应用领域：测试设备

方案类型：原型方案

主控芯片：EFM32TG840F16

方案概述

方案介绍：

本检测仪采用32位超低功耗EFM32TG840F16 微处理器和高灵敏度甲醛传感器CH20/S-10，实现甲醛浓度的信号处理和采样，系统外接通讯接口及必要的扩展功能模块，构建智能化、多功能的检测系统。甲醛检测仪硬件主要由单片机主控系统、甲醛传感器接口、液晶显示(LCD)、功能键盘、数据存储、打印和报警输出等功能模块构成。该系统采用32 位EFM32TG840F16 单片机作为主控核心，内嵌16KB Flash 程序存储器和4KB RAM、多达160 段LCD 驱动器(最大8COM驱动、支持动画、闪烁等各种特效)、8 通道/12 位 ADC(支持硬件过采样)、2个USART(支持SPIUARTI2S)、1个LEUART、1个LESENSE(支持阻、感、容性信号检测)、3个运放、硬件加解密AES、2个12位DAC 及大量的I/O 端口等，完全满足本甲醛检测仪的各项功能需求。 该芯片主要特点是：低电压(1.85 ～ 3.8V)、低功耗( EM2模式下仅有0.9uA)、 32 位指令、高性能(基于Cortex-M3内核)，具有极低的运行功耗、快速的唤醒时间、功能强大、高抗扰(未用引脚都是和MCU内部断开的)、外设可以自主工作(主要得益于DMA和PRS外设反射系统)以及超节能(ADC:12bit，1Msps，仅需350uA;Analog Comparator：仅需100nA;LCD：本位功耗0.55uA;LEUART:9600波特率下仅需150nA;AES:128/256bit 加/解密仅需54/75个周期)、便于智能化和便携式等优点。而且齐全的配套开发工具比如开发板具有电流实时监控功能，可以定位代码位置，便于工程师及时优化代码以节能。

方案特性：

甲醛传感器接口模块

传感器接口模块由CH20/S-10 甲醛传感器、I/ V 转换器RCV420 等组成。甲醛传感器由甲醛探头和CH20 传感器构成。当室内甲醛气体被内部采样系统吸收后，产生与甲醛浓度成正比的电流值，由于单片机A/D 采样的是电压值，而被检测的是微量的电流值;因而需要将电流值放大并转换为相应的电压值。采用集成I/V 转换器RCV420，将电流值转换为对应的0 ～ 3.6V 电压， 送至 EFM32TG840F16 的A/D 转换接口ADC，实现对浓度信号的检测。单片机进行运算和处理，将处理结果及范围进行查表和分段线性化，完成传感器信号与浓度高低对应。系统中RCV420 具有精密运放和电阻网络功能，能将4 ～ 20mA 环路电流转换为 0 ～ 3.6V 电压, 在无外部调整的情况下，可用获得 86dB 的共模抑制比, 具有高性能及抗干扰能力。

数据存储与打印模块

在EFM32TG840F16 外扩展2KB 的E2PROM(也可用片内flash模拟EEPROM)，通过I2C 总线与EFM32TG840F16数据口相连，用于存储采样来的甲醛浓度数据，以备打印机打印。打印机接口电路通过RS-232 串行口直接和微处理器相连，通过采用软件设定的方式打印出甲醛浓度值。

键盘与显示模块

系统外接键盘和LCD 显示设备，实现人机对话功能。键盘设置为3?3 阵列键盘，设有功能选择键、OK 键、报警确认及打印键，完成浓度显示、数据查询、打印及开关机功能。微处理器EFM32TG840F16 内含LCD 驱动电路，可驱动160 段的LCD，且超低功耗，特别适合便携式仪器仪表中使用。用户通过LCD 显示，读取检测浓度值、打印和设置相关功能等信息。

