bǔ)償電路通過在運(yùn)算放大器反饋回路中加入一個(gè)熱敏電阻來實(shí)現(xiàn)。
[0008]所述的PM2.5檢測(cè)模塊包括灰塵傳感器、光耦隔離電路，灰塵傳感器采用PWM脈寬輸出方式，內(nèi)設(shè)氣流發(fā)生器，可以自行吸引外部大氣，檢測(cè)PM2.5濃度；光耦隔離電路用于調(diào)制PWM信號(hào)，并對(duì)微處理器模塊進(jìn)行保護(hù)隔離。
[0009]所述的溫濕度檢測(cè)模塊采用含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，將傳感元件和信號(hào)處理電路集成在一塊微型電路板上，包含一個(gè)阻式感濕元件和一個(gè)測(cè)溫元件，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)，可與微處理器模塊的數(shù)字I/o引腳直接相連。
[0010]所述的微處理器模塊采用32位微處理器STM32F103RCT6作為主控芯片，其最高主頻為72MHz，48K字節(jié)的RAM，256K字節(jié)的FLASH。
[0011]所述的無線收發(fā)模塊包括天線和無線收發(fā)器，無線收發(fā)器通過一個(gè)SPI接口就可與微處理器模塊連接，輸出功率和通信頻道可由微處理器模塊的主控芯片進(jìn)行配置。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果為:該便攜式甲醛與PM2.5檢測(cè)裝置利用無線收發(fā)模塊或微處理器模塊的串口，上位機(jī)設(shè)備借助通信數(shù)據(jù)管理軟件，可隨時(shí)查閱歷史數(shù)據(jù)，觀察數(shù)據(jù)曲線，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，具有良好的靈敏度和響應(yīng)速度，可用于家庭、辦公室等場(chǎng)所。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本實(shí)用新型裝置的甲醛檢測(cè)模塊電路圖；
[0015]圖3是本實(shí)用新型裝置的PM2.5檢測(cè)模塊電路圖；
[0016]圖4是本實(shí)用新型裝置的溫濕度檢測(cè)模塊電路圖；
[0017]圖5是本實(shí)用新型裝置的微處理器模塊電路圖；
[0018]圖6是本實(shí)用新型裝置的無線收發(fā)模塊電路圖；
[0019]圖7是本實(shí)用新型裝置的按鍵輸入模塊電路圖；
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本【實(shí)用新型內(nèi)容】做進(jìn)一步的解釋說明。
[0021]如圖1?圖7所示，一種便攜式甲醛與PM2.5檢測(cè)裝置，包括甲醛檢測(cè)模塊、PM2.5檢測(cè)模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、微處理器模塊、無線收發(fā)模塊、液晶顯示模塊、按鍵輸入模塊，微處理器模塊上的主控芯片有PA、PB、PC三組端口，各有16個(gè)引腳，可設(shè)置為ADC、PWM、SP1、I2C,串口、數(shù)字I/O等多種接口模式，其中甲醛檢測(cè)模塊連接到ADC接口，PM2.5檢測(cè)模塊連接到PWM接口，溫濕度檢測(cè)模塊連接到I2C接口，無線收發(fā)模塊連接到SPI接口，液晶顯示模塊和按鍵輸入模塊連接到數(shù)字I/O接口。
[0022]甲醛檢測(cè)模塊i包括電化學(xué)式甲醛傳感器、信號(hào)放大電路、溫度補(bǔ)償電路。甲醛傳感器實(shí)現(xiàn)甲醛信號(hào)的采集，內(nèi)含一個(gè)兩電極燃料電池傳感器，通過其內(nèi)部貴金屬電極與甲醛產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，將甲醛濃度轉(zhuǎn)換為微弱模擬電流信號(hào)，輸出的電流值與空氣中從零到高濃度的甲醛濃度呈線性關(guān)系。信號(hào)放大電路接成電流轉(zhuǎn)電壓的放大電路形式，使用一個(gè)雙電源供電的低功率、低噪聲運(yùn)算放大器，用于對(duì)甲醛傳感器輸出的微弱模擬電流信號(hào)進(jìn)行放大。溫度補(bǔ)償電路通過在運(yùn)算放大器反饋回路中加入一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻來實(shí)現(xiàn)，該熱敏電阻可以通過與其他的電阻的串并聯(lián)進(jìn)行修正。在微處理器模塊4的軟件控制下，熱敏電阻的補(bǔ)償會(huì)更加精確，經(jīng)過溫度補(bǔ)償，甲醛傳感器的線性度可達(dá)5ppm。信號(hào)放大電路采用負(fù)反饋放大結(jié)構(gòu)，對(duì)輸入的甲醛濃度信號(hào)進(jìn)行等比線性放大和降噪處理，然后送入微處理器模塊4的ADC接口進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過I個(gè)12位的us級(jí)ADC將放大后的甲醛濃度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由微處理器模塊4的主控芯片對(duì)其進(jìn)行數(shù)字濾波和數(shù)制轉(zhuǎn)換，得到的測(cè)量數(shù)據(jù)通過I/O接口送入液晶顯示模塊6的液晶驅(qū)動(dòng)電路，液晶驅(qū)動(dòng)電路為專用液晶顯示屏進(jìn)行電路驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)和控制界面的顯示。
[0023]PM2.5檢測(cè)模塊2包括灰塵傳感器、光耦隔離電路?；覊m傳感器選用DSM501A，基于光散射原理，采用粒子計(jì)數(shù)的方法，檢測(cè)空氣中的灰塵濃度，輸出5V的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)。光耦隔離電路對(duì)PWM脈寬調(diào)制信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換、光電隔離以及功率驅(qū)動(dòng)，將信號(hào)傳入微處理器模塊4的數(shù)字I/O接口，由主控芯片完成PWM脈寬調(diào)制信號(hào)的低脈沖率計(jì)算來獲得PM2.5濃度。
