即时通讯技术的pm2.5检测系统设计
PM2.5是近年来备受公众瞩目的一项环境指标，“雾霾”是它的另一个名字。相对应的，人们对PM2.5的关注也在提高，个人如何检测PM2.5成为大家关心的问题。而基于无线通讯技术的PM2.5检测系统应运而生。课题针对小面积室内环境的PM2.5检测，具有实时检测颗粒度的功能，并在浓度过高时预警。课题首先搭建系统硬件平台：由夏普gp2y1010au灰尘传感器、Arduino Uno开发板和HC-06蓝牙模块构成。在此基础上熟悉通信协议，并在Android Studio和Arduino IDE平台下开发软件，实现实时检测及预警功能。课题完成成品具有成本小、结构简单、拓展性强的特点，经过测试验证，实现预设工作要求，满足毕设要求。
目录
第一章绪论 1
1.1PM2.5课题背景及意义 1
1.2国内外发展现状 1
1.3课题的研究内容 2
第二章系统及开发平台 3
2.1系统综述 3
2.2开发平台 4
2.2.1软件开发平台Android 4
2.2.2硬件开发平台Arduino IDE 6
2.3本章小结 6
第三章系统硬件架构设计 7
3.1系统硬件 7
3.1.1传感器模块 7
3.1.2Arduino Uno模块 8
3.1.3蓝牙模块HC06 10
3.1.4Android设备 11
3.2各模块数据传输通信协议 11
3.2.1 Arduino数据传输及IIC协议 12
3.2.2串口协议 13
3.2.3蓝牙通讯协议 14
3.3本章小结 16
第四章系统软件框架设计 17
4.1Arduino IDE的基本使用 17
4.1.1PM2.5传感器的软件设计 18
4.1.2蓝牙模块软件设计 19
4.2Android Studio编程设计 20
4.3本章总结 26
第五章系统各版块调试以及总体联调 27
5.1PM2.5传感器调试 27
5
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
.2蓝牙模块调试 30
5.3系统总体联调 32
5.4本章小结 35
结束语 36
总结 36
展望 36
致 谢 37
参考文献 38
第一章绪论
1.1PM2.5课题背景及意义
智能家居有别于传统家电，是“带在身边的家居”，是一种新型的，硬件与软件高度结合的家居设备，它可以应用在各个生活家居上，例如中央空调、蓝牙音响、安全监控等。智能家居是建立在网路技术、自动控制技术以及计算机技术的基础上，连接家居设备使其协调工作，实现家居生活的智能化管理[12]。
2015年，记者柴静所拍摄的纪录片《穹顶之下》引发了大众对于雾霾的关注和重视，空气环境质量一度成为了人们所关心的问题。认识到了雾霾的危害以后，人们对空气检测和灾情预警的要求也在逐步提升，每日更新的天气预报已经无法满足人们对于PM2.5情报的要求，人们急需一款可以实时获知周遭环境空气情况的设备。
伴随智能设备大力发展的浪潮和大众对于空气检测的需求，智能PM2.5检测系统的研究也就应运而生了。它集中了智能家电的优点，同时达到了空气监测设备的要求，并且摆脱了传统检测设备笨重的形象，灵巧方便。目前主流的PM2.5检测系统大多数利用无线通讯技术，实现中小范围内的空气环境监控，通常配有对应产品的App，只需在移动设备上安装App，即可实现远程监控，实现了空气检测的远程化，智能化，人性化。
智能化的PM2.5系统不仅具有商业上的良好前景，更重要的是，它是一项便民设施，能够有效监测身边的空气质量，而不仅仅依靠各个站点的地方数据，数据更加精准，做到实时预警，防灾避害。未来，这样的设备将被大力普及。
1.2国内外发展现状
目前国内外针对PM2.5检测的机构有很多。
美国环保局早在20多年前就开始了对PM10和PM2.5的网络化观测，而欧洲EMEP当局加上十几个国家都有参与PM2.5观测。
