室内空气质量监测与控制系统设计【字数：11379】
摘 要随着物联网时代的发展与现代人生活的不断进步，现在人们将更多的关注点放在自身的生活和居住条件改善方面。由于现代人长时间地处于一个封闭空间内，对周围的生活环境也无暇顾及。长期处于室内家具及装修产生的甲醛和PM2.5下，会引起人头疼以及呼吸道问题。本文主要是针对现代人工作环境下的空气中甲醛和PM2.5浓度设计的一个空气质量监测系统。该系统主要分为如下四个部分第一个是数据的采集。通过光电传感器来计算采集甲醛和PM2.5的浓度，实现数据的采集；第二个是数据的传输与显示。通过ESP8266WIFI模块实现与PC端的数据传输，将数据显示在上位机中；第三个是数据分析。上位机对所接收到的数据进行分析判断，判断接收到的甲醛和PM2.5浓度是否在预定的范围内，是否对人体健康会产生危害。第四个是自动控制。当判定甲醛和PM2.5的浓度超出预定范围，会采取自动报警和自动开启净化机的操作，来达到空气净化的作用，为人类营造良好的生活环境。
Key words:Air quality monitoring and control system;Online?Monitoring 目录
1、引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究的发展现状与趋势 1
1.1.2室内空气质量监测系统发展现状 1
1.1.3 室内空气质量监测系统发展趋势 2
1.3 课题主要研究内容 2
2、系统研究影响 2
2.1课题研究的人文社会影响 2
2.2课题研究的环境影响 3
2.3课题研究的法律影响 3
3、系统开发环境与技术 3
3.1系统开发环境 3
3.2关键技术简介 4
3.2.1 C语言 4
3.2.2 WIFI通信技术 4
3.2.3 PCB 4
4、系统功能分析与设计 6
4.1 功能需求分析 6
4.1.1功能需求 6
4.1.2整体功能设计 6
4.2系统硬件部分功能设计 7
4.2.1 开发板的设计 7
4.2.2 传感器型号的选择 8
4.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
.3 报警与净化机 9
4.3 系统软件部分设计 10
4.3.1 显示界面 10
4.3.2 按键设置 11
4.4 系统的总体结构 12
4.5系统流程 12
5、系统的实现 14
5.1数据的采集 14
5.1.1 开发板的实现 14
5.2数据的传输与显示 15
5.2.1 WIFI无线传输 15
5.1.2 PMS5003ST传感器模块的实现 18
5.2.2 数据的显示 18
5.3数据分析 19
5.4自动控制 20
5.4.1 蜂鸣器模拟的警报 20
5.4.2 继电器模拟的净化机 22
6、系统的测试 25
6.1测试用例说明 25
6.2测试环境 25
6.3下位机测试 26
6.4上位测试 26
6.5总体测试 27
7、总结与展望 30
7.1总结 30
7.2展望 31
参考文献 32
致谢 33
1、引言
课题研究背景
在近几个世纪的技术革命中，人们也都实时把关注点放在自身的生活和居住条件的改善方面，并且也希望可以继续改善和提高自己现在的生活条件。在技术的不断发展与更新下，到了现在这个年代，网络与通信技术早就有了飞跃性的提升，技术的发展同时也不断推动经济的发展。在经济条件越来越好的状态下，人们现在拥有的生活条件也与以前大不相同，导致现代人更多的想法与关注点转移到生活健康与舒适上面去。因此现在也从互联网的时代慢慢地进入另一个物联网的时代，通过物联网来满足人们这一个需求问题。
物联网的不断发展，智能家居也在开始慢慢出现在我们的考虑范围中。家居的智能化有三个发展阶段：家庭电子化阶段、住宅自动化阶段、家居智能化阶段。家庭电子化阶段只是针对单个电器的使用，并没有实现所有家庭电器网络化的状态；住宅自动化阶段主要是让某几个电器之间形成一个小型网络，来达到完成某个功能的阶段；家居智能化阶段则是基本实现了人们所设想的智能家居的样子，将所有电器系统化形成一个物物互联的网络，可以让人远程控制家庭中的电器。
课题研究的发展现状与趋势
1.1.2室内空气质量监测系统发展现状
