室内环境监测系统的监测
室内环境监测系统的监测[20200102180022]
伴随着社会经济技术的发展，人们对生活质量也有了新的定义，即对各种生活舒适度有了新的理解。由于气象因素和其他各类污染物的影响，雾霾天气波及范围广泛且时间持久。另一方面，随着市场上装修材料的品种越来越繁复和各类生活用品的使用，人们对室内环境安全也是忧心忡忡，家居环境安全隐患四伏。室内装修后，由各种装修材料散发出的有害气体成为人们检测室内环境的主要物质，甲醛作为污染祸首。据日趋如此，室内有害气体将成为人类健康的主要凶手。根据课题要求并满足市场需求，设计了一款简易的室内温湿度和有害气体的综合检测系统。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机控制,传感器,室内环境监测,报警系统
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 研究现状及发展 2
1.3 研究目标和设计内容 3
2 系统方案设计 4
2.1 主控选择模块与论证 4
2.2 温湿度监测模块选择与论证 4
2.4 甲醛气体监测模块选择与论证 5
2.5 本章小结 5
3 硬件设计 6
3.1 系统电源部分设计 6
3.2 显示电路的设计 7
3.3 温湿度监测模块设计 8
3.4 燃气监测模块设计 10
3.5 甲醛监测模块设计 12
3.6 主控模块设计 14
3.7 报警电路 15
3.8 本章小结 16
4 系统软件设计 16
4.1 程序总设计 16
4.2 数据采集模块 18
4.3 显示模块 18
4.4 报警模块 20
4.5 本章小结 20
5 系统调试与实验 20
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录A 总原理图 25
附录B 实物图 26
附录C 仿真图 27
附录D 程序 28
1 绪论
1.1 研究背景及意义
伴随着社会经济技术的发展，人们生活的各方面要求也在逐步提高，人们对生活质量有了更高的要求，也就是对生活舒适度的有了新的理解。随着装修业的不断发展，人们对室内环境更加关注，其中包括对温湿度和有害气体的监测。时代在进步，各类木材燃料已经逐步退出市场和人们的生活，煤气和天然气作为气体燃料正占据着人们的生活。尽管天然气人们在人们的生活中看不见也闻不到气味，但是在送到作为用户的我们手中使用时，还要通过添加硫醇添加方便我们闻到煤气味,来帮助我们在日常生活使用中来检测是否泄漏。天然气没有一氧化碳那样强的毒性，因此它在本质上而言不会对人体造成危害。不过当室内的天然气浓度为高浓度时，同时其在空气中浓度超过10%以上时，容易导致人死亡。由于天然气是不能用来提供人类呼吸的气体，而空气中的氧气又不能够继续维持生命存在。天然气作为燃料的一种，当空气中含量达到5%至15%时，都可能导致爆炸的发生，从而造成人员伤亡。天然气的不完全燃烧产物是一氧化碳，一氧化碳无色无味，是一种有毒气体，点燃后火焰呈淡蓝色。一氧化碳与人体内的血红蛋白结合力易导致人体内的组织缺氧，导致人窒息情况的发生，从而引起人体内脏出血，严重情况下会发生水肿以及坏死的现象，可见一氧化碳对人体的危害非同一般。二氧化碳是天然气完全燃烧时的产物，二氧化碳是一种无色无味能融于水的带有酸味的气体，还有麻醉的作用，易于激发粘液膜和刺激皮肤。当燃烧产生的过多气体，而室内却未能及时使空气流通得到新鲜空气的补偿时，室内的氧含量就会逐渐减少，也会使人发生窒息的情况。日常生活中经常使用的的煤气也就是液化石油气，当操作不当时，也会给人体带来危害，严重情况下会麻醉人体的中枢神经，其在空气中的浓度超过10%时，就会导致人发生头昏的状况，以至窒息死亡。此外，当液化石油气不完全燃烧时产生留下的一氧化碳，在其达到一定浓度时也会使人类中毒。家庭所使用的液化石油气都具有易燃、易爆性质，碰到火源就会发生爆炸，在日常生活使用过程中，只有正确使用天然气才不会对人体的造成危害。甲醛污染主要来源于居室内的某些装饰材料中，甲醛给人体带来的危害更是不可抹灭的。日积月累，通过时间的洗涤，使存留在板材中的和未发生反应的甲醛逐渐释放到我们的生活环境中，从而对人体带来隐藏的危害[1]。
