室内新风系统研究
摘 要室内空气质量（IAQ）直接影响着每个人的身体健康。人们的生活水平在不断提高，但是对环境的污染也愈来愈严重，因为环境的不断恶化，造成了现在我们需要面对的三大危机资源短缺、环境污染、生态失衡。环境污染主要包括土壤污染，大气污染和水体污染，每一个都与我们的生活休戚相关，这些我们的生活质量被污染严重影响了，为了提高我们的生活质量，同时也使我们不会因为环境污染受而到伤害。本课题是基于单片机设计的一种室内新风系统的研究，主要采用了51系列单片机STC89C52作为控制核心，选用了夏普公司GP2Y1010AU粉尘传感器和日本弗加罗公司的TGS4160二氧化碳传感器，当它们采集到室内粉尘浓度或二氧化碳浓度超过标准的信号时，将模拟信号先传送给以ADC0932芯片为核心的模数转换电路，再由该电路将转换完成的电信号传送给报警电路和通风换气电路，由报警电路发出超标提醒，同时通风换气电路打开，净化并引入室外的新鲜空气，这样不但可以实时监测室内的空气质量，还可以改善室内空气。此次研究的软件程序采用C语言编写，先编写好各个子程序，最后编写出主程序，在主程序内可以直接调用子程序。通过硬件和软件的联合调试，最终显示本系统工作稳定性较高，采集处理的数据较准确，能够实时的反映出当前室内气体的含量，可以有效改善室内空气质量。
目 录
1 绪 论 1
1.1研究的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本论文主要内容 2
2 系统结构及元件选择 3
2.1 系统整体结构 3
2.2 元件选择 3
2.2.1 单片机 3
2.2.2 传感器 4
2.2.3 A/D转换器 6
2.2.4 LCD显示屏 6
3 硬件电路设计 8
3.1 采集电路设计 8
3.2 A/D转换电路 9
3.3 主控电路设计 10
3.4 显示电路 13
3.5 报警及风扇驱动电路 14
4 软件程序设计 15
4.1 keil软件介绍 16
4.2 各电路程序设计 17
4.2.1 主程序流程 17< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
br /> 4.2.2 传感器程序流程 17
4.2.3 报警电路流程 18
4.2.4 显示流程设计 19
5 系统制作与调试 20
5.1 系统制作 20
5.2 硬件调试 20
5.3 软件调试 21
6 结 论 22
参考文献 23
致 谢 25
附 录 27
附录A硬件电路原理图 27
附录B 源代码 28 1 绪 论
1.1研究的背景及意义
至今为止，人民的生活条件在提高，但同时也伴随着很多问题的产生，由于人们对工业发展所造成的负面影响预料不足，预防不及时，造成了现在我们需要面对的三大危机：资源短缺、环境污染、生态失衡。环境污染包括土壤污染，大气污染和水体污染，每一个都与我们的生活休戚相关，严重影响着我们的生活质量，我们的国家也意识到了污染问题的严重，所以也从政策上对环境的预防和治理提供了保障，但环境的优化是一件需要大量时间的事情，不是一朝一夕可以完成的，也不是可以立竿见影看到效果的。而生活中可以时时看到的污染就是大气污染，PM2.5一直危害着我们的健康。但是直到几年前，PM2.5才为人们所熟知，它是现代工业发展过程中的副产品，PM2.5不是一种气体，而是一种悬浮在空气中的细小微粒，它的粒子直径小于2.5微米，是肉眼不可见的，还容易沾染有毒和有害的物质，所以它对我们的身体健康和环境质量的危害都是极大的[1]。二氧化碳的浓度超过一定限定值也会对人体造成严重的危害。基于此，开发一套自动控制的新风系统具有非常重要的现实意义。
1.2 国内外研究现状
这些年以来，受到空气污染的影响，空气净化技术快速发展。因此，改善空气质量的方式也日渐增多。现在，市面上主流的净化空气的方法主要有：源控制、通风和空气净化。源控制是指对污染从源头进行控制处理，就能从根本上解决空气的污染问题，是国外很多地方处理空气污染的首选手段。虽然源控制的控制效果良好，但其成本也确实不低[2]。通风控制也可以降低室内空气的污染程度，但是需要有效的调节控制装置。空气净化是指利用物理或者化学等手段对污染的空气进行吸附过滤等处理。对于一些有毒的不良气体来说，高温、化学灭菌也是净化空气的常用手段。
早在上世纪七十年代，国外的空气净化器已经开始发展，欧、美这些发达国家在空气污染方面已经有了比较深的研究，对有害物质的治理更是取得了相当大的改善。在当时美国是全世界最大的空气净化器消费国，随着第三次科技革命的到来，空气净化器的发展速度更是迅猛提升。在日本，由于特殊的大气环境，在每年春秋到来的时候，花粉过敏者特别多，因此，空气净化技术得到了蓬勃发展。但是大部分空气净化器的原理都是基于过滤网的物理吸附。
在我国，新风系统的起步相对较晚，直到改革开放，我国的新风系统才有了初步的进展。近几年，我国虽然在经济发展上取得了举世瞩目的成就，但在空气清洁方面相对于其他国家还是存在一定的差距。?