在目前这个阶段，国内外公司早已经开始在各类环境监测项目中投入大量时间和精力去钻研这些项目，来达到环境安全。
在国外，外国公司在较早之前就开始了对传感技术的研究与探索，因此外国公司的传感器技术比国内公司的传感器技术成熟较早，外国公司在这个领域方面也已经有了两个成就卓越的代表公司美国的TSI仪器公司和德国的TESTO公司。
美国TSI仪器公司生产出的测量仪器在该领域处于领先地位，TSCI仪器公司与全球范围内的科研机构都有着密切的合作关系，所以他们有成熟的技术和丰富的经验对于空气监测和化学分析等方面。他们产出的设备的技术也一直处于领先地位。
德国TESTO公司的TestoSaveris产品能够做到温湿度无线采集和在线监测数据，可以把室内温湿度的数据动态显示出来，在无线监测节点和在线监测软件上都能够实时查看到监测数据。
在国内，国内企业研究空气质量监测系统时还存在许多不足之处，主要存在的问题是不能实时监测气体浓度和操作不方便。但在近几年的发展下，国内许多传统科研公司都将目光转移到这个领域，促进了监测设备的发展，监测设备也从最开始的有线监测到了无线监测。
济南的一家诺方电子技术有限公司研发出了一款针对公共建筑的室内空气质量监测系统，这个系统能够实时监测到PM2.5、二氧化碳、温湿度等参数的数据，通过Zigbee来进行无线传输，将数据发送到服务器上方便用户查看。
1.1.3 室内空气质量监测系统发展趋势
结合上面的研究，不难发现市场上各种各样的检测仪器都在研发出来，来保证人与生活环境之间的和谐关系。随着用户需求的增大，空气质量监测系统的便携化、简易化、网络化、远程化是必然的趋势。如今已有不少的空气质量监测器的出现，但都存在着价格昂贵，功能片面的问题，在之后的发展上，空气质量监测器降低开发成本，降低使用功耗，完善功能等问题也急需解决，这样空气质量监测系统会更加普及化在人们日常的生活起居中。在未来，这种监测器也可适用于仓库、汽车、车间等各种封闭的空间内，通过物联网来为人类打造更加舒适的生活。
课题主要研究内容
本文主要是研究一个对室内空气进行在线监测和控制的系统。该系统面向于室内环境的空气质量监测，能显示出PM2.5和甲醛的实时数据。本系统主要包括数据的采集，数据分析，数据传输与显示和自动控制。本系统通过搭建的传感器元件采集室内PM2.5、甲醛数据，并通过WIFI模块在线远程在上位机显示该数据。此外，通过数据分析来判断采集数据与标准数据是否相符，若不符便采取自动控制，自动发出警报信号，并自动打开空气净化机来净化空气，等空气质量回到正常水平，警报信号和空气净化机会自动关闭。
Key words:Air quality monitoring and control system;Online?Monitoring 目录
1、引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究的发展现状与趋势 1
1.1.2室内空气质量监测系统发展现状 1
1.1.3 室内空气质量监测系统发展趋势 2
1.3 课题主要研究内容 2
2、系统研究影响 2
2.1课题研究的人文社会影响 2
2.2课题研究的环境影响 3
2.3课题研究的法律影响 3
3、系统开发环境与技术 3
3.1系统开发环境 3
3.2关键技术简介 4
3.2.1 C语言 4
3.2.2 WIFI通信技术 4
3.2.3 PCB 4
4、系统功能分析与设计 6
4.1 功能需求分析 6
4.1.1功能需求 6
4.1.2整体功能设计 6
4.2系统硬件部分功能设计 7
4.2.1 开发板的设计 7
4.2.2 传感器型号的选择 8
4.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
.3 报警与净化机 9
4.3 系统软件部分设计 10
4.3.1 显示界面 10
4.3.2 按键设置 11
4.4 系统的总体结构 12
4.5系统流程 12
5、系统的实现 14
5.1数据的采集 14
5.1.1 开发板的实现 14
5.2数据的传输与显示 15
5.2.1 WIFI无线传输 15
5.1.2 PMS5003ST传感器模块的实现 18
5.2.2 数据的显示 18
5.3数据分析 19