[0024]溫濕度檢測(cè)模塊3采用一個(gè)含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器SHT11。該傳感器采用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，具有極高的可靠性與穩(wěn)定性。將傳感元件和信號(hào)處理電路集成在一塊微型電路板上，包含一個(gè)阻式感濕元件和一個(gè)測(cè)溫元件。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。采用單線制串行接口，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)，可與微處理器模塊4的數(shù)字I/O接口直接相連。
[0025]微處理器模塊4采用32位單片處理器STM32F103RCT6作為主控芯片，其最高主頻為72MHz，48K字節(jié)的RAM，256K字節(jié)的FLASH，在性能上大大縮短了中斷響應(yīng)的時(shí)間，同時(shí)處理器功耗很低。該芯片集成了 CAN、I2C, SPI, UART等常用通信接口，具有靈活的連通性。
[0026]無線收發(fā)模塊5包括天線和無線收發(fā)器，采用NRF24L01作為無線收發(fā)器，通過一個(gè)SPI接口就可與微處理器模塊4連接。NRF24L01可工作于2.4GHz?2.5GHz頻段，內(nèi)置頻率發(fā)生器、模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器，輸出功率和通信頻道可由微處理器模塊4的主控芯片進(jìn)行配置。利用無線收發(fā)模塊5或微處理器模塊4的串口，上位機(jī)設(shè)備借助通信數(shù)據(jù)管理軟件，可隨時(shí)查閱歷史數(shù)據(jù)，觀察數(shù)據(jù)曲線，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，具有良好的靈敏度和響應(yīng)速度，可用于家庭、辦公室等場(chǎng)所。
[0027]液晶顯示模塊6采用點(diǎn)陣字符型液晶顯示元件IXD1602，其中包括液晶驅(qū)動(dòng)電路和液晶顯示屏，采用8位數(shù)據(jù)傳輸方式，通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的16針雙排插口連接到微處理器模塊4的數(shù)字I/O接口。
[0028]按鍵輸入模塊7采用4X4薄膜鍵盤，通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的8針單排插口連接到微處理器模塊4的數(shù)字I/O接口。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種便攜式甲醛與PM2.5檢測(cè)裝置，包括甲醛檢測(cè)模塊、PM2.5檢測(cè)模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、微處理器模塊、無線收發(fā)模塊、液晶顯示模塊、按鍵輸入模塊，其特征在于:所述的微處理器模塊設(shè)有ADC、PWM, SP1、I2C,串口和數(shù)字I/O接口，其中甲醛檢測(cè)模塊連接到ADC接口，PM2.5檢測(cè)模塊連接到PWM接口，溫濕度檢測(cè)模塊連接到I2C接口，無線收發(fā)模塊連接到SPI接口，液晶顯示模塊和按鍵輸入模塊連接到數(shù)字I/O接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的甲醛檢測(cè)模塊包括電化學(xué)式甲醛氣體傳感器、信號(hào)放大電路、溫度補(bǔ)償電路； 所述的甲醛氣體傳感器含兩電極燃料電池傳感器，其輸出的電流值與空氣中從零到高濃度的甲醛濃度呈線性關(guān)系； 所述的信號(hào)放大電路采用運(yùn)算放大器接成電流轉(zhuǎn)電壓的放大電路形式； 所述的溫度補(bǔ)償電路通過在運(yùn)算放大器反饋回路中加入一個(gè)熱敏電阻來實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的PM2.5檢測(cè)模塊包括灰塵傳感器、光耦隔離電路，所述的灰塵傳感器采用PWM脈寬輸出方式，所述的光耦隔離電路用于調(diào)制PWM信號(hào)，并對(duì)微處理器模塊進(jìn)行保護(hù)隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的溫濕度檢測(cè)模塊采用溫濕度復(fù)合傳感器，通過將傳感元件和信號(hào)處理電路集成在一塊電路板上，包含一個(gè)阻式感濕元件和一個(gè)測(cè)溫元件，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的微處理器模塊采用32位單片處理器STM32F103RCT6作為主控芯片，其最高主頻為72MHz，48K字節(jié)的RAM，256K字節(jié)的FLASH。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的無線收發(fā)模塊包括天線和無線收發(fā)器，無線收發(fā)器通過SPI接口與微處理器模塊連接。
【專利摘要】一種便攜式甲醛與PM2.5檢測(cè)裝置，包括甲醛檢測(cè)模塊、PM2.5檢測(cè)模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、微處理器模塊、無線收發(fā)模塊、液晶顯示模塊和按鍵輸入模塊。按鍵輸入模塊設(shè)置檢測(cè)條件，甲醛檢測(cè)模塊、PM2.5檢測(cè)模塊和溫濕度檢測(cè)模塊分別測(cè)量PM2.5濃度、甲醛濃度和溫濕度信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)變換后送至微處理器模塊，經(jīng)過信號(hào)處理，在液晶顯示模塊中顯示甲醛濃度、PM2.5濃度、溫濕度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息。無線收發(fā)模塊利用無線方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問，完成當(dāng)前檢測(cè)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及歷史信息檢索。該便攜式甲醛與PM2.5檢測(cè)儀采用電化學(xué)式甲醛傳感器和光學(xué)灰塵傳感器，具有良好的靈敏度和響應(yīng)速度，可用于家庭、辦公室等場(chǎng)所。
【IPC分類】G01N27-00
【公開號(hào)】CN204330655
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420842880
【發(fā)明人】王冬, 周岳斌, 楊凱, 王中任
【申請(qǐng)人】湖北文理學(xué)院
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日