国内有关PM2.5检测的建设也在不断加强。2012年国内举行了“全国环保工作会议”，在爆出了雾霾危害以后，国内针对PM2.5的站点建设快速发展，截止2012年国内已经有195个站点完成PM2.5检测装备的调试并试运行，有超过100个站点正式检测并发布数据。
而国内也有许多检测PM2.5的优秀产品，例如南京理工大学泰州科技学院的王昊和孔令荣设计的PM2.5浓度无线检测系统。这个系统同样采用GP2Y10传感器采集PM2.5浓度信息，利用nRF24L01无线模块实现无线传输，而硬件方面使用的是AT89S52单片机外加一块LCD显示屏。系统利用单片机控制灰尘传感器，借由高速稳定的无线系统实现PM2.5的检测[10]。还有李洁，蒋雪峰设计的“基于物联网的PM2.5智能检测系统”，整个系统有检测中心和二级检测器组成。PM2.5检测中心包括控制终端、PM2.5检测器、单片机、Zigbee模块、电源和空气净化器等。该系统结构较为简单、覆盖范围广、成本低、效率高、人性化、安装简易，可以完成对监控区域的PM2.5检测任务，并且改善用户的生活质量[8]。
1.3课题的研究内容
本论文根据当前智能家居的发展趋势以及考虑到用户使用时的便利性[12]，设计了一种基于蓝牙通讯技术和Android开发技术的PM2.5检测系统。它是利用传感器所获得的特性值电压，经由主控板逻辑化功能以后，利用蓝牙通讯发送到移动端，实现数据处理、展示、以及控制功能。本系统通过传感器模块、媒介器模块、蓝牙模块，搭建起基于蓝牙2.0的智能PM2.5检测系统。
课题目标实现的功能有：
1）手机打开蓝牙以后，实时显示室内的PM2.5数值。
2）当PM2.5数值过高时，手机端会变色并提示用户注意防护PM2.5。
3）当PM2.5数据过高时，硬件部分红色LED灯闪烁。
论文的章节组织结构如下：
1）第一章介绍了PM2.5检测系统的概念和国内外有关空气检测设备发展研究现状，并对本课题的研究内容做了相关介绍。
2）第二章为基于无线通讯技术的PM2.5检测系统中相关的分析和介绍，以硬件软件之分对系统所使用的开发平台进行了介绍，包括软件开发的Android平台和硬件采用的Arduino IDE平台等相关理论。
3）第三章首先介绍了PM2.5检测系统的硬件框架设计，主要阐述了硬件系统的整体框架，并对系统中各个模块的选择和通信协议进行说明。
目录
第一章绪论 1
1.1PM2.5课题背景及意义 1
1.2国内外发展现状 1
1.3课题的研究内容 2
第二章系统及开发平台 3
2.1系统综述 3
2.2开发平台 4
2.2.1软件开发平台Android 4
2.2.2硬件开发平台Arduino IDE 6
2.3本章小结 6
第三章系统硬件架构设计 7
3.1系统硬件 7
3.1.1传感器模块 7
3.1.2Arduino Uno模块 8
3.1.3蓝牙模块HC06 10
3.1.4Android设备 11
3.2各模块数据传输通信协议 11
3.2.1 Arduino数据传输及IIC协议 12
3.2.2串口协议 13
3.2.3蓝牙通讯协议 14
3.3本章小结 16
第四章系统软件框架设计 17
4.1Arduino IDE的基本使用 17
4.1.1PM2.5传感器的软件设计 18
4.1.2蓝牙模块软件设计 19
4.2Android Studio编程设计 20
4.3本章总结 26
第五章系统各版块调试以及总体联调 27
5.1PM2.5传感器调试 27
5
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.2蓝牙模块调试 30
5.3系统总体联调 32
5.4本章小结 35
结束语 36
总结 36
展望 36
致 谢 37
参考文献 38
第一章绪论
1.1PM2.5课题背景及意义
智能家居有别于传统家电，是“带在身边的家居”，是一种新型的，硬件与软件高度结合的家居设备，它可以应用在各个生活家居上，例如中央空调、蓝牙音响、安全监控等。智能家居是建立在网路技术、自动控制技术以及计算机技术的基础上，连接家居设备使其协调工作，实现家居生活的智能化管理[12]。
