2017.11设计与研发
便携式甲醛测试仪的设计
黄宝鹏
(广东省技师学院，广东惠州，516100)
摘要：便携式甲醛检测仪采用的是STC15W408S-S0P28-SKDIP28单片机，通过检测放大电路和放大倍数的调整经单片机A/D 转换、由单片机现场自动控制检测并显示甲醛浓度，通过0LED12864液晶显示屏显示，灵敏度髙，操作简便，测定速度快。
关键词：STC15W408S-S0P28-SKDIP28单片机；0LED12864液晶显示屏；A/D转换
Design of portable formaldehyde tester
Huang Baopeng
(Guangdong technician college,Huizhou Gaungdong,516100) Abstract: The portable formaldehyde detector is STC15W408S-S0P28-SKDIP28 microcontroller,through the
detection amplifying circuit and the adjustment of magnification by single-chip A/D conversion,detect
and control by the MCU on-site display of formaldehyde concentration by 0LED12864, LCD display,high nsitivity,simple operation,fast determination.
Keywords: STC15W408S-SOP28-SKDIP28 microcontrolle;0LED12864 LCD;A/D conversion
〇引言
甲醛，化学式HCHO或CH20，式量30. 03，又称蚁醛。无色气 体，有特殊的刺激气味，对人眼、鼻等有刺激作用。气体相对密度 1.067(空气=1)，液体密度 0.815g/cm3(-20°C)。熔点-92°C，沸 点-19. 5°C。易溶于水和乙醇。水溶液的浓度最髙可达55%，通常 是40%，称做甲醛水，俗称福尔马林(formalin)，是有刺激气味的 无色液体。
目前，市场上甲醛检测仪的种类是多种多样，其中较常见的是 采用试验纸光电光度法，即：当甲醛气体吹到浸有发色剂的试纸上 时，与浸有发色剂的TAB组合就会因发生化学反应而变色。甲醛同 试纸接触后含在纸里的试药就会同甲醛反应生成化合物，颜色就会 从白色变成黄色。变色的程度可反映出所受光的反射光量，反射光 量的强度变化率可以作为被测气体的甲醛含量的应答值。预先设 定检测线，便可通过测量其反应率来测出甲醛气体的浓度值。
而该方法在分析甲醛浓度时往往采用的是目视比色法，它的 缺点是：
(1)由于许多有色溶液不够稳定，不能久存，经常需要在测定 的同时配制溶液，比较费时费事。
(2 )目视比色的准确度低，一般相对误差为± 5〜20%。
具有民用价值的便携式甲醛检测仪的研制受到了人们的高 度重视。设计能够满足生活需要，携带方便的便携式甲醛检测仪 迫在眉睫。
本论文设计的便携式甲醛检测仪所涉及的甲醛传感器是电 化学传感器。它可以将甲醛气体的浓度转换为微弱的电流信号。这样就可以通过电流电压变换电路将微弱的电流信号转换为可 以测量的稳定的电压信号，增强了电信号的稳定性。
1设计思路和方案
因此本设计可选用基于电化学原理的甲醛传感器，其原理是空气中的甲醛在电极下发生氧化反应，产生的扩散电极电流与空 气中的甲醛浓度成正比，通过检测放大电路和放大倍数的调整经 单片机A/D转换、由单片机现场自动控制检测并显示甲醛浓度。由于甲醛含量超量的话，将对人体健康造成很大的影响。针对目前 的现状，本系统设计遵守体积小，质量轻，性价比髙的原则见图1。
便携式甲醛检测仪采用的是STC15W408S-SOP28-SKDIP28单 片机，如图2所示，通过按键设定报警数值，而且系统断电后信息 不会丢失。甲醛传感器把信息传送给单片机，单片机进行解码后，通过0LED12864液晶显示屏显示。
送别歌图1
甲醛传感器实物图
