一、項(xiàng)目概述

1.1 引言

愛特梅爾公司是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造商，專門提供微控制器及補(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。愛特梅爾公司專注于消費(fèi)電子、工業(yè)、汽車、安全、通信和計(jì)算市場。通過提供工具與支持，愛特梅爾幫助不同領(lǐng)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(chǎn)品，穩(wěn)占市場領(lǐng)導(dǎo)地位。EVK1100是ATMEL開發(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，并且可充分開發(fā)AVR32設(shè)備的全部潛能。本設(shè)計(jì)就是基于愛特梅爾公司的EVK1100開發(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)用于檢測居室內(nèi)常見有害氣體濃度含量，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《今日說法》曾報(bào)道過由于室內(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期和短期的健康問題的機(jī)會(huì)。而家庭居室是大多數(shù)人除了工作場所以外經(jīng)常生活的地方，由此對(duì)室內(nèi)環(huán)境的安全性檢測變得尤為重要，市場上現(xiàn)有對(duì)室內(nèi)環(huán)境的檢測儀器，存在有體積大、價(jià)格貴、功能少、檢測氣體單一等問題而未被廣泛應(yīng)用，根據(jù)市場調(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、光照度、溫度和濕度檢測為一體的多參數(shù)便攜式檢測儀。

甲醛是一種無色、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(dǎo)致新生嬰兒畸形，甚至死亡，男子長期吸入可導(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(chǎn)品。由此，對(duì)于居室內(nèi)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(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)感覺到不良?xì)馕?，并產(chǎn)生不適感。CO2濃度的高低可以用來表示室內(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0.1%。

室內(nèi)CO主要來源于吸煙、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不能透過皮膚，因此，它對(duì)人體健康的影響主要通過呼吸系統(tǒng)來實(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)常見有害氣體濃度測定的儀器，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)檢測室內(nèi)空氣環(huán)境中常見污染氣體（甲醛、CO2、CO）及溫濕度的現(xiàn)場檢測，且操作簡便、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)最常見的和最具代表性的醛類化合物，室內(nèi)甲醛濃度則取決于建筑材料的性能和和測試時(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?；诖耍疚乃O(shè)計(jì)的檢測儀器要求能夠檢測室內(nèi)甲醛、一氧化碳、二氧化碳等室內(nèi)常見有害氣體濃度，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)檢測與顯示，并通過按鍵設(shè)定檢測氣體上限報(bào)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(dāng)所測氣體濃度超標(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、高檔酒店等場所或其他一些對(duì)空氣質(zhì)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(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(bào)警、LCD顯示被測氣體實(shí)際濃度值

三、方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

該儀器電路由單片機(jī)及外圍電路和信號(hào)采集電路組成。儀器硬件電路如圖所示。其中AVR MCU單片機(jī)是檢測儀的核心， 它控制傳感器信號(hào)的采集、信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理以及濃度顯示、超標(biāo)報(bào)警、檢測氣體參數(shù)的調(diào)整等整個(gè)過程。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)， 可以根據(jù)所測氣體與氣敏元件反應(yīng)后所得到的電壓值的關(guān)系來編程，當(dāng)對(duì)氣體進(jìn)行測試時(shí)， 通過測得的電壓值就可以得出所測氣體的濃度。

工作原理：由傳感器檢測待測氣體，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號(hào)，由于傳感器采集的電壓信號(hào)是模擬信號(hào)必須轉(zhuǎn)換為便于處理數(shù)字信號(hào)，才能進(jìn)行進(jìn)一步分析、處理，所以將該變化的電壓信號(hào)輸入A/D轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換之后， 再將得到的數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)， 由單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理并送入LCD顯示相應(yīng)的濃度值， 同時(shí)可以通過按鍵設(shè)定報(bào)警濃度上限。這樣，可以在所測氣體濃度超過設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。

