智能化客房系统设计设计
摘 要随着社会的进步，人们的生活水平不断提高，人们对于室内环境质量的关注度越来越高。作为我们外出旅行的暂居场所，有必要设计一套智能化客房系统，来对客房内的空气质量进行实时监测和控制。因此本文提出了一套基于无线传感器网络技术的室内环境检测系统。本文研究的室内环境检测系统是智能化客房系统的子系统，在对系统功能需求分析的基础上确立了以AT89S52单片机为控制核心，能够实现对客房内温度、湿度以及有害气体浓度的实时检测、报警和ZigBee无线通信等功能的室内环境检测系统。当检测到的有害气体浓度超标时，系统会报警并且可以根据需要打开相关电器进行调节空气质量，实现对客房空气质量的智能化检测与控制。本系统采用了基于ZigBee技术的无线传感器网络方案，克服了传统有线方式的布线复杂，维护困难，灵活性差等缺点。无线传感网的加入为实现客房的智能化带来了有利条件，具有十分重要的研究意义。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1课题背景与研究意义 1
1.2 国内外研究现状综述 2
1.2.1室内环境污染研究现状 2
1.2.2 WSNs技术研究现状 2
1.3 课题研究内容和技术路线 3
1.3.1 课题研究内容 3
1.3.2 课题技术路线 3
1.4 论文章节安排 4
第二章 智能化客房系统总体设计方案 6
2.1 系统设计目标 6
2.1.1 系统拓扑结构 6
2.2 系统功能分析 7
2.2.1 数据采集系统 7
2.2.2 无线通信系统 7
2.2.3 数据上传系统 8
2.2.4 前台Web端系统 8
2.2.5 手机APP端系统 8
2.3 系统工作流程 9
2.4 本章小结 10
第三章 室内环境检测系统硬件设计 11
3.1 终端节点总体结构 11
3.2 单片机主控模块 11
3.2.1 AT89S52单片机简介 11
3.2
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.2 单片机最小系统硬件设计 12
3.3 信息采集模块 13
3.4 数模转换模块 16
3.5 声光报警模块 17
3.6 无线通信模块 17
3.6.1 无线通信方式比较 17
3.6.2 IEEE802.15.4标准和ZigBee协议栈架构 18
3.6.3 ZigBee模块简介 19
3.6.4 ZigBee组网 20
3.7 本章小结 22
第四章 室内环境检测系统软件设计 23
4.1 软件开发工具 23
4.2 软件功能需求 23
4.3 主程序模块 24
4.4 气体浓度采集模块 25
4.5 AD转换模块 25
4.6 声光报警模块 27
4.7 串口通信模块 27
4.8 本章小结 28
第五章 系统调试 29
5.1 系统调试 29
5.2 总体系统调试 32
5.3 本章小结 34
第六章 总结与展望 35
6.1 总结 35
6.2 展望 35
参考文献 37
致 谢 40
附录 41
附录一 系统原理图 41
附录二 系统PCB图 42
附录三 外文翻译 42
绪论
1.1课题背景与研究意义
随着社会的发展进步，人们的生活节奏不断加快，人们对于宾馆客房的需求越来越大。宾馆客房作为人们外出的暂居场所，一方面给我们带来了极大的便利，另一方面客房内的环境质量也对我们的身体健康有着很大的影响。然而相对于室外空气质量，人们对于室内空气质量的重视程度非常低。例如，新风量指从室外引入室内的新鲜空气量，是衡量室内空气质量的一个重要标准，当问起新风量时，结果令人非常吃惊，大多数人都没有听说过新风量的概念，只有少数人知道国家有这个标准，几乎没有人知道30m3/h.人的最低限量的标准的。此外室内有害气体（游离甲醛、苯、氨气等）是影响室内环境质量的一大重要因素，人们在住宾馆客房时通常将室内密闭，这样会导致室内有害气体浓度过高，从而影响人们身心健康。
宾馆客房的环境质量极大的影响着我们的身心健康和工作效率，因此客房环境质量在宾馆行业竞争中扮演着越来越重要的角色。然而人们对于室内有害气体浓度并不能直接观察，所以研究实时、简单易行、准确可靠的室内有害气体浓度的检测设备越发显得重要。
