一、项目介绍与设计思路

伴随着人们生活水平的提高，人们对生活环境的质量开始有所追求。居家使用的空气质量检测器可以帮助人们改善生活环境的空气质量，由此我想通过FastBond2这个平台完成一款基于PIC16F570的空气质量检测器框图设计。

这款空气质量检测器的设计思路是使用MQ135作为气体浓度传感器，通过编程实现PIC16F570的信号处理与阈值设置功能，同时使用LCD1602液晶作为显示器实时显示当前环境下的有害气体浓度和有害气体的预设报警浓度。当有害气体浓度大于阈值时555定时器持续驱动蜂鸣报警器实现报警功能。

二、设计方向的市场介绍

空气质量检测器多应用于房屋装修后的空气质量检测，观察被检测环境是否适宜居住，这在国内有很大的市场。其次，这款空气质量检测器可以改变传感器类型从而实现烟雾报警器等多种功能，当下随着人们对防火安全的需求越来越高，烟雾报警器的市场和安装从被动变成了主动。终端用户开始重视烟雾报警器的质量和性能，高品质烟雾报警器的市场不断扩大；同时，社会对消防的意识提高了，烟雾报警器也开始进入家庭，家用烟雾报警器的需求也在增加。由此看来，该设计可以根据实际需要改变方向实现多方向生产或者集各功能于一身以满足市场。

三、方案框图

该方案框图通过得捷的在线工具Scheme-it设计，这款在线工具非常好用，可以在线设计原理图，方案框图与流程图，界面简洁，功能完备。

方案框图得捷链接：https://www.digikey.cn/schemeit/project/fastbond2-9501bf3e1df149cc9652c6f0c93501be

方案框图如下：

四、元器件介绍

Microchip PIC16F570微控制器

Microchip Technology推出的PIC16F570器件是一款基于闪存的低成本高性能8位全静态CMOS单片机。它采用RISC架构，只有36条单字/单周期指令。除程序跳转指令外，所有指令都是单周期指令，程序转移指令需要两个周期。与相同价格分类中的竞争产品相比，PIC16F570器件可提供高出一个量级的性能。12位宽的指令具有高度对称性，可产生典型的2:1代码压缩比，优于同类的其他8位单片机。易于使用和记忆的指令集可以极大地减少开发时间。

PIC16F570产品配备了一些可降低系统成本和功耗要求的特性。上电复位、掉电复位和器件复位定时器使器件可以不需要外部复位电路。有几种振荡器配置可供选择，包括INTRC内部振荡器模式和节能低功耗振荡器模式。节能休眠模式、看门狗定时器和代码保护等特性可以降低系统成本和功耗并提高可靠性。

PIC16F570器件提供了具有成本效益的可编程闪存版本，适合于任何批量的生产。客户可以充分利用Microchip在可编程闪存单片机方面的价格领先优势，同时受益于可编程闪存的灵活性。

用于支持PIC16F570产品的工具包括全功能宏汇编器、软件模拟器、在线仿真器、C编译器、低成本开发编程器和全功能编程器。

PIC16F570器件适合于从个人护理电器和安全系统到低功率远程发射机/接收机的广泛应用。闪存技术让定制应用程序变得极为快捷。用于通孔或表贴安装的小尺寸封装使这些单片机成为空间受限应用的完美选择。低成本、低功耗、高性能、易用性和I/O灵活性使PIC16F570器件的适用范围很广泛，可以应用于烟雾检测器、碳氧化检测器、光电传感器等接口模块。

MQ135传感器

MQ135传感器的核心部分是一个敏感材料，它是由二氧化锡制成的。二氧化锡在清洁空气中的电导率较低，但是当空气中存在污染气体时，它的电导率会随着气体浓度的增加而增大。这种变化可以通过一个简单的电路转换为输出信号，从而实现对空气质量的检测和测量。

MQ135传感器对氨气、硫化物、苯系蒸汽、烟雾、二氧化碳等气体有良好的灵敏度。其可以用于家庭用空气污染报警器、工业用空气污染报警器、便携式空气污染检测器等应用领域，虽然MQ135具有长寿命、低成本、简单驱动等优点，但是同时也存在不能区分不同种类的气体、需要预热和稳定时间、受有机硅蒸气和腐蚀性气体的影响等局限性。

LCD1602显示器

LCD1602显示器是一种常用的字符型液晶显示模块，它可以显示16×2个字符，也就是两行，每行16个字符。它的主要特点是低功耗、长寿命、高可靠性，适合用于各种单片机、微控制器等嵌入式系统的人机交互界面。

LCD1602显示器由三部分组成：液晶显示屏、控制驱动主电路HD44780和扩展驱动电路HD44100。液晶显示屏是用来显示字符和图形的部分，它有16个引脚，其中有8个数据引脚，用来传输命令或数据；3个控制引脚，用来选择命令或数据、读或写、使能信号；2个电源引脚，用来提供5V电源和地线；1个对比度调节引脚，用来调节液晶显示的清晰度；2个背光引脚，用来提供背光电源和地线。控制驱动主电路HD44780是LCD1602显示器的核心部分，它负责接收命令或数据，并根据相应的指令对液晶显示屏进行控制。扩展驱动电路HD44100是用来扩展LCD1602显示器的显示行数和列数的部分，它可以驱动64个像素点，也就是8个字符。

555定时器

555定时器是一种常用的集成电路芯片，它可以用来实现定时、脉冲生成和振荡等功能。它的主要特点是简单、灵活、便宜，适合用于各种电子设计和应用。

555定时器可以工作在三种模式下：

• 单稳态模式：也叫一次性模式，当触发端输入一个低电平信号时，输出端产生一个固定时间的高电平信号，然后恢复到低电平。这个时间由外接的电阻和电容决定。这种模式可以用来制作延时开关、触摸开关等。
• 双稳态模式：也叫翻转模式，输出端可以在高低两个稳定状态之间切换，由触发端或复位端输入的信号来控制。这种模式可以用来制作触发器、存储器等。
• 非稳态模式：也叫振荡模式，输出端自动在高低两个状态之间周期性地变化，形成方波信号。这个周期和占空比由外接的电阻和电容决定。这种模式可以用来制作脉冲发生器、逻辑时钟、LED闪光灯等。

五、心得体会

感谢FastBond2大赛提供的资源与平台，日常的学习生活中接触较多的是信号处理方向，对硬件的接触较少，这次大赛为我提供了一次不可多得的锻炼的机会。由于阶段一只要求方案框图的设计，设计的可行性还要通过原理图与打板验证，设计也是在前人设计的基础上复刻与功能整合，该设计仍有大量改善的空间。