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這幾年買房、買車的朋友越來越多，當然我不在買房買車的行列，做開源的嘛，窮是必然的（笑）。新房裝修、新車內飾的甲醛問題也隨之而來。一些朋友網購了百十元的甲醛檢測儀，也有三五百元的，找我來鑒定這些設備是否可靠。經過拆解部分的甲醛檢測儀、以及在網上論壇的了解，發(fā)現(xiàn)甲醛檢測儀這方面的水很深。比如，有些甲醛檢測儀內部的傳感器乃是十分廉價的模擬電路，有些甚至和抽油煙機的氣體傳感器同一級別。個別論壇里也有揭露，近千元的甲醛檢測儀，打著進口的品牌，其實是廉價的傳感器，以次充好。雖然廉價的傳感器在檢測甲醛時有一定的參考性，但其精確到和可靠性大打折扣。鑒于此柴油報警器，工作室設計了一款較為精準的DIY甲醛檢測儀，可以測量甲醛數(shù)值、溫濕度，并配有安卓APP顯示。如圖所示。

顯示效果.jpg

這個設計有點bug：APP與LCD顯示會有誤差，經過研究，發(fā)現(xiàn)是安卓平臺和單片機硬件的差異導致的，如下圖：

誤差演示.jpg

可以看到，app中顯示甲醛濃度為0.362mg/m3，溫度為30.2℃，而LCD12864顯示的是0.363mg/m3和30.3℃，這是因為，單片機硬件在保留小數(shù)位的時候，自動向上取整了。比如實際讀取到的溫度是30.26℃，當保留1位小數(shù)時，應該是30.2℃，但實際結果是30.3℃（有興趣的可以保留多位小數(shù)觀察一下）。同時，安卓app這邊，小數(shù)處理上也有類似的問題。不過這些誤差是可以接受的，畢竟分辨率比較高了。

本設計由單片機系統(tǒng)、WZ-S型甲醛傳感器、溫濕度傳感器、OLED顯示、和藍牙模塊組成，其中，OLED顯示屏和藍牙模塊可以同時兼有，也可以只取其一。只需要手機APP顯示時，可以舍棄OLED顯示部分；如果不需要手機APP顯示，也可以舍棄藍牙模塊。 單片機使用STC15F2K系列增強型8051，該單片機具有兩個UART串口，串口1用于甲醛模塊數(shù)據(jù)的讀取，串口2用于連接藍牙模塊。發(fā)送數(shù)據(jù)到安卓APP。該單片機I/O口可通過軟件配置為開漏模式，用于Si7201通信。

模塊說明甲醛檢測模塊

甲醛檢測儀使用英國達特甲醛傳感器，具有nqa ISO9001 和UKAS認證，采用電化學檢測測原理，分辨率可達0.001ppm（換算為甲醛濃度為1.34μg/m3），與采用廉價的半導體傳感器的甲醛檢測備相比，測量數(shù)據(jù)更可靠，足夠滿足一般民用檢測。

WZ-S型甲醛模塊部分參數(shù)：

產品型號WZ-S

檢測原理

燃料電池

檢測氣體

甲醛

檢測量程

0-2ppm

最大過載

10ppm

供電電壓

5-7V

預熱時間

響應時間

（T 90 ）

恢復時間

(T 10 )

分辨率

0.001ppm

工作溫度

-20℃～50℃

工作濕度

10％－90％RH（非凝結）

存儲溫度

0～20℃

使用壽命

5 年（正常使用）

重量

4g

甲醛傳感器內置數(shù)模轉換電路，直接通過UART串口輸出數(shù)字數(shù)據(jù)，用戶只需要根據(jù)通信協(xié)議將數(shù)據(jù)進行轉換便可得到甲醛濃度值。模塊供電為5V，但TX和RX通信端口電壓為3.3V，因此與5V單片機通信時，需要5V轉3.3V電平轉換模塊，以免甲醛模塊無法承受5V單片機I/O口的電壓。

藍牙模塊

藍牙模塊為HC05，可通過AT指令配置主從模式，當與手機藍牙通信時，需要配置為從模式。通過AT指令，僅需要配置如下參數(shù)：

AT+NAME="XXX"配置模塊名稱AT+ROLE=0配置為從模式（ROLE=1為主模式）AT+CMODE=1配置為任意連接模式AT+PSWD=1234配置配對密碼AT+UART=9600,0,0配置藍牙串口波特率為9600，停止位1位，無校驗位（和單片機串口參數(shù)一致）

藍牙模塊配置的時候有點坑，需要加個回車，有些串口助手軟件自帶了回車，需要注意。溫濕度傳感器

溫濕度傳感器使用Si7201模塊，與DHT11相比，體積更小，測量精度更高。使用該模塊時需要注意，模塊需要3.3V供電柴油報警器，SDA和SCL端口與單片機連接時，單片機I/O口必須配置為開漏模式，否則有可能無法讀到準確的數(shù)據(jù)。