目前市场上的室内有害气体检测仪器，可以实现对室内一到两种有害气体的检测，但价格比较昂贵，一般为有线通讯方式，布线困难，灵活性低，而且还需要专业人员进行操作、维护，很难进行持续实时检测，并且这些仪器一般只能用来检测有害气体浓度，浓度超标时仍需要人工去开窗通风来调节[1]。
针对以上的不足，本文设计了一种智能化室内环境检测系统，将无线传感器技术应用其中，实现了对客房内空气质量的远程检测和控制。研究表明，将无线传感器网络技术应用于室内环境检测系统中具有以下优势：
（1）相比于有线通信方式，本课题的室内有害气体检测系统增加了无线通信模块，很大程度上解决了有线通讯方式布线复杂、维护困难、节点部署不灵活难扩展等问题，提高了系统的性价比、精准度、灵活性。
（2）无线传感器网络的应用使得远程调节室内空气状况成为可能，当检测到气体质量不达标时，可以通过无线通信方式远程控制相关电器来改善室内环境，而不需要人工去调整。
（3）ZigBee技术是近几年兴起的一种无线通信技术，它具有灵活性高、维护简单、近距离、低功耗、低成本、低数据传输速率、数据传输稳定等多种优点，因此被越来越多的应用于研究和生产生活的各个方面。
国内外研究现状综述
1.2.1室内环境污染研究现状
国外研究现状
从上个世纪80年代开始，西方发达国家已经纷纷开始了室内环境污染问题的系统研究，并且很重视这方面的研究，如文献二中所述，美国环保局（EPA）很早就将室内环境污染列为和水污染、大气污染和工作间有毒化学品并列的第四大环境健康危害了[2]；如文献三所述，许多西方国家建立了专门的室内环境研究所，有美国劳伦斯伯克利实验室（LBL）的室内环境系统、加拿大建筑研究所（CIRB）等等[3]。因此，国外在这领域也取得了很大的成就，一些气体检测仪器、分析仪器以及相应的便携产品都已经纷纷问世，室内环境污染也已经得到了一定程度的控制。
国内研究现状
由于国情的不同与国力的差距，国内对室内污染的研究力度相对较小，如文献五所述，我国对于室内有害气体的检测还处于起步阶段，关于室内空气质量的各种标准、仪器和专业研究人员等都寥寥无几。但国内也逐步加大了研究力度，如文献六提及：我国的一些研究者重点调查研究了室内甲醛污染的情况，对室内甲醛污染情况进行了检测、研究，初步探索出了室内甲醛污染的规律;如文献七所述，李万海等研究人员对甲醛的危害进行了深入研究，并改进了甲醛的测定方法[7]。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 绪论 1
1.1课题背景与研究意义 1
1.2 国内外研究现状综述 2
1.2.1室内环境污染研究现状 2
1.2.2 WSNs技术研究现状 2
1.3 课题研究内容和技术路线 3
1.3.1 课题研究内容 3
1.3.2 课题技术路线 3
1.4 论文章节安排 4
第二章 智能化客房系统总体设计方案 6
2.1 系统设计目标 6
2.1.1 系统拓扑结构 6
2.2 系统功能分析 7
2.2.1 数据采集系统 7
2.2.2 无线通信系统 7
2.2.3 数据上传系统 8
2.2.4 前台Web端系统 8
2.2.5 手机APP端系统 8
2.3 系统工作流程 9
2.4 本章小结 10
第三章 室内环境检测系统硬件设计 11
3.1 终端节点总体结构 11
3.2 单片机主控模块 11
3.2.1 AT89S52单片机简介 11
3.2
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.2 单片机最小系统硬件设计 12
3.3 信息采集模块 13
3.4 数模转换模块 16
3.5 声光报警模块 17
3.6 无线通信模块 17
3.6.1 无线通信方式比较 17
3.6.2 IEEE802.15.4标准和ZigBee协议栈架构 18
3.6.3 ZigBee模块简介 19
3.6.4 ZigBee组网 20
3.7 本章小结 22
第四章 室内环境检测系统软件设计 23
4.1 软件开发工具 23
4.2 软件功能需求 23