2015年，记者柴静所拍摄的纪录片《穹顶之下》引发了大众对于雾霾的关注和重视，空气环境质量一度成为了人们所关心的问题。认识到了雾霾的危害以后，人们对空气检测和灾情预警的要求也在逐步提升，每日更新的天气预报已经无法满足人们对于PM2.5情报的要求，人们急需一款可以实时获知周遭环境空气情况的设备。
伴随智能设备大力发展的浪潮和大众对于空气检测的需求，智能PM2.5检测系统的研究也就应运而生了。它集中了智能家电的优点，同时达到了空气监测设备的要求，并且摆脱了传统检测设备笨重的形象，灵巧方便。目前主流的PM2.5检测系统大多数利用无线通讯技术，实现中小范围内的空气环境监控，通常配有对应产品的App，只需在移动设备上安装App，即可实现远程监控，实现了空气检测的远程化，智能化，人性化。
智能化的PM2.5系统不仅具有商业上的良好前景，更重要的是，它是一项便民设施，能够有效监测身边的空气质量，而不仅仅依靠各个站点的地方数据，数据更加精准，做到实时预警，防灾避害。未来，这样的设备将被大力普及。
1.2国内外发展现状
目前国内外针对PM2.5检测的机构有很多。
美国环保局早在20多年前就开始了对PM10和PM2.5的网络化观测，而欧洲EMEP当局加上十几个国家都有参与PM2.5观测。
国内有关PM2.5检测的建设也在不断加强。2012年国内举行了“全国环保工作会议”，在爆出了雾霾危害以后，国内针对PM2.5的站点建设快速发展，截止2012年国内已经有195个站点完成PM2.5检测装备的调试并试运行，有超过100个站点正式检测并发布数据。
而国内也有许多检测PM2.5的优秀产品，例如南京理工大学泰州科技学院的王昊和孔令荣设计的PM2.5浓度无线检测系统。这个系统同样采用GP2Y10传感器采集PM2.5浓度信息，利用nRF24L01无线模块实现无线传输，而硬件方面使用的是AT89S52单片机外加一块LCD显示屏。系统利用单片机控制灰尘传感器，借由高速稳定的无线系统实现PM2.5的检测[10]。还有李洁，蒋雪峰设计的“基于物联网的PM2.5智能检测系统”，整个系统有检测中心和二级检测器组成。PM2.5检测中心包括控制终端、PM2.5检测器、单片机、Zigbee模块、电源和空气净化器等。该系统结构较为简单、覆盖范围广、成本低、效率高、人性化、安装简易，可以完成对监控区域的PM2.5检测任务，并且改善用户的生活质量[8]。
1.3课题的研究内容
本论文根据当前智能家居的发展趋势以及考虑到用户使用时的便利性[12]，设计了一种基于蓝牙通讯技术和Android开发技术的PM2.5检测系统。它是利用传感器所获得的特性值电压，经由主控板逻辑化功能以后，利用蓝牙通讯发送到移动端，实现数据处理、展示、以及控制功能。本系统通过传感器模块、媒介器模块、蓝牙模块，搭建起基于蓝牙2.0的智能PM2.5检测系统。
课题目标实现的功能有：
1）手机打开蓝牙以后，实时显示室内的PM2.5数值。
2）当PM2.5数值过高时，手机端会变色并提示用户注意防护PM2.5。
3）当PM2.5数据过高时，硬件部分红色LED灯闪烁。
论文的章节组织结构如下：
1）第一章介绍了PM2.5检测系统的概念和国内外有关空气检测设备发展研究现状，并对本课题的研究内容做了相关介绍。
2）第二章为基于无线通讯技术的PM2.5检测系统中相关的分析和介绍，以硬件软件之分对系统所使用的开发平台进行了介绍，包括软件开发的Android平台和硬件采用的Arduino IDE平台等相关理论。
3）第三章首先介绍了PM2.5检测系统的硬件框架设计，主要阐述了硬件系统的整体框架，并对系统中各个模块的选择和通信协议进行说明。
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