无论在国内或者在国外,城市的空气质量都不高，净化空气的方法通常有植物或者电子设备，但是城市人工作繁忙，对植物的照顾可能不到位，因此净化空气最好的方法就是使用电子设备，而最有效率的电子设备就是新风系统。
1.3 本论文主要内容
本设计是我利用学习到的专业知识设计的一款以提高室内空气质量为目的的新风系统，通过前期的准备，我将此次设计分为下面四个步骤：
（1）对比国内外新风系统的发展状况，根据人们日常生活的需求，提出了本课题的总体设计方案及功能电路的选择。包括设计控制电路、显示电路和数据采集电路等电路。
（2）本设计的主要硬件电路包括STC89C52单片机处理电路、LCD1602显示电路、电流放大驱动电路、粉尘传感器电路和二氧化碳浓度传感器电路等，组成了一套硬件平台。
（3）本设计的软件程序包括主程序、驱动子程序、显示子程序以及上位机界面的程序处理算法的研究。
（4）进行软件和硬件的联调。包括待机显示界面、空气质量检测功能、档位切换功能、开关机设定功能以及智能通风功能等。
经过对实验数据和现象的分析可知，本课题研究的室内新风系统可以检测PM2.5和CO2的浓度，并将数据显示在显示电路上，还能够在PM2.5或O2的浓度超标时发出报警，并控制通风电路运行净化空气。本次设计的室内新风系统基本达到了设计要求。 2 系统结构及元件选择
2.1 系统整体结构
本课题的设计实质为嵌入式系统的设计，就此涉及到硬件电路和软件程序两部分的设计，所以在总体方案的确定上要做到两者的独立完善而又统筹兼顾。系统的总体方案如图2.1所示。
目 录
1 绪 论 1
1.1研究的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本论文主要内容 2
2 系统结构及元件选择 3
2.1 系统整体结构 3
2.2 元件选择 3
2.2.1 单片机 3
2.2.2 传感器 4
2.2.3 A/D转换器 6
2.2.4 LCD显示屏 6
3 硬件电路设计 8
3.1 采集电路设计 8
3.2 A/D转换电路 9
3.3 主控电路设计 10
3.4 显示电路 13
3.5 报警及风扇驱动电路 14
4 软件程序设计 15
4.1 keil软件介绍 16
4.2 各电路程序设计 17
4.2.1 主程序流程 17< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
br /> 4.2.2 传感器程序流程 17
4.2.3 报警电路流程 18
4.2.4 显示流程设计 19
5 系统制作与调试 20
5.1 系统制作 20
5.2 硬件调试 20
5.3 软件调试 21
6 结 论 22
参考文献 23
致 谢 25
附 录 27
附录A硬件电路原理图 27
附录B 源代码 28 1 绪 论
1.1研究的背景及意义
至今为止，人民的生活条件在提高，但同时也伴随着很多问题的产生，由于人们对工业发展所造成的负面影响预料不足，预防不及时，造成了现在我们需要面对的三大危机：资源短缺、环境污染、生态失衡。环境污染包括土壤污染，大气污染和水体污染，每一个都与我们的生活休戚相关，严重影响着我们的生活质量，我们的国家也意识到了污染问题的严重，所以也从政策上对环境的预防和治理提供了保障，但环境的优化是一件需要大量时间的事情，不是一朝一夕可以完成的，也不是可以立竿见影看到效果的。而生活中可以时时看到的污染就是大气污染，PM2.5一直危害着我们的健康。但是直到几年前，PM2.5才为人们所熟知，它是现代工业发展过程中的副产品，PM2.5不是一种气体，而是一种悬浮在空气中的细小微粒，它的粒子直径小于2.5微米，是肉眼不可见的，还容易沾染有毒和有害的物质，所以它对我们的身体健康和环境质量的危害都是极大的[1]。二氧化碳的浓度超过一定限定值也会对人体造成严重的危害。基于此，开发一套自动控制的新风系统具有非常重要的现实意义。