4.3 主程序模块 24
4.4 气体浓度采集模块 25
4.5 AD转换模块 25
4.6 声光报警模块 27
4.7 串口通信模块 27
4.8 本章小结 28
第五章 系统调试 29
5.1 系统调试 29
5.2 总体系统调试 32
5.3 本章小结 34
第六章 总结与展望 35
6.1 总结 35
6.2 展望 35
参考文献 37
致 谢 40
附录 41
附录一 系统原理图 41
附录二 系统PCB图 42
附录三 外文翻译 42
绪论
1.1课题背景与研究意义
随着社会的发展进步，人们的生活节奏不断加快，人们对于宾馆客房的需求越来越大。宾馆客房作为人们外出的暂居场所，一方面给我们带来了极大的便利，另一方面客房内的环境质量也对我们的身体健康有着很大的影响。然而相对于室外空气质量，人们对于室内空气质量的重视程度非常低。例如，新风量指从室外引入室内的新鲜空气量，是衡量室内空气质量的一个重要标准，当问起新风量时，结果令人非常吃惊，大多数人都没有听说过新风量的概念，只有少数人知道国家有这个标准，几乎没有人知道30m3/h.人的最低限量的标准的。此外室内有害气体（游离甲醛、苯、氨气等）是影响室内环境质量的一大重要因素，人们在住宾馆客房时通常将室内密闭，这样会导致室内有害气体浓度过高，从而影响人们身心健康。
宾馆客房的环境质量极大的影响着我们的身心健康和工作效率，因此客房环境质量在宾馆行业竞争中扮演着越来越重要的角色。然而人们对于室内有害气体浓度并不能直接观察，所以研究实时、简单易行、准确可靠的室内有害气体浓度的检测设备越发显得重要。
目前市场上的室内有害气体检测仪器，可以实现对室内一到两种有害气体的检测，但价格比较昂贵，一般为有线通讯方式，布线困难，灵活性低，而且还需要专业人员进行操作、维护，很难进行持续实时检测，并且这些仪器一般只能用来检测有害气体浓度，浓度超标时仍需要人工去开窗通风来调节[1]。
针对以上的不足，本文设计了一种智能化室内环境检测系统，将无线传感器技术应用其中，实现了对客房内空气质量的远程检测和控制。研究表明，将无线传感器网络技术应用于室内环境检测系统中具有以下优势：
（1）相比于有线通信方式，本课题的室内有害气体检测系统增加了无线通信模块，很大程度上解决了有线通讯方式布线复杂、维护困难、节点部署不灵活难扩展等问题，提高了系统的性价比、精准度、灵活性。
（2）无线传感器网络的应用使得远程调节室内空气状况成为可能，当检测到气体质量不达标时，可以通过无线通信方式远程控制相关电器来改善室内环境，而不需要人工去调整。
（3）ZigBee技术是近几年兴起的一种无线通信技术，它具有灵活性高、维护简单、近距离、低功耗、低成本、低数据传输速率、数据传输稳定等多种优点，因此被越来越多的应用于研究和生产生活的各个方面。
国内外研究现状综述
1.2.1室内环境污染研究现状
国外研究现状
从上个世纪80年代开始，西方发达国家已经纷纷开始了室内环境污染问题的系统研究，并且很重视这方面的研究，如文献二中所述，美国环保局（EPA）很早就将室内环境污染列为和水污染、大气污染和工作间有毒化学品并列的第四大环境健康危害了[2]；如文献三所述，许多西方国家建立了专门的室内环境研究所，有美国劳伦斯伯克利实验室（LBL）的室内环境系统、加拿大建筑研究所（CIRB）等等[3]。因此，国外在这领域也取得了很大的成就，一些气体检测仪器、分析仪器以及相应的便携产品都已经纷纷问世，室内环境污染也已经得到了一定程度的控制。
国内研究现状
由于国情的不同与国力的差距，国内对室内污染的研究力度相对较小，如文献五所述，我国对于室内有害气体的检测还处于起步阶段，关于室内空气质量的各种标准、仪器和专业研究人员等都寥寥无几。但国内也逐步加大了研究力度，如文献六提及：我国的一些研究者重点调查研究了室内甲醛污染的情况，对室内甲醛污染情况进行了检测、研究，初步探索出了室内甲醛污染的规律;如文献七所述，李万海等研究人员对甲醛的危害进行了深入研究，并改进了甲醛的测定方法[7]。
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