wifi的空气质量实时监测系统设计
摘 要本课题主要对智能空气质量实时监测系统的国内外发展现状以及发展历程、软硬件系统以及系统调试等内容进行了说明，最后实现了一款能够实现对空气悬浮物以及其他有毒有害气体的检测并且当这些污染物浓度较高而使得空气质量下降时进行报警的功能，在报警功能上可以通过蜂鸣器现场报警和WIFI发送手机短信的远程，该款智能空气质量实时监测系统归属一种标准的电子系统，其电路内部是选用市场上综合最高的STC89C52单片机作主控的，本系统通过这种型号的主控核心的嵌入，大幅度压缩了整个系统的设计成本、开发时间以及系统工作时的功率消耗等参数。该系统在硬件上主要由单片机最小系统和LCD1602显示电路、ADC0832模数转换电路、GP2Y1014AU传感器电路、蜂鸣器报警电路和等必要电路组成，在软件程序上主要由主程序以及各模块的控制子程序组成，通过软硬件电路的相互配合，实现了智能空气质量实时监测系统的高速运转，实现对各个功能的执行。经过多个方面多个角度的测试之后发现这种系统不但系统内部运行稳定并且尤为流畅，在人机交互体验感上亦含有很好的效果。
目录
一、 引言 1
（一） 无线空气质量检测器的发展背景 1
（二） 无线空气质量检测器的发展现状 2
（三） 主要内容 3
二、 无线空气质量检测器的方案设计 4
三、 系统硬件设计 5
（一） 无线空气质量检测器的主控电路设计 5
1. STC89C52单片机简介 5
2. 最小系统电路设计 5
（二） 空气质量检测系统的液晶屏电路设计 6
（三） PM2.5空气质量检测电路设计 7
1. GP2Y1014AU型PM2.5传感器简介 7
2. PM2.5空气质量检测电路设计 8
（四） 空气质量恶化报警电路设计 9
（五） WIFI报警电路设计 10
1. ESP8266型WIFI模块简介 10
2. WIFI报警电路设计 10
四、 系统软件设计 12
（一） 无线空气质量检测器的主程序流程设计 12
（二） PM2.5空气质量检测流程设计 12
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（三） 空气质量恶化报警流程设计 13
（四） WIFI报警流程设计 14
五、 系统仿真调试 15
（一） 启动仿真 16
（二） 模拟PM2.5浓度变化 17
（三） 设置报警阀值 18
（四） PM2.5浓度超标报警 19
总结与展望 20
参考文献 21
致 谢 22
附录 23
引言
无线空气质量检测器的发展背景
在工业环境以及各种智能仪器仪表中都能够看到微控制系统的使用，由于现如今高性能CPU生产技术可以在单片机芯片中的正常运行，从而它能够完成众多之前实现不了的性能，在许多方面拉近了控制系统与人们生活相互间的密切关系，使单片机系统逐渐向生活化和普遍化趋势迈进。本论文所要研发的这类智能空气质量实时监测系统里面是由控制器当作处理器的，众多技术人员喜欢将电路架构配置成单核或ARM多核模式，通过多个控制核心的并行工作提高智能空气质量实时监测系统的数据处理速度和对于数据处理的精度，就像手机中的八核处理器一样，以主控处理器作为主控的智能空气质量实时监测系统之所以可以取得现在的研究成果，是与单片机技术分不开的，现如今科学技术能够把DSP内核、ARM内核轻松的内部设计到单片机芯片中进行方便调取和使用，小数点运算和乘法运算在单片机芯片都得到了完美的诠释。
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图1 空气质量检测器
本论文将要配置的这种类型的智能空气质量实时监测系统里面将以STC89C52单片机当作架构的重要部分，通过C语言程序代码的配置并且结合硬件电路完成一种高性价比的电子系统，这款系统的完成在侧面反映了当前控制芯片在人们生产生活中的地位，目前以单片机芯片作为核心的智能空气质量实时监测系统在一定程度上满足了用户日益增加的需求量，技术人员通过持续对其指标的提升来增加它的效果。较早期的智能空气质量实时监测系统中使用的控制芯片性能以8位机乃至是更低的4位机为主，这些主控处理器中的中央处理器内核性能相对今日的32位机来说，性能尤为低，就拿一个简单的乘法运算来说，因为早期的主控处理器中没有集成硬件乘法器模块，因此只能通过CPU中的加法运算模块完成乘法运算，这所需要执行多条指令并且耗费多个时钟周期才能实现一个运算，因此该早期的智能空气质量实时监测系统对数据的处理能力非常弱，如果出现大数据运算，经常会出现卡机和死机等错误现象，这是初期控制系统的主要特征。