室内有害气体监测系统设计【字数：8465】
摘 要室内环境质量会对身体的健康产生非常重要的影响，不单单湿度和温度会产生巨大影响，更重要的是一些有害气体，如甲醛，氨等有毒气体会对健康造成巨大的危害。本课题设计了一种在线监测系统，该系统可以针对室内甲醛，氨气和温湿度进行实时的监测，可以让人们对当前的环境充分地了解。系统的下位机是由STM32F103 MCU以及部分传感器构成，主机则是通过Visual Basic 6.0进行开发。通信系统则通过RS-485来进行实现。本系统所使用的计算方法是中值平均滤波法，该方法可以在信号捕获的期间对传感器的干扰分量进行滤除。并且在本系统中，两种基于自适应加权，以及模糊理论的多传感器数据融合算法被提出。前一种方法不仅仅可以充分利用到传感器最为开始的数据，此外，还可以对所获得的数据误差以及精度等信息进行整合，并在最小总方差的前提下优化融合值。由于各种不同的气体浓度或者是空气湿度对身体健康的影响各有不同，而本课题所使用的模糊决策级数据融合可以让人们对室内环境质量产生更清楚直观的认识。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 背景介绍 1
1.2 数据融合技术 1
1.3 检测控制系统的国内外概况及发展趋势 2
1.4 选题意义 3
第二章 系统的分析及总体结构设计 4
2.1 传感器的原理与选型 4
2.2 系统总体结构 5
2.3 本章小结 7
第三章 下位机的硬件电路设计 8
3.1 控制器选型及内部结构 8
3.2 气体传感器电路设计 9
3.3 通信模块的设计 10
3.4 显示电路设计 10
3.5 控制及报警电路设计 11
3.6 本章小结 11
第四章 系统软件设计 12
4.1 STM32 开发环境 12
4.2 系统下位机软件设计 12
4.3 上位机设计 13
4.4 本章小结 14
第五章 系统测试与分析 15
5.1 系统测试 15
5.2 系统性能验证 16
5.3 本章小结 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
第一章 绪论
1.1 背景介绍
随着中国发展的迅速发展，现代人的生活环境越来越好，生活质量也不断提高。当然，人们对居住的房间、教室以及办公室等各种各样的室内环境空气等质量方面的要求越来越高。室内装饰，家具，电器等用途很受欢迎。但是，由于市场的装修材料，一部分产品使用了环保材料，加上效果，室内的有害气体浓度已超过该产品的浓度。所谓环境友好型材料，换句话说，就是该材料排放有害气体的浓度完全符合各个相关部门的规定。但是，这并不意味着符合国家相关部门的规定。如果把几种环保材料所制作而成产品，如家具或者电器之类的物品置于室内，将它们所产生的有毒有害气体收集到一块，甲醛或者是氨等有毒有害的气体浓度有可能超过标准值，则证明这些材料还达不到环保的要求。环境也许还不够安全，但作为环保材料，不用说使用不恰当的材料。用室内装饰所产生的甲醛和氨，不光会简单威胁人们的身体健康，更严重的时候，还会威胁到人们的生命，一些常见的病症都会由这些气体所引起，如癌症、白血病等。因此，需要以较高的精度测量到甲醛或者是氨的浓度，并及时地予以控制。
这些有害气体主要基于甲醛和氨。我们大多数人认为，在刚装修过的房间里频繁通风时，他们的健康就不会受到这些有害气体的威胁。确实通风有用，但这些非常微小的有害气体不断排放，这些气体的浓度在关上门之前迅速地回到了空气中。需要知道甲醛和氨的挥发时间可以达到10年到20年，短期通气只能治标不治本。而如果在室外释放的话，就会极大地增加人们的风险性，尤其是夏天比较炎热的时候，这个时候的身体的活性最高。在这个时候，要格外注意室内有毒有害气体对人体的危害。
1.2 数据融合技术