设计与研发2017.11
2甲醒传感器模块硬件与软件设计
2.1甲酵传感器、OLED显示硬件设计
甲醛传感器由甲醛探头和CH20传感器组成。当空气被内部
的采样系统吸收后，产生一个与甲醛浓度成正比的电压信号，该
电压信号直接进入单片机A D转换电路，在显示器上显示出甲醛
的浓度值，当超过设定的国家规定值时产生报警。我的表哥
章运水P1
1 2 3 4
~GAS^VCC
^1丨■, -------|1GND
甲醛传感器
图3甲酸传感器设计图
有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)又称为有机电激光显示、有机发光半导体(Organic Electroluminence Display,0ED)〇与液晶显示(Liquid Crystal Display,LCD)是不同类型的发光原理。O L E D由美 籍华裔教授邓青云(Ching W.Tang)1983年在实验室中发现，由此展开了对O L E D的研究。OLED显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点。0LED12864见图4是128X64行点阵的OLED单色、字符、图形显示模块。模块内藏64 X64的显示数据RAM，其中的每位数 据都对应于OLED屏上一个点的亮、暗状态；其接口电路和操作 指令简单，具有8位并行数据接口，读写时序适配6800系列时序，可直接与8位微处理器相连；与Intel 8080时序的M C U连接 时需要进行时序转换。
0LED12864的引脚功能
GND=电源地
VCC=电源正(2.8V-5. 5V)
D0=时钟线
Dl=数据线
RES=复位线
DC=数据/命令
CS=片选
如日中天的意思»-(T1----|V B A T
>H2-------
V B A T
J2
C h a r g V B A T
3.7V|-
V B A T卜
P O W E R
ycc
||.G N D
■|3.7V
O L E D12864女娲和伏羲
图4 0L E D12864
222.2软件设计
主控芯片采用STC15W408S-S0P28-SKDIP28单片机，该单片 机内部自带8位A D转换功能，传感器采集到的输出信号从P1.2 脚输出到单片机进行A D转换。将转换后的结果送入RF2401发射 出去。传感器接线图见图4。
本论文核心程序是A D C转换，其余程序是普通的应用程序，相关资料都可以直接应用，A D C程序如下：
R T;
/*-------
初始化ADC
void InitADCO
{
P1ASF = 0x80 ；
ADC_RES = 0;
ADC_C0NTR = ADC_P0WER
Delay (2);
}
/*-----------------
A D C转换
■*/
/
/设置转换通道为H.2
qq游戏mac
//清除转换变量
ADC_SPEEDLL;//设置ADC转换功能
//延时
.*/
unsigned char GetADCResult(unsigned char ch)
{
ADC_C0NTR = ADC_P0WER |ADC_SPEEDLL |ch |ADC_STA
//开启A D C转换_nop_ (); //延时
_nop_ 〇;
_nop_();
_nop_();
while (!(ADC_C0N T R&ADC_FLAG)); //等待转换结束 ADC_C0NTR 〜ADC_FLAG;//关闭 ADC
return (ADC_RES+ADC_RES1) ;//返回 ADC 转换结果3性能分析
通过反复不断地对不同的场地和不同的环境进行测试，如胶 合板、高密度板、油漆较多的地方。尤其是甲醛传感器能够有效的 检测到甲醛的浓度的含量，实际测试的结果来看效果非常好。并 通过显示屏显示出来，灵敏度高，操作简便，测定速度快。
4结语
甲醛检测仪实现了现场对室内空气中甲醛快速实现半定量、特点结构简洁、体积小、便于携带使用和直观的。可广泛适合于居 室、室内、居住区、公共场所、生活场所和厂矿车间空气中甲醛的 现场定量定性检测。携带式室内空气甲醛现场检测仪是参据国家 标准GB/T 18204. 2-2014《公共场所卫生检验方法第2部分：化 学污染物》原理设计而成。