圖 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.1.1 甲醛檢測模塊

甲醛檢測模塊采用基于電化學(xué)原理的甲醛傳感器CH20/S-10，其原理為室內(nèi)空氣中的甲醛氣體被采樣后，在電極作用下發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的擴(kuò)散電極電流與空氣中的甲醛濃度成正比，將檢測到的電流值通過放大電路放大并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值，后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送單片機(jī)，由單片機(jī)現(xiàn)場實(shí)時(shí)控制檢測并顯示室內(nèi)甲醛濃度值，當(dāng)其濃度值小于國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值（通過按鍵可修改）時(shí)綠燈亮，當(dāng)超過規(guī)定值時(shí)紅燈亮，同時(shí)進(jìn)行蜂鳴報(bào)警，開始提醒人們及時(shí)采取有效措施，從而對(duì)人們的居住生活環(huán)境起到了監(jiān)控保護(hù)作用。

3.1.2 溫濕度傳感器

考慮到室內(nèi)環(huán)境溫濕度對(duì)人體健康有重要影響，因此在電路中增加了溫濕度檢測模塊，該模塊主要檢測室內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度。溫濕度傳感器采用LTM-8901，該傳感器是全新的數(shù)字化溫濕度傳感器，適合室內(nèi)環(huán)境的溫濕度測量范圍，無需A/D轉(zhuǎn)換，可直接和單片機(jī)連接，使系統(tǒng)故障率低，便于維護(hù)。濕度測量時(shí)是傳統(tǒng)濕敏元件與濕度變送器的融合體。本身具有很強(qiáng)的抗靜電、抗干擾、抗反接等保護(hù)能力，而且具有很強(qiáng)的結(jié)露恢復(fù)能力，并對(duì)腐蝕氣體有一定的低御能力。LTM-8901內(nèi)置濾波、保護(hù)電路、極低的功耗，溫度補(bǔ)償已在生產(chǎn)檢驗(yàn)時(shí)校準(zhǔn)完成。這種智能化修正方式，實(shí)現(xiàn)溫濕度全量程的精確測量。如系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖所示，數(shù)字傳感器LTM8901通過光耦器件4N35和驅(qū)動(dòng)電路接單片機(jī)的并行I/0端，實(shí)現(xiàn)輸入輸出隔離，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，光耦器件4N35對(duì)于LTM8901其速度基本上滿足要求。

3.1.3 CO和CO2檢測模塊

首先CO2的檢測使用二氧化碳傳感器TGS4161，該傳感器是一個(gè)新型的固體二氧化碳傳感器，它具有小型化和低功耗等特性，二氧化碳濃度為350~10000ppm時(shí)，均可用TGS4161進(jìn)行檢測，從而使其適合室內(nèi)空氣的控制設(shè)備。二氧化碳的敏感原件由兩個(gè)固體電解質(zhì)組成，結(jié)合一個(gè)印制在基板上的RuO2加熱器。通過檢測兩個(gè)電極之間電動(dòng)勢(shì)的變化來測試二氧化碳?xì)怏w的濃度。傳感器電容的頂部含有沸石目的是防止其它氣體的干擾。

其次，對(duì)于CO的檢測，采用的是7E/F三電極電化學(xué)傳感器，該型傳感器輸出線性范圍寬，線性穩(wěn)定，額定輸出為0.1uA/ppm， 最小分辨率為0.5ppm，測量的最小范圍和最大范圍分別為0～20ppm和0～1000ppm。

