甲醛是一种重要的化工原料和有机溶剂，广泛运用于家庭装饰的材猜中。过量甲醛气体，将诱发疾病乃至致癌，直接危害着人们的身体健康和生命安全。本检测仪选用32 位超低功耗EFM32TG840F16 微处理器和高灵敏度甲醛传感器CH20/S-10，完结甲醛浓度的信号处理和采样，体系外接通讯接口及必要的扩展功用模块，构建智能化、多功用的检测体系。
1. 体系硬件规划
甲醛检测仪硬件首要由单片机主控体系、甲醛传感器接口、液晶显现(LCD)、功用键盘、数据存储、打印和报警输出等功用模块构成。体系硬件结构框图(见图1)。
图1 体系功用框图
该体系选用32 位EFM32TG840F16 单片机作为主控中心，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、支撑动画、闪耀等各种特效)、8 通道/12 位 ADC(支撑硬件过采样)、2个USART(支撑SPI\UART\I2S)、1个LEUART、1个LESENSE(支撑阻、感、容性信号检测)、3个运放、硬件加解密AES、2个12位DAC 及很多的I/O 端口等，彻底满意本甲醛检测仪的各项功用需求。该芯片首要特点是：低电压(1.85 ～ 3.8V)、低功耗( EM2形式下仅有0.9uA)、 32 位指令、高功能(根据Cortex-M3内核)，具有极低的运转功耗、快速的唤醒时刻、功用强大、高抗扰(未用引脚都是和MCU内部断开的)、外设能够自主作业(首要得益于DMA和PRS外设反射体系)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长处。并且完全的配套开发工具比方开发板具有电流实时监控功用，能够定位代码方位，便于工程师及时优化代码以节能![member]
1.1 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 转化器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体系吸收后，发生与甲醛浓度成正比的电流值，因为单片机A/D 采样的是电压值，而被检测的是微量的电流值;因而需求将电流值扩大并转化为相应的电压值。选用集成I/V 转化器RCV420，将电流值转化为对应的0 ～ 3.6V 电压， 送至 EFM32TG840F16 的A/D 转化接口ADC，完结对浓度信号的检测。单片机进行运算和处理，将处理成果及规模进行查表和分段线性化，完结传感器信号与浓度凹凸对应。体系中RCV420 具有精细运放和电阻网络功用，能将4 ～ 20mA 环路电流转化为 0 ～ 3.6V 电压, 在无外部调整的情况下，可用取得 86dB 的共模抑制比, 具有高功能及抗搅扰才能。
1.2 数据存储与打印模块
在EFM32TG840F16 外扩展2KB 的E2PROM(也可用片内flash模仿EEPROM)，经过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。打印机接口电路经过RS-232 串行口直接和微处理器相连，经过选用软件设定的办法打印出甲醛浓度值。
1.3 键盘与显现模块
体系外接键盘和LCD 显现设备，完结人机对话功用。键盘设置为3×3 阵列键盘，设有功用选择键、OK 键、报警承认及打印键，完结浓度显现、数据查询、打印及开关机功用。微处理器EFM32TG840F16 内含LCD 驱动电路，可驱动160 段的LCD，且超低功耗，特别合适便携式仪器仪表中运用。用户经过LCD 显现，读取检测浓度值、打印和设置相关功用等信息。
1.4 其它模块
本体系的供电电压为3V，选用两节电池供电，也可外接3V 直流电源。体系的时钟是外置晶振供给。为满意个性化需求，还添加蜂鸣器报警电路。
2. 体系软件规划
在软件规划中选用模块化规划办法，运用嵌入式C 言语编写，在IAR 编译环境中进行。这不只给程序的调试、修正供给很大便利，并且为往后功用的进一步扩展发明有利条件。
2.1 主程序规划
主程序是体系软件的中心，它经过调用各子程序便可完结体系功用。体系主程序结构框图(见图 2)。
体系上电后，进行初始化和中止处理操作，首要完结体系自检和复位。初始化完结后，开端采样浓度值，并判别是否有按键按下。假如有按键按下，则进行相应数据处理，并履行功用指令，然后在液晶显现屏上显现相应信息。假如没有按键按下，则显现当时实测浓度值，等候用户进行下一步操作，体系转入守时计时阶段。
2.2 低功耗中止子程序
为减小体系功耗，延伸电池的运用时刻，规划时考虑设备在较长时刻段内处于待机状况时，应尽量下降功耗。体系规划低功耗中止子程序(见图3)
这儿选用一个守时器。当守时器大于0 时，体系处于开机状况;当守时器倒数到0 时，体系主动进入低功耗形式，并封闭LCD 模块和A/D 模块。其间守时器是经过软件对操控寄存器进行设置完结的。详细操作是这样：开机时，对守时器初始化一个大于0 的值，比方60，并且在每按一次有用键时，体系从头初始化这个值。因而，当没有按任何有用键时，60s 后就会主动进入休眠状况，然后完结降耗意图。在休眠期间，若有按键按下，微处理器呼应中止，体系退出休眠状况，返回到正常作业状况。
2.3 采样数据处理子程序
为进步检测精度，采样数据处理软件规划是要害。体系选用采样数据排队与中值滤波法。数据排队就是在给定的数据暂存区内不断地用最新数据替代最早数据的进程;运用软件进行数据排队具有通用性和灵活性。原理(见图4)。
由图4 可见, 将暂存区的空间扩大为需求保存数据空间的2 倍, 并将暂存区等分为前后相连的2 个区, 每个区的长度与需保存数据长度持平。当时采样得到的一组新数据一起存入2 个区的对应方位，这样2 组相同采样数据之间刚好距离1 个区的长度, 距离内的悉数数据连同最终1 个最新数据即为当时排队成果。今后每组新采样数据顺次向后存入暂存区, 存满后再从头开端。每次采样周期中完结相应的排队更新使命后记下当时行列的首(或末)地址作为指针并保存, 供处理程序取数时运用，这样一来就满意实时排序的要求。
对排队后的数据采纳中位值滤波算法。算法的详细完结进程：取N 个接连采样数据，并依照递加或递减顺序排列，取中心值作为本次采样值。中位值滤波算法能有用地战胜因偶尔要素引起的搅扰或动摇而发生的差错。即进步体系的检测精度。
3. 结束语
本甲醛检测仪选用EFM32TG840F16 单片机作为中心操控单元，电路结构简略、外设功用模块丰厚，功耗低，待机时刻长，支撑IAP功用，软件晋级便利，别的该MCU功能微弱，可晋级空间极大。