飞速发展的单片机技术带来的不但是数据处理性能上的增加，更完成了多种关键技术的兼容和相互调用，就以STM32这种型号的非常出名的控制器来说，它以ARM内核著名于世，甚至高端款的STM32还被嵌入了数字信号处理模块（DSP），单核运行频率最高可达1.2GHz，这种效果对于视频以及图像的处理尤为出色，把这些具备高档内核的微处理器芯片配置在智能空气质量实时监测系统中带来的不单单是对它的传统功能的扩展，更加在每个功能上对其指标进行了大幅度的增加，这也是智能空气质量实时监测系统在未来的主要发展方向。智能空气质量实时监测系统是本课题的主要研究对象，本课题将结合大学期间所学的单片机知识、模拟电子、数字电路和Protel软件的使用，配置一种性能出色的智能空气质量实时监测系统。
无线空气质量检测器的发展现状
如今世界上对于智能空气质量实时监测系统的顶尖研究设计技术资料只是学会在特别少一部分国家或企业当中，从而智能空气质量实时监测系统的生产研究成本还下不来。国际上现如今对智能空气质量实时监测系统研究的研究人员愈发多，与此同时大学中亦有许多人在参与对智能空气质量实时监测系统的研发。目前性能最高的一些智能空气质量实时监测系统产品使用的是以32位内核处理器作为主控的与此同时具备超快运算速度的系统，由于其内核能够在单位时间内对32比特的二进制数据进行并且运算，从而作比较市面上绝大多数16位内核产品来说要快得多。智能空气质量实时监测系统的性价比指标是当前市场上相关产品的制胜重要因素，由于现如今一些以16位处理器当作主控的智能空气质量实时监测系统相比于32位产品具有更低的价格，从而它能比32位产品获取更多的使用人员，不过随着32位微处理器的生产研发成本正在持续减小，未来不久32位的智能空气质量实时监测系统必将更加具备竞争力。
主要内容
本课题将要实现一款能够实现对空气悬浮物以及其他有毒有害气体的检测并且当这些污染物浓度较高而使得空气质量下降时进行报警的功能，在报警功能上可以通过蜂鸣器现场报警和WIFI发送手机短信的远程。
无线空气质量检测器的方案设计
下图为无线空气质量检测器系统的实现方案框图设计，下面对这个方案的实现原理进行介绍，首先本课题是以STC89C52单片机来作为主控部分的，在实现空气质量检测方面主要是对空气中的悬浮颗粒以及常见有毒有害气体的浓度进行实时检测，为此本课题选用了一款GP2Y1014AU型的高集成度传感器来实现这个功能，这个传感器输出的信号为模拟电压值信号，其输出电压大小在一定程度上反映了空气受污染的程度，即输出电压越大则表示空气质量越低。由于STC89C52单片机无法直接对该传感器输出的直流模拟电压信号进行采集和使用，因此在下图框图中配置了一个AD转换部分，将该传感器输出的电压转换为数字信号并送入单片机进行处理，从而使得系统获取到空气质量的参数。
目录
一、 引言 1
（一） 无线空气质量检测器的发展背景 1
（二） 无线空气质量检测器的发展现状 2
（三） 主要内容 3
二、 无线空气质量检测器的方案设计 4
三、 系统硬件设计 5
（一） 无线空气质量检测器的主控电路设计 5
1. STC89C52单片机简介 5
2. 最小系统电路设计 5
（二） 空气质量检测系统的液晶屏电路设计 6
（三） PM2.5空气质量检测电路设计 7
1. GP2Y1014AU型PM2.5传感器简介 7
2. PM2.5空气质量检测电路设计 8
（四） 空气质量恶化报警电路设计 9
（五） WIFI报警电路设计 10
1. ESP8266型WIFI模块简介 10
2. WIFI报警电路设计 10
四、 系统软件设计 12
（一） 无线空气质量检测器的主程序流程设计 12
（二） PM2.5空气质量检测流程设计 12
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
（三） 空气质量恶化报警流程设计 13
（四） WIFI报警流程设计 14
五、 系统仿真调试 15
（一） 启动仿真 16
（二） 模拟PM2.5浓度变化 17
（三） 设置报警阀值 18
（四） PM2.5浓度超标报警 19
总结与展望 20
参考文献 21
致 谢 22
附录 23
引言
无线空气质量检测器的发展背景