CO的測量范圍是：0～150mg/m3

CO的最大測量范圍轉(zhuǎn)換為ppm是：Ymax=150/1.25=120（ppm）

轉(zhuǎn)換為傳感器輸出的最大電流為：Imax=0.1×120=12（uA）

輸出的電流分辨率為：Ii=0.1×0.5=0.05（uA）

由此可得出其檢測精度為：ε= 0.5ppm/120ppm×100%=0.42%

3.1.4 室內(nèi)光照度檢測

此模塊為新增加模塊，一方面考慮到室內(nèi)光照對(duì)人體健康的影響，設(shè)計(jì)了光照度檢測模塊；另一方面在智能化家庭居室中該模塊可以和室內(nèi)智能照明系統(tǒng)連接，當(dāng)室內(nèi)光照度降到某一極限值時(shí)自動(dòng)開啟照明系統(tǒng)，而當(dāng)光線較強(qiáng)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉室內(nèi)照明系統(tǒng)，更環(huán)保、更節(jié)能。同時(shí)愛特梅爾（Atmel）公司提供的開發(fā)平臺(tái)EVK1100是一個(gè)基于AVR32 AT32UC3A單片機(jī)控制器的評(píng)估套件和開發(fā)系統(tǒng)。EVK1100本身配備一系列豐富的外設(shè)、內(nèi)存，其中開發(fā)板上及配有光照、溫度等傳感器，本模塊的設(shè)計(jì)即采用該開發(fā)板上配有的光照傳感器。開發(fā)板上該部分采用光敏二極管實(shí)現(xiàn)，光敏二極管較硅光電池有許多優(yōu)點(diǎn)，有很高的帶寬，價(jià)格便宜，特別是光電流與光照度之間呈較好的線性關(guān)系，因此它在光耦合隔離器、光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸裝置和測試技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。除此之外，也能使EVK1100開發(fā)板上已有資源得到充分利用！

3.1.5 電源模塊

由于該設(shè)計(jì)中所用芯片驅(qū)動(dòng)電壓大小不同，所以設(shè)計(jì)了電源模塊，完成各部分所需電壓的轉(zhuǎn)換，保證芯片的正常工作。系統(tǒng)各個(gè)模塊需要使用5V、3.3V、1.8V等，特別是主芯片AT32UC3A所需要的電壓。因此該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用一個(gè)電源轉(zhuǎn)換模塊將電源板輸出的穩(wěn)定12V電源轉(zhuǎn)換為所需要的電壓。其中采用MAXl659將+12V轉(zhuǎn)換為+5V和+5V_P，并通過程序控制該芯片的工作．從而控制了后續(xù)所需的+5V_P電壓的任何電路；用MAXl658芯片將+5V轉(zhuǎn)換為+3.3V_P，并控制該芯片的工作，控制后面需要+3.3V_P電壓的任何電路；采用MIC-5207芯片將+5V轉(zhuǎn)換為+3.3、+1.8V，供后面電路提供電源。每一個(gè)轉(zhuǎn)換后的電壓都用了一個(gè)發(fā)光二極管的亮滅來檢查這些芯片是否正常工作，亮表示工作正常，反之則表示此轉(zhuǎn)換器有問題（損壞）。

3.1.6 鍵盤控制單元

系統(tǒng)的鍵盤控制單元有5個(gè)按鍵組成，分別為：系統(tǒng)設(shè)置鍵、選擇確定鍵、氣體種類設(shè)置鍵、氣體濃度上限加10鍵、氣體濃度上限減10鍵，這幾個(gè)按鍵用于選擇待檢測氣體和設(shè)置目標(biāo)氣體的報(bào)警上限值。其中“系統(tǒng)設(shè)置鍵”用于告訴系統(tǒng)進(jìn)入中斷，設(shè)置氣體濃度超限值；“氣體種類設(shè)置鍵”用于選擇設(shè)置上下限氣體的種類；“氣體濃度上限加10鍵”用于設(shè)定目標(biāo)氣體的上限濃度加10ppm；“氣體濃度上限減10鍵”用于設(shè)定目標(biāo)氣體的濃度上限減10ppm；“確定鍵”用于確定系統(tǒng)設(shè)置完成。

3.1.7 聲光報(bào)警單元

聲光報(bào)警單元由蜂鳴器與發(fā)光二極管組成。當(dāng)所測量氣體濃度達(dá)到報(bào)警上限時(shí)，相應(yīng)的紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出急促不連續(xù)響聲，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，提醒用戶及時(shí)采取相應(yīng)措施。