1.2 国内外研究现状
这些年以来，受到空气污染的影响，空气净化技术快速发展。因此，改善空气质量的方式也日渐增多。现在，市面上主流的净化空气的方法主要有：源控制、通风和空气净化。源控制是指对污染从源头进行控制处理，就能从根本上解决空气的污染问题，是国外很多地方处理空气污染的首选手段。虽然源控制的控制效果良好，但其成本也确实不低[2]。通风控制也可以降低室内空气的污染程度，但是需要有效的调节控制装置。空气净化是指利用物理或者化学等手段对污染的空气进行吸附过滤等处理。对于一些有毒的不良气体来说，高温、化学灭菌也是净化空气的常用手段。
早在上世纪七十年代，国外的空气净化器已经开始发展，欧、美这些发达国家在空气污染方面已经有了比较深的研究，对有害物质的治理更是取得了相当大的改善。在当时美国是全世界最大的空气净化器消费国，随着第三次科技革命的到来，空气净化器的发展速度更是迅猛提升。在日本，由于特殊的大气环境，在每年春秋到来的时候，花粉过敏者特别多，因此，空气净化技术得到了蓬勃发展。但是大部分空气净化器的原理都是基于过滤网的物理吸附。
在我国，新风系统的起步相对较晚，直到改革开放，我国的新风系统才有了初步的进展。近几年，我国虽然在经济发展上取得了举世瞩目的成就，但在空气清洁方面相对于其他国家还是存在一定的差距。?
无论在国内或者在国外,城市的空气质量都不高，净化空气的方法通常有植物或者电子设备，但是城市人工作繁忙，对植物的照顾可能不到位，因此净化空气最好的方法就是使用电子设备，而最有效率的电子设备就是新风系统。
1.3 本论文主要内容
本设计是我利用学习到的专业知识设计的一款以提高室内空气质量为目的的新风系统，通过前期的准备，我将此次设计分为下面四个步骤：
（1）对比国内外新风系统的发展状况，根据人们日常生活的需求，提出了本课题的总体设计方案及功能电路的选择。包括设计控制电路、显示电路和数据采集电路等电路。
（2）本设计的主要硬件电路包括STC89C52单片机处理电路、LCD1602显示电路、电流放大驱动电路、粉尘传感器电路和二氧化碳浓度传感器电路等，组成了一套硬件平台。
（3）本设计的软件程序包括主程序、驱动子程序、显示子程序以及上位机界面的程序处理算法的研究。
（4）进行软件和硬件的联调。包括待机显示界面、空气质量检测功能、档位切换功能、开关机设定功能以及智能通风功能等。
经过对实验数据和现象的分析可知，本课题研究的室内新风系统可以检测PM2.5和CO2的浓度，并将数据显示在显示电路上，还能够在PM2.5或O2的浓度超标时发出报警，并控制通风电路运行净化空气。本次设计的室内新风系统基本达到了设计要求。 2 系统结构及元件选择
2.1 系统整体结构
本课题的设计实质为嵌入式系统的设计，就此涉及到硬件电路和软件程序两部分的设计，所以在总体方案的确定上要做到两者的独立完善而又统筹兼顾。系统的总体方案如图2.1所示。
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