在工业环境以及各种智能仪器仪表中都能够看到微控制系统的使用，由于现如今高性能CPU生产技术可以在单片机芯片中的正常运行，从而它能够完成众多之前实现不了的性能，在许多方面拉近了控制系统与人们生活相互间的密切关系，使单片机系统逐渐向生活化和普遍化趋势迈进。本论文所要研发的这类智能空气质量实时监测系统里面是由控制器当作处理器的，众多技术人员喜欢将电路架构配置成单核或ARM多核模式，通过多个控制核心的并行工作提高智能空气质量实时监测系统的数据处理速度和对于数据处理的精度，就像手机中的八核处理器一样，以主控处理器作为主控的智能空气质量实时监测系统之所以可以取得现在的研究成果，是与单片机技术分不开的，现如今科学技术能够把DSP内核、ARM内核轻松的内部设计到单片机芯片中进行方便调取和使用，小数点运算和乘法运算在单片机芯片都得到了完美的诠释。
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图1 空气质量检测器
本论文将要配置的这种类型的智能空气质量实时监测系统里面将以STC89C52单片机当作架构的重要部分，通过C语言程序代码的配置并且结合硬件电路完成一种高性价比的电子系统，这款系统的完成在侧面反映了当前控制芯片在人们生产生活中的地位，目前以单片机芯片作为核心的智能空气质量实时监测系统在一定程度上满足了用户日益增加的需求量，技术人员通过持续对其指标的提升来增加它的效果。较早期的智能空气质量实时监测系统中使用的控制芯片性能以8位机乃至是更低的4位机为主，这些主控处理器中的中央处理器内核性能相对今日的32位机来说，性能尤为低，就拿一个简单的乘法运算来说，因为早期的主控处理器中没有集成硬件乘法器模块，因此只能通过CPU中的加法运算模块完成乘法运算，这所需要执行多条指令并且耗费多个时钟周期才能实现一个运算，因此该早期的智能空气质量实时监测系统对数据的处理能力非常弱，如果出现大数据运算，经常会出现卡机和死机等错误现象，这是初期控制系统的主要特征。飞速发展的单片机技术带来的不但是数据处理性能上的增加，更完成了多种关键技术的兼容和相互调用，就以STM32这种型号的非常出名的控制器来说，它以ARM内核著名于世，甚至高端款的STM32还被嵌入了数字信号处理模块（DSP），单核运行频率最高可达1.2GHz，这种效果对于视频以及图像的处理尤为出色，把这些具备高档内核的微处理器芯片配置在智能空气质量实时监测系统中带来的不单单是对它的传统功能的扩展，更加在每个功能上对其指标进行了大幅度的增加，这也是智能空气质量实时监测系统在未来的主要发展方向。智能空气质量实时监测系统是本课题的主要研究对象，本课题将结合大学期间所学的单片机知识、模拟电子、数字电路和Protel软件的使用，配置一种性能出色的智能空气质量实时监测系统。
无线空气质量检测器的发展现状
如今世界上对于智能空气质量实时监测系统的顶尖研究设计技术资料只是学会在特别少一部分国家或企业当中，从而智能空气质量实时监测系统的生产研究成本还下不来。国际上现如今对智能空气质量实时监测系统研究的研究人员愈发多，与此同时大学中亦有许多人在参与对智能空气质量实时监测系统的研发。目前性能最高的一些智能空气质量实时监测系统产品使用的是以32位内核处理器作为主控的与此同时具备超快运算速度的系统，由于其内核能够在单位时间内对32比特的二进制数据进行并且运算，从而作比较市面上绝大多数16位内核产品来说要快得多。智能空气质量实时监测系统的性价比指标是当前市场上相关产品的制胜重要因素，由于现如今一些以16位处理器当作主控的智能空气质量实时监测系统相比于32位产品具有更低的价格，从而它能比32位产品获取更多的使用人员，不过随着32位微处理器的生产研发成本正在持续减小，未来不久32位的智能空气质量实时监测系统必将更加具备竞争力。
主要内容
本课题将要实现一款能够实现对空气悬浮物以及其他有毒有害气体的检测并且当这些污染物浓度较高而使得空气质量下降时进行报警的功能，在报警功能上可以通过蜂鸣器现场报警和WIFI发送手机短信的远程。
无线空气质量检测器的方案设计
下图为无线空气质量检测器系统的实现方案框图设计，下面对这个方案的实现原理进行介绍，首先本课题是以STC89C52单片机来作为主控部分的，在实现空气质量检测方面主要是对空气中的悬浮颗粒以及常见有毒有害气体的浓度进行实时检测，为此本课题选用了一款GP2Y1014AU型的高集成度传感器来实现这个功能，这个传感器输出的信号为模拟电压值信号，其输出电压大小在一定程度上反映了空气受污染的程度，即输出电压越大则表示空气质量越低。由于STC89C52单片机无法直接对该传感器输出的直流模拟电压信号进行采集和使用，因此在下图框图中配置了一个AD转换部分，将该传感器输出的电压转换为数字信号并送入单片机进行处理，从而使得系统获取到空气质量的参数。
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