2003年3月颁布的“室内空气质量标准”，是我国的第一部有关空气质量的标准。这一标准指出了室内污染物给人们健康带来的危害，同时也表明国家对室内空气污染的高度重视。这一举措不但广泛引起了社会大众对室内空气污染问题的关注，同时为室内环境的监测仪器的发展提供了巨大的市场和无限商机[2]，研究设计一款室内环境监测系统很重要，既可以达到人们对环境监测以提高舒适度的要求，同时还能带动社会经济的发展。
1.2 研究现状及发展
环境监测是对环境质量进行综合检测、评价的一种方法，通过数据的采集读取，从而进行数据分析，确定环境质量。环境监测对于国外是一个成熟理念，其发展历史也有很久，环境监测技术在环境管理中发挥着重大作用。在400多年前，曾通过“玻璃管温度计”来确定温度的变化和高低，采用一端开口而另一端设有玻璃球的玻璃管构成前期的玻璃管温度计。通过先加热玻璃泡，然后玻璃管插入水中，依据玻璃管中的水面上下移动的方向和移动的距离多少从而鉴定温度的变化和高低[3]。
在中国，环境监测技术的起步比其他国家相对于晚一些，经过30年的发展后已经初具范畴。在20世纪早期的70年代，中国环境监测技术从国外引进，根据中国的环境保护的现状，建立了一个技术协会环境监测和环境保护局，提高了环境保护的制度和机构。计算机技术、网络技术、自动控制技术自20世纪90年代开始，不断成长，在各类仪器技术中广泛应用，使得环境监测技术实现了与多种技术的额融合环境监测技术实现了整体技术的升级和提高[4]。如今市场上已经有一些室内环境测量仪器，包括数字式的温湿度计、CO检测仪、甲醛测量仪等等，都是一些功能较为单一的监测仪器。由此可见，设计研发一款功能齐全，价格适中的室内环境检测系统是极其重要并具有使用和推广价值的。
1.3 研究目标和设计内容
1.3.1 研究目标
本课题研究目标是研究设计出相对于完备的室内环境监测系统，主要包括硬件和软件两大部分。系统的硬件部分包括系统电源，甲醛传感器，温湿度传感器，燃气传感器，液晶显示屏，键盘，声光报警电路以及复位电路等部分，系统的软件设计结合结构化设计并采用比较算法，比较设定值与采样值，现场处理分析、测量精度高、操作简单，从而判定是否实现声光报警。
1.3.2 设计内容
设计的内容如下：
（1）主控模块：选用STC12C5A60S2型号单片微型计算机作为控制单元；
（2）温湿度监测模块：选用DHT11传感器收集并读取温湿度数据；
（3）气体监测模块：采用MQ-2传感器及甲醛气体传感器采集并读取气体浓度；
（4）声光报警模块：采用蜂鸣器和发光二极管实现报警，超过预设上限值时自动声光报警；
（5）显示模块：通过液晶显示屏显示室内环境温湿度、甲醛浓度和燃气浓度当前测量值。
2 系统方案设计
为满足课题设计的要求，在本设计中采用了单片微型计算机为主的控制系统，通过学习传感器知识，在学习与复习的过程中，制作而成的室内温湿度和有害气体的监测系统。在程序设计语言上，选择了C语言来完成系统软件设计和调试。结合大学所学相关专业知识，运用单片机知识结合传感器和液晶屏显示等方面的技术，完成了单片微型计算机对温湿度、燃气浓度和甲醛浓度测试和数据进行采集、分析以及通过显示屏显示，系统整体地介绍了软硬件的组成和设计方法。
