基于单片机的甲醛监测系统设计开题报告.doc
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毕业设计（论文）开题报告
1文献综述
1．1本课题的意义
新房装修室内甲醛、装修异味等污染物已成为危害人类健康的“隐形杀手”，5大环境因素之一，室内甲醛、装修异味对自身健康造成危害，不仅影响工作学习，更会因污染引发白血病、肺癌等。
新装修的房间或购买的新家具有刺眼、刺鼻等刺激性异味，房子里一般甲醛都会超标，家装后的第一年、特别是前半年是甲醛、苯等有害气体的强释放期，甲醛的挥发时间长达3-15年[1]。
因建筑污染引起的年死亡人数已达11．1万人，每天大约304人[2]。
专家指出，甲醛对人体健康的影响非常大，它能够导致人患上几十种疾病。
世界卫生组织更是明确指出：
甲醛致癌。
近年的研究表明，甲醛能够导致人患上的癌症达到十余种。
甲醛是无色、具有强烈气味的刺激性气体，其35%~40%的水溶液通称福尔马林。
甲醛是原浆毒物，能与蛋白质结合，吸入高浓度甲醛后，会出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛，也可发生支气管哮喘。
皮肤直接接触甲醛，可引起皮炎、色斑、坏死。
经常吸入少量甲醛，能引起慢性中毒，出现粘膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎角化和脆弱、甲床指端疼痛，孕妇长期吸入可能导致新生婴儿畸形，甚至死亡，男子长期吸入可导致男子精子畸形、死亡，性功能下降，严重的可导致白血病，气胸，生殖能力缺失，全身症状有头痛、乏力、胃纳差、心悸、失眠、体重减轻以及植物神经紊乱等。
各种人造板材（刨花板、密度板、纤维板、胶合板等）中由于使用了脲醛树脂粘合剂，因而可含有甲醛。
新式家具的制作，墙面、地面的装饰铺设，都要使用粘合剂。
凡是大量使用粘合剂的地方，总会有甲醛释放。
此外，某些化纤地毯、油漆涂料也含有一定量的甲醛。
据了解，甲醛已经成为居室的头号杀手。
大多数资料表明甲醛引起人体机能异常的作用含量均0．12mg/m3以上[3]。
长期吸入过量的甲醛，会使人患上慢呼吸道疾病、过敏，鼻咽癌、尿毒症等癌症，造成不孕不育，以及孕妇的流产、胎儿畸形等。
甲醛对于新生儿和青少年的危害更是巨大，严重影响他们的健康成长。
依据我国室内空气的卫生标准，甲醛最高允许浓度为0．08mg／m3[4]。
然而，近几年国内众多用户装修和新买的家具甲醛严重超过此标准，而致死和致癌等案例。
甲醛是一种破坏生物细胞蛋白质的原生质毒物，会对人的皮肤、呼吸道及内脏造成损害，麻醉人的中枢神经，可引起肺水肿、肝昏迷、肾衰竭等。
目前甲醛污染问题主要集中于居室装饰材料和家具中的胶合板、纤维板、刨花板等人造板中含有大量以甲醛为主的脲醛树脂，各类油漆、涂料中都含有甲醛。
由此可见，甲醛污染问题已普及到生活中的每一个角落，严重威胁人体健康，应引起人们的高度关注。
甲醛含量已成为当今居室污染监测的一项重要安全指标。
因此研究一种市民可以在自己家中独立完成的，简便、灵敏、快速、直观、准确、经济的甲醛检测仪器会极大的改善人们的生存环境，提高人们的生活质量，让人们更分健康的活动。
1．2国内外发展现状
甲醛检测方法目前，国内外居室、纺织品、食品中甲醛检测方法主要有分光光度法、电化学检测法、气相色谱法、液相色谱法、传感器法等。
分光光度法是基于不同分子结构的物质对电磁辐射的选择性吸收而建立的一种定性、定量分析方法。
分光光度计方法的基本原理是在铵盐超过剂量的情况下，且在PH为5．5-7．0的条件下，甲醛和乙酰丙酮生成黄色的碳酸化合物[5]。
甲醛检测研究进展是居室、纺织品、食品中甲醛检测最常规的一种方法．目前涉及到的有乙酰丙酮法、酚试剂法、AHMT法、品红一亚硫酸、变色酸法、间苯三酚法、催化光度法等，每种检测方法所偏重的应用领域不同，并各有其优点和一定的局限性。
电化学传感器的检测方法，是将检测物质的浓度信息直接转变为电信号，因具有使用简便、体积小、检出限低等优点，得到了广泛的重视和应用[6]。
电化学分析法是基于化学反应中产生的电流（伏安法）、电量（库仑法）、电位（电位法）的变化，判断反应体系中分析物的浓度进行定量分析的方法，用于甲醛检测的有极谱法和电位法2种．
色谱具有强大的分离效能，不易受样品基质和试剂颜色的干扰。
气相色谱法是一种分离技术，利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离[7]。
对复杂样品的检测灵敏、准确，可直接用于居室、纺织品、食品中对甲醛的分析检测。
也可将样品中的甲醛进行衍生化处理后，再进行测定的，常用的衍生剂有2，4一二硝基苯肼（DNPH）、眯唑、乙硫醇、硫酸肼等。
隋雪燕等将样品中的甲醛与DNPH衍生化，生成2，4一二硝基苯腙，经甲苯或正己烷萃取，用毛细管或填充柱气相进行色谱分离，再用电子捕获检测器检测，根据保留时间和峰高进行定性和定量检测，检出限为0．0015mg/L，其中乙醇、丙酮、二氧化硫、氮氧化物等均不会产生干扰。