其它模块

本系统的供电电压为3V，采用两节电池供电，也可外接3V 直流电源。系统的时钟是外置晶振提供。为满足个性化需要，还增加蜂鸣器报警电路。

EFM32TG840F16

The Silicon Laboratories, Inc. EFM32TG840F16 is an ARM Cortex-M3 CPU - High Performance 32-bit processor, up to 32 MHz - Memory Protection Unit - Wake-up Interrupt Controller Flexible Energy Management System 32/16/8/4 KB Flash 4/2/1 KB RAM Up to 56 GPIO pins Configurable Push-pull, Open-drain, pull-up/down, input filter, drive strength Configurable peripheral I/O locations 16 asynchronous external interrupts 8 Channel DMA Controller 8 Channel Peripheral Reflex System for autonomous inter-peripheral signaling Integrated LCD Controller for up to 8x20 segments Hardware AES with 128/256-bit keys in 54/75 cycles Communication interfaces 2x Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter - SPI/SmartCard (ISO 7816)/IrDA (USART0)/I2S (USART1) - Triple buffered full/half-duplex operation - 4-16 data bits 1x Low Energy UART - Autonomous operation with DMA in Deep Sleep Mode I2C Interface with SMBus support - Address recognition in Stop Mode Timers/Counters 2x 16-bit Timer/Counter 16-bit Low Energy Timer 24-bit Real-Time Counter 1x 16-bit Pulse Counter - Asynchronous pulse counting/quadrature decoding Watchdog Timer with dedicated RC oscillator Ultra low power precision analog peripherals 12-bit 1 Msamples/s Analog to Digital Converter - 8 input channels and on-chip temperature sensor - Single ended or differential operation 12-bit 500 ksamples/s Digital to Analog Converter - 2 single ended channels/1 differential channel Up to 3 Operational Amplifiers - Supports rail-to-rail inputs and outputs - Programmable gain 2× Analog Comparator - Programmable speed/current - Capacitive sensing with up to 8 inputs Supply Voltage Comparator Ultra low power sensor interface Autonomous sensor monitoring in Deep Sleep Mode Wide range of sensors supported, including LC sensors and capacitive buttons Ultra efficient Power-on Reset and Brown-Out Detector 2-pin Serial Wire Debug 1-pin Serial Wire Viewer.

甲醛检测仪

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。

工作原理

甲醛检测仪器采用高灵敏度电化学传感器原理，结合单片机技术和网络通讯技术对检测场所采集空气样品，空气中的甲醛被酚试剂溶液吸收，反应生成嗪，嗪在酸性溶液中被显色剂高铁离子氧化形成蓝绿色化合物。根据颜色深浅，在现场直接比色测定。

由于室内污染的检测数值与检测环境的温度、湿度、气压等都有很大关系，所以，按正常的检测，往往检测出来数值会与预想的有所偏差。

右侧图片上的机器为五合一检测仪，可以快速检测室内甲醛、苯、氨、甲苯、二甲苯、TVOC等污染气体，可以显示日期、检测时间，检测现场的温度及湿度数据，左侧为中文显示液晶屏，右侧为采样定时操作，中间为热敏打印机，可以现场快速采样实时分析，并可将检测的日期时间、温度、湿度及执行标准、甲醛含量及是否合格打印成报告。甲醛检测采用国标酚试剂分光光度法，使用进口光电传感器，检测精度高，检测下限低，解决了电化学甲醛检测仪传感器零点易漂移，采样时容易受到其他化学气体干扰的缺点。

技术参数

灵敏度：<0.00003 Abs 1500 nm;

分辨率：<0.00005% 340 nm) 高分辨率 ( 0.1 nm). 测试范围 185 – 3300 nm;

支持国家环保局、质监所等权威检测部门检测标准;

外接三角支架与JCCMC采样器连接，确保采样无误差;

现场热敏打印检测报告，加入温度、湿度、检测时间;

读数曲线调整功能，可方便对机器读数进行自我校准。

测量模式

直接测量

传感器盒插入主机单元的单次测量

主机单元插入传感器盒，在直接测量模式下进行一次30分钟或1小时的检测(更长的采样时间能提供略微更好的结果)。

特点：操作方便，但每次检测只能进行一个测点，耗时较长。

采样测量

传感器盒作为一个被动式采样器单独使用，并由主机单元读出检测结果。

传感器自身能作为被动式采样器使用。无需风扇和泵。采样前和采样后用主机单元读取传感器中发生的相对比色吸光度的变化，并将其转换为甲醛浓度。

特点：能同时进行多点检测，效率高。但须同时采用多个传感器盒。

连续测量

主机单元插入传感器盒，对甲醛气体浓度进行连续长期监测。

主机单元每30分钟读一次吸光度的变化并存储，连续读取(或直到传感器达到饱和)。

特点：长期连续监测，可在同一个测点得到多个连续监测数值，并得出时间段内甲醛气体浓度的变化情况。要想同时进行多点连续监测，须同时配备多台主机及传感器盒。

除甲醛方法编辑

通风法

通风法不必过于解释，就是通过空气的流动，将有害气体排到室外，这是一种简单有效的方法，唯一不足之处是甲醛释放周期长，一般要三年到十五年，装修后将新房空闲三年以上显然不现实。困此单靠通风法还达不到要求。

物理方法

其主要是使用活性炭椰维炭等材料对污染气体进行吸附，既物理吸附，是目前最好的物理去除方法。其原理是活性炭的多孔结构提供了大量的表面积，从而使其非常容易达到吸收收集杂质的目的。就象磁力一样，所有的分子之间都具有相互引力。正因为如此，活性炭上的大量的分子可以产生强大的引力，从而达到将介质中的杂质吸引到孔径中的目的。

化学方法

其原理是化学药品与有害气体发生化学变化，如纳米技术、光触媒、甲醛去除剂、除味剂等，氧化污染物气体。此外，各种电动的空气净化器也能起到物理治理和化学治理的效果。

生物方法

其主要是利用植物可以吸收室内空气污染净化室内空气，或采用微生物、酶进行生物氧化、分解。