5.4自动控制 20
5.4.1 蜂鸣器模拟的警报 20
5.4.2 继电器模拟的净化机 22
6、系统的测试 25
6.1测试用例说明 25
6.2测试环境 25
6.3下位机测试 26
6.4上位测试 26
6.5总体测试 27
7、总结与展望 30
7.1总结 30
7.2展望 31
参考文献 32
致谢 33
1、引言
课题研究背景
在近几个世纪的技术革命中，人们也都实时把关注点放在自身的生活和居住条件的改善方面，并且也希望可以继续改善和提高自己现在的生活条件。在技术的不断发展与更新下，到了现在这个年代，网络与通信技术早就有了飞跃性的提升，技术的发展同时也不断推动经济的发展。在经济条件越来越好的状态下，人们现在拥有的生活条件也与以前大不相同，导致现代人更多的想法与关注点转移到生活健康与舒适上面去。因此现在也从互联网的时代慢慢地进入另一个物联网的时代，通过物联网来满足人们这一个需求问题。
物联网的不断发展，智能家居也在开始慢慢出现在我们的考虑范围中。家居的智能化有三个发展阶段：家庭电子化阶段、住宅自动化阶段、家居智能化阶段。家庭电子化阶段只是针对单个电器的使用，并没有实现所有家庭电器网络化的状态；住宅自动化阶段主要是让某几个电器之间形成一个小型网络，来达到完成某个功能的阶段；家居智能化阶段则是基本实现了人们所设想的智能家居的样子，将所有电器系统化形成一个物物互联的网络，可以让人远程控制家庭中的电器。
课题研究的发展现状与趋势
1.1.2室内空气质量监测系统发展现状
在目前这个阶段，国内外公司早已经开始在各类环境监测项目中投入大量时间和精力去钻研这些项目，来达到环境安全。
在国外，外国公司在较早之前就开始了对传感技术的研究与探索，因此外国公司的传感器技术比国内公司的传感器技术成熟较早，外国公司在这个领域方面也已经有了两个成就卓越的代表公司美国的TSI仪器公司和德国的TESTO公司。
美国TSI仪器公司生产出的测量仪器在该领域处于领先地位，TSCI仪器公司与全球范围内的科研机构都有着密切的合作关系，所以他们有成熟的技术和丰富的经验对于空气监测和化学分析等方面。他们产出的设备的技术也一直处于领先地位。
德国TESTO公司的TestoSaveris产品能够做到温湿度无线采集和在线监测数据，可以把室内温湿度的数据动态显示出来，在无线监测节点和在线监测软件上都能够实时查看到监测数据。
在国内，国内企业研究空气质量监测系统时还存在许多不足之处，主要存在的问题是不能实时监测气体浓度和操作不方便。但在近几年的发展下，国内许多传统科研公司都将目光转移到这个领域，促进了监测设备的发展，监测设备也从最开始的有线监测到了无线监测。
济南的一家诺方电子技术有限公司研发出了一款针对公共建筑的室内空气质量监测系统，这个系统能够实时监测到PM2.5、二氧化碳、温湿度等参数的数据，通过Zigbee来进行无线传输，将数据发送到服务器上方便用户查看。
1.1.3 室内空气质量监测系统发展趋势
结合上面的研究，不难发现市场上各种各样的检测仪器都在研发出来，来保证人与生活环境之间的和谐关系。随着用户需求的增大，空气质量监测系统的便携化、简易化、网络化、远程化是必然的趋势。如今已有不少的空气质量监测器的出现，但都存在着价格昂贵，功能片面的问题，在之后的发展上，空气质量监测器降低开发成本，降低使用功耗，完善功能等问题也急需解决，这样空气质量监测系统会更加普及化在人们日常的生活起居中。在未来，这种监测器也可适用于仓库、汽车、车间等各种封闭的空间内，通过物联网来为人类打造更加舒适的生活。
课题主要研究内容
本文主要是研究一个对室内空气进行在线监测和控制的系统。该系统面向于室内环境的空气质量监测，能显示出PM2.5和甲醛的实时数据。本系统主要包括数据的采集，数据分析，数据传输与显示和自动控制。本系统通过搭建的传感器元件采集室内PM2.5、甲醛数据，并通过WIFI模块在线远程在上位机显示该数据。此外，通过数据分析来判断采集数据与标准数据是否相符，若不符便采取自动控制，自动发出警报信号，并自动打开空气净化机来净化空气，等空气质量回到正常水平，警报信号和空气净化机会自动关闭。
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