参考文献
[1]李维提，郭强.《液晶显示应用技术》北京：电子工业出版社，
2000 (下转第43
页)
2017.11
理论与算法
大家一起唱|K 3-£//…3|/yS |C /…3|>保护判据应用较多，其灵敏度高，能 全面利用发电机单相接地故障时和的变化特征，但在实 际整定和现场调试时都比较困难，此保护动作于信号。
2.3麵式定賴地锻户
双频式定子接地保护由基波零序电压和三次谐波电压定子接 地保护构成，前者保护定子绕组靠机端85 %〜90% ；后者保护发 电机中性点向机内15%~20%左右。二者结合的双频式定子接地保 护，可以实现100%的定子接地保护，且有部分重合区。目前国内 外大多数大型发电厂至少有一套保护采用了该保护原理的装置。
2.4外加注入电源式定子接地锻户
图2
外加低频电源式定子接地保护是在发电机定子绕组系统中 注入幅值约为发电机额定电压1%~3%的低
频电源。发电机接地 故障后，绝缘破坏，发电机定子绕组对地阻抗发生变化，此时电压 信号会通过接地电阻产生电流，通过计算回路的过渡电阻值，判 定保护是否动作，另外亦可将此接地电流作为电阻判据的后备保 护，保护范围约80%~90%。
该保护对信号源的要求很高，且需要增加附加设备，现场调 试复杂。但其灵敏度与运行状况和接地位置无关，同时还可以反 映发电机定子绕组绝缘下降，实时监视绝缘老化，具有广阔的应 用前景。
接地电阻判据一般设两段，高定值段和低定值段。根据工程 经验，一般接地电阻一次值可整定为l ~5k Q 。高定值段延时一般
l ~5s ，告警；低定值段一般取0. 3~1. O s ，跳闸停机。
为避免机组不必要的停机，跳闸段可增加接地电流闭锁判 据，仅当接地电流超过安全电流时才允许发电机跳闸。
电流后备保护，可按以下公式进行定值的确定。
a —般取10%~20% ;
为机端接地时负载电阻两端电
压；是电流互感器变比。
2.5零序电流定子接地保护
直接并网的中小型发电机接地时，电容电流超过安全允许 值，利用该特点可构成零序电流型定子接地保护。当实时零序电 流大于保护装置整定电流值时，保护快速跳闸，否则只发告警信 号。该保护实现简单，但发电机中性点附近无灵敏度。
电流定值应躲过最大不平衡电流，且小于发电机允许的安全 电流。延时可取l ~2s ，以保证能够躲过外部接地故障时，暂态电 容电流的影响。
2.6定雅地腦户
定子接地行波保护对于多台发电机共用一条母线的接线方 式，可实现选择性动作。利用接地瞬间故障点电压突变，将在电路 中产生暂态波，波电流不能通过升压变，只通过同一母线上的发 电机，因此流过发电机电流互感器的电流方向不同，利用此特点 可判定哪台发电机发生接地故障，实现保护选择性动作。但是，由 于行波测量和判断困难，且理论分析欠缺，国内应用较少。
3应用实例
近年来很多大型发电机都配置了双套不同原理的定子接 地保护，一套采用双频式或基波零序电压原理，一套采用注入式 100%定子接地保护。还有一些大型企业内直接连在母线上的发
电机，利用零序电流实现定子接地保护。
4结束语
本文针对不同原理的定子接地保护进行了详细的分析以及 整定计算，各电厂可根据保护原理、厂内接线，结合经济性和安装 维护的特点选择相应的定子接地保护装置。
参考文献
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析[J ].黑龙江：大电机技术,2007.
(上接第22页）
[2] 北京精电蓬远显示技术有限公司.内藏KS 0108B /HD 61202
控制器图形液晶显模块使用手册.
[3] 赵茂泰.《智能仪器原理及应用》北京：电子工业出版社,
2001.
[4]赵新民.《智能仪器原理及设计》哈尔滨工业大学出版社,
1995.
作者介绍
黄宝鹏，男，广东省技师学院二级实习指导教师，研究方向：自动
化，无线通信技术。
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