数据的融合技术最初应用在第二次世界大战中出现，防空雷达系统是最开始使用光学距离检测的技术，雷达和光学传感这两种技术的融合不仅仅是大大降低了测量的难度，也大大提高了测量的精度。而且这两者的结合还会增强系统的抗误差以及对外界干扰进行抵抗的能力，从而可以极大地提高系统对目标进行攻击的准确率。而在当时，电脑还没有问世，需要进行手动操作，才可以对信息进行综合以及信息判定。数据融合的这个术语是从20世纪70年代开始出现的，而在当时关于这方面的介绍和记录资料都相当少，只有20世纪80年代末，美国每年召开两次会议，决定进行数据融合方面的技术交流。这些分别由（指挥、通信、控制、信息）技术委员会和国际光学工学生学会资助，而到了20世纪末期，数据融合的技术在美国得到了更进一步的研究，该项目成为美国的一项重点研究项目，并且每一年还投入了非常多的金钱对这个项目予以支撑。数据融合技术的重要性已经被世界各国都意识到，并且各个国家都在沿着美国走过的路上向前发展，而这些国家包含了英国、俄罗斯、德国等很多发达国家。
和那些已经成熟的发达国家相比起来，我们国家的数据融合技术起步时间晚了很多，但其发展速度惊人。特别是在过去十年中，它受到许多研究人员的追捧。我们的政府也非常支持数据融合技术的发展，并将这些数据融合技术纳入自然科学基金和一些特殊的计划。截止到目前，数据融合的技术已经不仅仅是用在军事的领域，还涉及到许许多多的其他方面和各种各样的行业，如图像分析、大数据整理、人工智能等。现代各种层面的技术都与数据的融合技术是完全无法分割的。数据的融合技术已慢慢应用于当前社会的各个行业以及领域。仅仅从其发展趋势来看，人工智能的技术正在变得越来越成熟，各种数据融合的技术正在变得越来越智能化，这就是数据融合的结果，它占到了围棋的顶端，是数据融合技术一项非常重要的成果。
1.3 检测控制系统的国内外概况及发展趋势
20世纪的末期，国外的一些发达国家已经生产出了一些非常实用的仪器，这些仪器可以良好地对室内环境进行监测，并且这些仪器的检查水平已经完全可以用于实际的环境，并且还可以完全达到WHO所规定的要求。这些仪器在使用的时候一般情况下都是于现场进行取样，取样完成后，将样品送到一些测量部门或者是实验室进行接下来更进一步的处理。并且用这些仪器所测量得到的数据，说服力很强，这些数据可以用于法定仲裁、医学鉴定等等法律鉴定等层面。但是这些仪器也存在着很明显的缺陷，例如，得到这些数据的所需要的时间比较长，而且对数据的检查结果也会产生非常严重的延迟，需要大量时间的等待，并且需要专业人员进行操作。但是最重要的是这些仪器都非常昂贵。这些年以来，对各种有害气体的检测技术的发展也越来越快。伴随着技术发展的水平不断地提高，对测量系统的检测系统也在日臻变得完备，同时也对精度有了越来越高的要求。随着时间的发展，对于有毒有害气体的检测从需要大量的劳动以及价格高昂的检测中心或者是实验室中解放出来，走向了自动化的进程。因此，基于多传感器数据相融合的技术，对数据进行收集，这些仪器的未来发展趋势是集环境监测与环境控制于一体的室内有毒有害气体的控制系统。智能和低价的倾向是这类仪器的发展方向。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 背景介绍 1
1.2 数据融合技术 1
1.3 检测控制系统的国内外概况及发展趋势 2
1.4 选题意义 3
第二章 系统的分析及总体结构设计 4
2.1 传感器的原理与选型 4
2.2 系统总体结构 5
2.3 本章小结 7
第三章 下位机的硬件电路设计 8
3.1 控制器选型及内部结构 8
3.2 气体传感器电路设计 9
3.3 通信模块的设计 10
3.4 显示电路设计 10
3.5 控制及报警电路设计 11
3.6 本章小结 11
第四章 系统软件设计 12
4.1 STM32 开发环境 12
4.2 系统下位机软件设计 12
4.3 上位机设计 13
4.4 本章小结 14
第五章 系统测试与分析 15
5.1 系统测试 15
5.2 系统性能验证 16
5.3 本章小结 17
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
第一章 绪论
1.1 背景介绍
随着中国发展的迅速发展，现代人的生活环境越来越好，生活质量也不断提高。当然，人们对居住的房间、教室以及办公室等各种各样的室内环境空气等质量方面的要求越来越高。室内装饰，家具，电器等用途很受欢迎。但是，由于市场的装修材料，一部分产品使用了环保材料，加上效果，室内的有害气体浓度已超过该产品的浓度。所谓环境友好型材料，换句话说，就是该材料排放有害气体的浓度完全符合各个相关部门的规定。但是，这并不意味着符合国家相关部门的规定。如果把几种环保材料所制作而成产品，如家具或者电器之类的物品置于室内，将它们所产生的有毒有害气体收集到一块，甲醛或者是氨等有毒有害的气体浓度有可能超过标准值，则证明这些材料还达不到环保的要求。环境也许还不够安全，但作为环保材料，不用说使用不恰当的材料。用室内装饰所产生的甲醛和氨，不光会简单威胁人们的身体健康，更严重的时候，还会威胁到人们的生命，一些常见的病症都会由这些气体所引起，如癌症、白血病等。因此，需要以较高的精度测量到甲醛或者是氨的浓度，并及时地予以控制。