伴随着社会经济技术的发展，人们对生活质量也有了新的定义，即对各种生活舒适度有了新的理解。由于气象因素和其他各类污染物的影响，雾霾天气波及范围广泛且时间持久。另一方面，随着市场上装修材料的品种越来越繁复和各类生活用品的使用，人们对室内环境安全也是忧心忡忡，家居环境安全隐患四伏。室内装修后，由各种装修材料散发出的有害气体成为人们检测室内环境的主要物质，甲醛作为污染祸首。据日趋如此，室内有害气体将成为人类健康的主要凶手。根据课题要求并满足市场需求，设计了一款简易的室内温湿度和有害气体的综合检测系统。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机控制,传感器,室内环境监测,报警系统
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 研究现状及发展 2
1.3 研究目标和设计内容 3
2 系统方案设计 4
2.1 主控选择模块与论证 4
2.2 温湿度监测模块选择与论证 4
2.4 甲醛气体监测模块选择与论证 5
2.5 本章小结 5
3 硬件设计 6
3.1 系统电源部分设计 6
3.2 显示电路的设计 7
3.3 温湿度监测模块设计 8
3.4 燃气监测模块设计 10
3.5 甲醛监测模块设计 12
3.6 主控模块设计 14
3.7 报警电路 15
3.8 本章小结 16
4 系统软件设计 16
4.1 程序总设计 16
4.2 数据采集模块 18
4.3 显示模块 18
4.4 报警模块 20
4.5 本章小结 20
5 系统调试与实验 20
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录A 总原理图 25
附录B 实物图 26
附录C 仿真图 27
附录D 程序 28
1 绪论
1.1 研究背景及意义
伴随着社会经济技术的发展，人们生活的各方面要求也在逐步提高，人们对生活质量有了更高的要求，也就是对生活舒适度的有了新的理解。随着装修业的不断发展，人们对室内环境更加关注，其中包括对温湿度和有害气体的监测。时代在进步，各类木材燃料已经逐步退出市场和人们的生活，煤气和天然气作为气体燃料正占据着人们的生活。尽管天然气人们在人们的生活中看不见也闻不到气味，但是在送到作为用户的我们手中使用时，还要通过添加硫醇添加方便我们闻到煤气味,来帮助我们在日常生活使用中来检测是否泄漏。天然气没有一氧化碳那样强的毒性，因此它在本质上而言不会对人体造成危害。不过当室内的天然气浓度为高浓度时，同时其在空气中浓度超过10%以上时，容易导致人死亡。由于天然气是不能用来提供人类呼吸的气体，而空气中的氧气又不能够继续维持生命存在。天然气作为燃料的一种，当空气中含量达到5%至15%时，都可能导致爆炸的发生，从而造成人员伤亡。天然气的不完全燃烧产物是一氧化碳，一氧化碳无色无味，是一种有毒气体，点燃后火焰呈淡蓝色。一氧化碳与人体内的血红蛋白结合力易导致人体内的组织缺氧，导致人窒息情况的发生，从而引起人体内脏出血，严重情况下会发生水肿以及坏死的现象，可见一氧化碳对人体的危害非同一般。二氧化碳是天然气完全燃烧时的产物，二氧化碳是一种无色无味能融于水的带有酸味的气体，还有麻醉的作用，易于激发粘液膜和刺激皮肤。当燃烧产生的过多气体，而室内却未能及时使空气流通得到新鲜空气的补偿时，室内的氧含量就会逐渐减少，也会使人发生窒息的情况。日常生活中经常使用的的煤气也就是液化石油气，当操作不当时，也会给人体带来危害，严重情况下会麻醉人体的中枢神经，其在空气中的浓度超过10%时，就会导致人发生头昏的状况，以至窒息死亡。此外，当液化石油气不完全燃烧时产生留下的一氧化碳，在其达到一定浓度时也会使人类中毒。家庭所使用的液化石油气都具有易燃、易爆性质，碰到火源就会发生爆炸，在日常生活使用过程中，只有正确使用天然气才不会对人体的造成危害。甲醛污染主要来源于居室内的某些装饰材料中，甲醛给人体带来的危害更是不可抹灭的。日积月累，通过时间的洗涤，使存留在板材中的和未发生反应的甲醛逐渐释放到我们的生活环境中，从而对人体带来隐藏的危害[1]。