軟件設計

程序中，設定查詢時間為5秒，即每隔5秒可查詢一次甲醛濃度數(shù)據(jù)，甲醛模塊收到單片機的查詢指令后，溢出9字節(jié)的數(shù)據(jù)，存儲在數(shù)組receive_buf[9]中。源代碼中，給出了處理甲醛數(shù)據(jù)的方法：

方法1：直接讀取receive_buf[2]、receive_buf[3]的濃度數(shù)據(jù)，把兩個8位數(shù)據(jù)整合為float型，代碼如下：

HCHO = (float) (receive_buf[2]<<8 | receive_buf[3]);
HCHO = HCHO/1000;   //μg轉換為mg，1mg=1000μg

求助來的數(shù)值單位是μg/m3，除以1000便可得到mg/m3

方法2：讀取receive_buf[6]、receive_buf[7]的ppb數(shù)據(jù)，把兩個8位數(shù)據(jù)整合為float型，此時得到的單位是ppb，ppb除以1000，得到ppm值。

HCHO = (float) (receive_buf[6]<<8 | receive_buf[7]);   //求出ppb值
HCHO = HCHO / 1000 * 1.3393 ;                          //根據(jù)ppb得到ppm值，再換算為甲醛濃度

ppm（parts per million） 是百萬分率（或百萬分之幾）是用溶質質量占全部溶液質量的百萬分比來表示的濃度 。1ppm與mg/m3的關系為，X = C * M /22.4，其中，X是氣體濃度質量分數(shù)，單位mg/m3；C是氣體體積分數(shù)，量綱是ppm；M是氣體相對分子質量（此處是甲醛），甲醛的分子式HCHO，相對分子質量為30。22.4空氣在標準大氣壓下的相對分子質量。所以，1ppm甲醛氣體體積濃度相當于：1ppm*30/22.4=1.3393mg/m3

上述方法選其一求出甲醛濃度后，格式化數(shù)據(jù)甲醛模組，最后輸出到液晶屏顯示。

溫濕度傳感器Si7201的數(shù)據(jù)較為簡單，使用標準IIC協(xié)議讀取數(shù)據(jù)，為節(jié)約篇幅，本文只介紹溫濕度數(shù)據(jù)處理部分。數(shù)組Data_buf[]中，Data_buf[0]、Data_buf[1]分別存儲溫度高字節(jié)、溫度低字節(jié)；Data_buf[2]、Data_buf[3]分別存儲濕度高字節(jié)、濕度低字節(jié)。這些數(shù)據(jù)得到后，并不能直接合并后輸出顯示，而是要跟手冊公式計算出數(shù)值。溫度、濕度轉換公式分別為：

濕度公式

溫度公式

轉換為C代碼為：

temp_u16 = Data_buf[0] << 8 | Data_buf[1];    
tmp_value = 175.72 * temp_u16 /65536 - 46.85;   
temp_u16 = Data_buf[2]<<8 | Data_buf[3];
RH_value =  temp_u16;                       
RH_value = 125 * RH_value/65536-6;          

tmp_value為最終求得的溫度數(shù)值，RH_value為最終求得的濕度數(shù)值。最后格式化數(shù)據(jù)，輸出到12864顯示。

現(xiàn)在，有了甲醛濃度數(shù)據(jù)、溫濕度數(shù)據(jù)顯示在液晶屏，如何發(fā)送到手機顯示呢？此處借助藍牙通信實現(xiàn)。單片機將得到的數(shù)據(jù)，通過串口2傳輸給藍牙模塊，藍牙模塊與手機藍牙連接甲醛模組，獲取單片機數(shù)據(jù)，APP用和單片機相同的方法處理數(shù)據(jù)后，得到數(shù)值并顯示。單片機硬件和手機軟件進行通信時，要制定一個數(shù)據(jù)通信協(xié)議，即硬件以一定的方式發(fā)送數(shù)據(jù)，手機軟件收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)一定的格式解析數(shù)據(jù)，解析后的數(shù)據(jù)與單片機顯示的的數(shù)據(jù)應當一致。設定的通信協(xié)議如下：

012345678

幀頭

甲醛濃度高位

甲醛濃度低位

溫度高位

溫度低位

濕度高位

濕度低位

校驗位

幀尾

FA

0

0

0

0

0

0

0

FC

由于協(xié)議字節(jié)數(shù)不長，實際上甲醛模組，只校驗了幀頭和幀尾，沒有加入實際的校驗位，讀者可根據(jù)自實際情況加入校驗方法。甲醛濃數(shù)據(jù)、溫濕度數(shù)據(jù)與單片機讀取的數(shù)據(jù)格式完全一致，安卓程序中，套用單片機C代碼中的公式即可得到實際數(shù)據(jù)。

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