这些有害气体主要基于甲醛和氨。我们大多数人认为，在刚装修过的房间里频繁通风时，他们的健康就不会受到这些有害气体的威胁。确实通风有用，但这些非常微小的有害气体不断排放，这些气体的浓度在关上门之前迅速地回到了空气中。需要知道甲醛和氨的挥发时间可以达到10年到20年，短期通气只能治标不治本。而如果在室外释放的话，就会极大地增加人们的风险性，尤其是夏天比较炎热的时候，这个时候的身体的活性最高。在这个时候，要格外注意室内有毒有害气体对人体的危害。
1.2 数据融合技术
数据的融合技术最初应用在第二次世界大战中出现，防空雷达系统是最开始使用光学距离检测的技术，雷达和光学传感这两种技术的融合不仅仅是大大降低了测量的难度，也大大提高了测量的精度。而且这两者的结合还会增强系统的抗误差以及对外界干扰进行抵抗的能力，从而可以极大地提高系统对目标进行攻击的准确率。而在当时，电脑还没有问世，需要进行手动操作，才可以对信息进行综合以及信息判定。数据融合的这个术语是从20世纪70年代开始出现的，而在当时关于这方面的介绍和记录资料都相当少，只有20世纪80年代末，美国每年召开两次会议，决定进行数据融合方面的技术交流。这些分别由（指挥、通信、控制、信息）技术委员会和国际光学工学生学会资助，而到了20世纪末期，数据融合的技术在美国得到了更进一步的研究，该项目成为美国的一项重点研究项目，并且每一年还投入了非常多的金钱对这个项目予以支撑。数据融合技术的重要性已经被世界各国都意识到，并且各个国家都在沿着美国走过的路上向前发展，而这些国家包含了英国、俄罗斯、德国等很多发达国家。
和那些已经成熟的发达国家相比起来，我们国家的数据融合技术起步时间晚了很多，但其发展速度惊人。特别是在过去十年中，它受到许多研究人员的追捧。我们的政府也非常支持数据融合技术的发展，并将这些数据融合技术纳入自然科学基金和一些特殊的计划。截止到目前，数据融合的技术已经不仅仅是用在军事的领域，还涉及到许许多多的其他方面和各种各样的行业，如图像分析、大数据整理、人工智能等。现代各种层面的技术都与数据的融合技术是完全无法分割的。数据的融合技术已慢慢应用于当前社会的各个行业以及领域。仅仅从其发展趋势来看，人工智能的技术正在变得越来越成熟，各种数据融合的技术正在变得越来越智能化，这就是数据融合的结果，它占到了围棋的顶端，是数据融合技术一项非常重要的成果。
1.3 检测控制系统的国内外概况及发展趋势
20世纪的末期，国外的一些发达国家已经生产出了一些非常实用的仪器，这些仪器可以良好地对室内环境进行监测，并且这些仪器的检查水平已经完全可以用于实际的环境，并且还可以完全达到WHO所规定的要求。这些仪器在使用的时候一般情况下都是于现场进行取样，取样完成后，将样品送到一些测量部门或者是实验室进行接下来更进一步的处理。并且用这些仪器所测量得到的数据，说服力很强，这些数据可以用于法定仲裁、医学鉴定等等法律鉴定等层面。但是这些仪器也存在着很明显的缺陷，例如，得到这些数据的所需要的时间比较长，而且对数据的检查结果也会产生非常严重的延迟，需要大量时间的等待，并且需要专业人员进行操作。但是最重要的是这些仪器都非常昂贵。这些年以来，对各种有害气体的检测技术的发展也越来越快。伴随着技术发展的水平不断地提高，对测量系统的检测系统也在日臻变得完备，同时也对精度有了越来越高的要求。随着时间的发展，对于有毒有害气体的检测从需要大量的劳动以及价格高昂的检测中心或者是实验室中解放出来，走向了自动化的进程。因此，基于多传感器数据相融合的技术，对数据进行收集，这些仪器的未来发展趋势是集环境监测与环境控制于一体的室内有毒有害气体的控制系统。智能和低价的倾向是这类仪器的发展方向。
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