3.1.8 LCD液晶顯示模塊

EVK1100開發(fā)板上配有4×20的字符型液晶顯示模塊DIP204-4e （PWM可調(diào)節(jié)背光） 。主要有LCD顯示器、控制器、驅(qū)動(dòng)器等電路組成。液晶模塊主要用于顯示待測氣體實(shí)際濃度值和檢測的具體時(shí)間顯示。

3.1.9 時(shí)鐘模塊

此系統(tǒng)需要記錄測量發(fā)生的時(shí)間，所以需要時(shí)鐘芯片來記錄在不同時(shí)間的監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此我們?cè)谙到y(tǒng)中加入了時(shí)鐘芯片。對(duì)時(shí)鐘芯片的要求首先是低功耗，其次是編程簡單，縮短程序開發(fā)時(shí)間，實(shí)際上也就縮短了系統(tǒng)用于實(shí)際生產(chǎn)所用的開發(fā)周期以及成本，在本設(shè)計(jì)中，我們選擇了DS1302時(shí)鐘芯片。時(shí)鐘芯片 DS1302內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機(jī)通信。而通信時(shí)，僅需要3個(gè)口線：（1）RES（復(fù)位），（2）I/O數(shù)據(jù)線，（3）SCLK（串行時(shí)鐘）。時(shí)鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達(dá)31字節(jié)的字符組方式通信。其工作時(shí)功耗很低，廣泛應(yīng)用于電話，傳真，便攜式儀器等產(chǎn)品領(lǐng)域。DS1302主要性能有：實(shí)時(shí)時(shí)鐘能計(jì)算2100年之前的秒、分、時(shí)、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年的調(diào)整能力；讀/寫時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)時(shí)，有單字節(jié)和多字節(jié)傳送兩種方式；與DS1202/TTL兼容。DS1302引腳概述：X1，X2：振蕩源，外接32.768KHZ晶振；SCLK：串行時(shí)鐘輸入端。

3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置

硬件設(shè)計(jì)部分主要包括：硬件主電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)、液晶顯示電路設(shè)計(jì)、外圍擴(kuò)充存儲(chǔ)器接口電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、鍵盤接口電路等功能模塊電路設(shè)計(jì)，所以主要硬件資源配置包括MCU、A/D轉(zhuǎn)換、鍵盤控制、時(shí)鐘電路、LCD顯示、外圍擴(kuò)展數(shù)據(jù)RAM等的配置。

本設(shè)計(jì)選用的硬件平臺(tái)為ATMEL 提供EVK1100開發(fā)平臺(tái)，它是一個(gè)基于AVR32 AT32UC3A單片機(jī)控制器的評(píng)估套件和開發(fā)系統(tǒng)。它配備一系列豐富的外設(shè)、內(nèi)存，并且可充分開發(fā)AVR32設(shè)備的全部潛能。

支持AT32UC3A

以太網(wǎng)端口

傳感器：光照、溫度、電位器

4x20藍(lán)色LCD（PWM變頻背光）

JTAG連接器、Nexus、USART、USB 2.0接口，TWI接口、SPI。

圖2 EVK1100開發(fā)平臺(tái)

溫度和光照檢測部分可以選用硬件平臺(tái)本身配置的資源，這樣使板上資源更合理的得到應(yīng)用由于EVK1100開發(fā)平臺(tái)中LCD液晶顯示部分采用的是4×20的字符型液晶顯示模塊DIP204-4e （PWM可調(diào)節(jié)背光），所以在所要顯示信息量大時(shí)，采用按鍵控制分時(shí)顯示。