2003年3月颁布的“室内空气质量标准”，是我国的第一部有关空气质量的标准。这一标准指出了室内污染物给人们健康带来的危害，同时也表明国家对室内空气污染的高度重视。这一举措不但广泛引起了社会大众对室内空气污染问题的关注，同时为室内环境的监测仪器的发展提供了巨大的市场和无限商机[2]，研究设计一款室内环境监测系统很重要，既可以达到人们对环境监测以提高舒适度的要求，同时还能带动社会经济的发展。
1.2 研究现状及发展
环境监测是对环境质量进行综合检测、评价的一种方法，通过数据的采集读取，从而进行数据分析，确定环境质量。环境监测对于国外是一个成熟理念，其发展历史也有很久，环境监测技术在环境管理中发挥着重大作用。在400多年前，曾通过“玻璃管温度计”来确定温度的变化和高低，采用一端开口而另一端设有玻璃球的玻璃管构成前期的玻璃管温度计。通过先加热玻璃泡，然后玻璃管插入水中，依据玻璃管中的水面上下移动的方向和移动的距离多少从而鉴定温度的变化和高低[3]。
在中国，环境监测技术的起步比其他国家相对于晚一些，经过30年的发展后已经初具范畴。在20世纪早期的70年代，中国环境监测技术从国外引进，根据中国的环境保护的现状，建立了一个技术协会环境监测和环境保护局，提高了环境保护的制度和机构。计算机技术、网络技术、自动控制技术自20世纪90年代开始，不断成长，在各类仪器技术中广泛应用，使得环境监测技术实现了与多种技术的额融合环境监测技术实现了整体技术的升级和提高[4]。如今市场上已经有一些室内环境测量仪器，包括数字式的温湿度计、CO检测仪、甲醛测量仪等等，都是一些功能较为单一的监测仪器。由此可见，设计研发一款功能齐全，价格适中的室内环境检测系统是极其重要并具有使用和推广价值的。
1.3 研究目标和设计内容
1.3.1 研究目标
本课题研究目标是研究设计出相对于完备的室内环境监测系统，主要包括硬件和软件两大部分。系统的硬件部分包括系统电源，甲醛传感器，温湿度传感器，燃气传感器，液晶显示屏，键盘，声光报警电路以及复位电路等部分，系统的软件设计结合结构化设计并采用比较算法，比较设定值与采样值，现场处理分析、测量精度高、操作简单，从而判定是否实现声光报警。
1.3.2 设计内容
设计的内容如下：
（1）主控模块：选用STC12C5A60S2型号单片微型计算机作为控制单元；
（2）温湿度监测模块：选用DHT11传感器收集并读取温湿度数据；
（3）气体监测模块：采用MQ-2传感器及甲醛气体传感器采集并读取气体浓度；
（4）声光报警模块：采用蜂鸣器和发光二极管实现报警，超过预设上限值时自动声光报警；
（5）显示模块：通过液晶显示屏显示室内环境温湿度、甲醛浓度和燃气浓度当前测量值。
2 系统方案设计
为满足课题设计的要求，在本设计中采用了单片微型计算机为主的控制系统，通过学习传感器知识，在学习与复习的过程中，制作而成的室内温湿度和有害气体的监测系统。在程序设计语言上，选择了C语言来完成系统软件设计和调试。结合大学所学相关专业知识，运用单片机知识结合传感器和液晶屏显示等方面的技术，完成了单片微型计算机对温湿度、燃气浓度和甲醛浓度测试和数据进行采集、分析以及通过显示屏显示，系统整体地介绍了软硬件的组成和设计方法。
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