陈笑梅等驯将样品中甲醛与DNPH衍生化后，经萃取，用高效液相色谱进行分离，用紫外检测器检测，根据保留时间和峰面积进行定性和定量检测，检出限可达0．05mg/Lt驯。
居室、纺织品、食品中样品组分一般较复杂，干扰组分多，甲醛含量又低，常规检测方法中需耗费大量的时间精力进行分离、浓缩等预处理后再进行检测。
色谱法灵敏度高、定量准确、抗干扰性强，可直接用于居室、纺织品、食品中甲醛的检测．色谱法测定范围：
若以0．2L/min流量采样20L时，测定范围为0．02~1mg/m3。
检出下限：
0．01mg/m3。
但是色谱法对设备要求较高，衍生化时间长，萃取等步骤、操作过程烦琐，不适合于一般实验室和家庭的现场快速检测，难以满足市场需求。
用于检测甲醛的传感器有电化学传感器、光学传感器和光生化传感器等。
不同金属的二元氧化物与贵金属历掺杂极大的提高了传感器的灵繁度[8]。
电化学传感器驯结构比较简单，成本比较低，其中高质量的产品性能稳定，测量范围和分辨率基本能达到室内环境检测的要求。
还有一种半导体气体传感器是由掺锡氧化羟基（羟基）的功能化多壁碳纳米管（碳纳米管）制作的室内甲醛浓度的检测装置[9]。
但缺点是所受干扰物质多，且由于电解质与被测甲醛气体发生不可逆化学反应而被消耗，故其工作寿命一般比较短。
光学传感器价格比较贵30，且体积较大，不适用于在线实时分析，使其使用的广泛性受到限制。
虽然光生化传感器提高了选择性，但是由于酶的活性以及其它因素导致传感器不稳定，缺乏实用性，而且一般甲醛气体传感器的价格过高，难以普及。
单片机具有通用性强、体积小、价格低、稳定可靠等优点,在智能产品、测控系统等领域得到了广泛的应用[10]。
利用单片机实现室内甲醛测试系统，还可以根据具体的需要对系统进行适当的修改。
1马德林．浅述室内空气中甲醛的危害．黑龙江科技信息，2011（20）：
7
2郭圣志．室内环境专家研讨“WHO甲醛致癌公报”．建设科技2005（6）：
52
3汤波．室内空气中的甲醛检测及控制．环境科学与管理，2006（5）：
169~170
4袁鹰，刘明源．室内甲醛污染的检测分析．广州化工，2011（9）149~151
5袁国琴，沈红辉．甲醛检测研究进展．中国科技博览，2010（36）：
185
6邹莹，许婷，壮亚峰．传感技术用于甲醛测定的研究．环境科学与管理，2011（3）：
87~91
7NingHana,YajunTiana,XiaofengWua,YunfaChena,Improvinghumidityselectivityinformaldehydegassensingbyatwo-sensorarraymadeofGa-dopedZnO．China:
ChineseAcademyofSciences，2009
8JingWanga,LiLiu．Anenrichmentmethodtodetectlowconcentrationformaldehyde．China:
CollegeofElectronicScienceandEngineering，2008
9崔玉玲．基于单片机的室内甲醛测试系统．电子设计应用，2007（9）：
123~124
10李国光．浅谈空气苯含量气相色谱法检测．中国新技术新产品，2011（10）：
158
2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径
2．1系统总概述
本论文主要完成甲醛检测仪软件设计，设计内容包括：
A/D转换器程序、控制程序、超标报警、键盘检测、数据显示等。
本系统采用单片机为控制核心，以实现便携式甲醛检测仪的基本控制功能。
系统主要功能内容包括：
数据处理、时间设置、开始测量、超标报警、键盘检测、自动休眠：
仪器若不进行称量操作，5分钟后自动进入休眠模式，以降低电源消耗。
本系统设计采用功能模块化的设计思想，系统主要分为总体方案设计、硬件和软件的设计三大部分。
2．2硬件设计
硬件设计部分主要包括：
（MCU、A/D、时钟芯片、LCD、外围扩展数据RAM）等芯片的选择；硬件主电路设计、数据采集、模数转换电路设计、液晶显示电路设计、外围扩充存储器接口电路、时钟电路、复位电路、键盘接口电路等功能模块电路设计。
2．3软件设计
软件设计部分主要包括：
编写语言的选择、主程序/子程序流程的设计、功能模块程序的编写、软/硬件结合调试与演示。
主要包括一下功能模块：
52驱动、检测、液晶显示、时钟、键盘、模数软换。
2．4硬件结构框图2．1
AT89C52
LCD
传感器
信号调制
A
/
D
按键
时钟
外围扩充存储器
图2．1
2．5软件结构框图2．2
系统初始化
、
按键扫描
显示选择菜单
测量相关设置
数据处理
显示数据
串行通信
上位机软件对数据处理
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