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

該儀器的軟件系統(tǒng)可采用C語言編程， 開發(fā)軟件是AVR Studio5，這個(gè)是Atmel自己開發(fā)的development tools，AVR Studio 5集成GCC編譯器，對(duì)AVR32的編譯支持很好。Atmel AVR Studio 5是廣受歡迎的愛特梅爾集成開發(fā)環(huán)境（IDE）的增強(qiáng)版本，支持所有8位和32位AVR MCU，能夠顯著提高開發(fā)人員的效率，并可使客戶的應(yīng)用程序在愛特梅爾8位和32位AVR MCU之間實(shí)現(xiàn)無縫移植。AVR Studio 5能夠簡化源代碼的編輯和調(diào)試，具備輔助代碼編寫功能的編輯器、用于快速創(chuàng)建新項(xiàng)目的向?qū)Чぞ撸?AVR Software Framework源代碼庫、GNU C/C++編譯器、功能強(qiáng)大的模擬器，以及適用于愛特梅爾所有AVR編程器及在線調(diào)試器的前端可視化工具。AVR Studio 5將現(xiàn)有8位AVR Studio 4 和32位AVR32 Studio的功能融合， 支持所有8位和32位AVR MCU。此外，愛特梅爾的AVR Studio 5還可集成第三方的嵌入開發(fā)工具插件。編譯好程序后通過單片機(jī)預(yù)留的JTAG接口通過配套的調(diào)試器AVR Dragon來對(duì)單片機(jī)進(jìn)行在系統(tǒng)編程， 以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)試。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)可將程序分成幾個(gè)主要的功能模塊， 包括主程序和各個(gè)模塊子程序。

軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，全部軟件由主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、鍵盤處理子程序、報(bào)警模塊子程序、時(shí)鐘模塊、液晶顯示子程序等組成。主程序是控制和管理的核心。系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化和中斷處理操作。初始化主要完成對(duì)報(bào)警值的設(shè)定和初次檢查，同時(shí)斷開各電器的電源。初始化完成后，系統(tǒng)開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)行待選氣體濃度檢測和報(bào)警等操作，主程序的流程圖如下圖所示。

3.4 系統(tǒng)軟件流程

3.4.1 主程序模塊

主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：與硬件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)便攜式居室空氣質(zhì)量檢測儀器的各個(gè)功能。主要是檢測與顯示，時(shí)間調(diào)整與顯示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，超標(biāo)報(bào)警，功能子函數(shù)的調(diào)用等（見圖3）。

圖3主程序流程圖

3.4.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊

A/D轉(zhuǎn)換模塊的主要功能就是將經(jīng)放大器放大的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為MCU能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并傳送給MCU，進(jìn)行下一步處理。

圖 4 A/D轉(zhuǎn)換處理子程序流程圖

3.4.3 按鍵控制模塊

按鍵能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)對(duì)話機(jī)制，通過按鍵的操作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送操作指令，后經(jīng)與MCU串行通信，然后在液晶上顯示。按鍵查詢式的流程圖見下圖：

圖 5 按鍵檢測子程序流程圖

圖 6 溫濕度數(shù)據(jù)采集子程序流程圖

3.4.4 時(shí)鐘模塊

時(shí)鐘模塊主要是用于時(shí)間顯示和與MCU通信經(jīng)LCD顯示時(shí)間。時(shí)鐘模塊子程序流程圖見下圖：

圖 7 時(shí)鐘模塊操作子程序流程圖

3.4 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后能夠?qū)邮覂?nèi)常見有害氣體甲醛、一氧化碳、二氧化碳等進(jìn)行濃度檢測，并在含量超標(biāo)時(shí)實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警功能。其中檢測到的氣體濃度和預(yù)先設(shè)定值作比較，判斷超標(biāo)否，預(yù)先設(shè)定值通過鍵盤進(jìn)行操作設(shè)置。同時(shí)該儀器還可對(duì)居室內(nèi)溫濕度、光照度進(jìn)行檢測，實(shí)時(shí)顯示室內(nèi)溫濕度情況，對(duì)于住戶及時(shí)了解室內(nèi)居住環(huán)境狀況提供重要的參考信息。在顯示濃度的同時(shí)對(duì)檢測到信息進(jìn)行保存，同時(shí)顯示測量時(shí)間，便于用戶對(duì)不同時(shí)間的測量值進(jìn)行比較。