家庭环境监测系统的设计与实现(附件)【字数：11778】
摘 要家是我们身体及心灵休息的港湾，家是我们的加油站，家是我们爱的载体，我们每个人都希望能够家庭团圆幸福。但近些年来，家庭煤气泄漏、火灾等事故时有发生，这些事故造成的损失是不可估计的。随着科学技术的不断发展，智能家居这个名词进入了我们的视线，而对家庭环境的监测正是智能家居的一个基础单元。如今市面上有着许多家庭环境监测系统，它们往往有着价格较高，操控过于复杂，实时监测能力较弱等缺点，本文设计的家庭环境监测系统着重改善了这些缺点。本文设计的家庭环境监测系统的主要功能是通过STM32F103C8T6单片机搭载DHT11温湿度传感器、MQ-135气敏传感器、MQ-2天然气传感器、PM2.5传感器对家庭环境中的温湿度及有害气体浓度的数据进行采集，数据可在LCD1602液晶上实时显示，数据可通过ESP8266Wifi模块上传到APP并保存在EXCEL表格；若监测环境中的甲烷浓度超过阈值，可控制风扇的启动；如果监测环境中湿度低于阈值，则继电器控制的加湿器启动，否则加湿器不启动。经过测试，本系统可以满足对家庭环境中温湿度及有害气体浓度的实时监测和数据显示，并可以实现对排气扇与加湿器的控制。本系统可为人们提供舒适健康的家庭环境，使人们的生活更加便利。本系统的设计达到了预期效果。
目 录
第1章 绪论 1
1.1设计研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3论文研究内容及章节安排 2
第2章 系统的需求分析及设计方案 3
2.1系统的需求分析 3
2.2系统的功能分析 3
2.3系统总体的设计方案 3
第3章 系统硬件部分的设计 5
3.1 系统所用单片机的选择 5
3.2 系统采集模块所用器件的选择与介绍 6
3.2.1 温湿度传感器 6
3.2.2 有害气体传感器 8
3.2.3 PM2.5传感器 9
3.3 控制模块所用电路的设计 10
3.4液晶显示模块所用器件的选择与介绍 11
3.5 WiFi模块所用器件的选择与介绍 12
3.6 系统原理图及PCB的设计 13
3.6.1设计步骤 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.6.2注意事项 14
第4章 系统软件部分的设计 15
4.1 系统主控程序的设计 15
4.2 采集部分程序的设计 16
4.2.1 温湿度传感器的程序设计 16
4.2.2 有害气体传感器的程序设计 17
4.2.3 LCD1602显示屏的程序设计 18
4.3 Android APP的设计与开发 18
4.3.1 APP开发环境的选择与搭建 18
4.3.2 APP界面的设计 19
第5章 系统总体的调试 22
5.1软件部分的调试 22
5.2 硬件部分的调试 22
5.2.1 WiFi模块的调试 22
5.2.2 硬件总体的调试 22
第6章 总结与展望 24
6.1 总结 24
6.2 展望 24
附 录 25
参考文献 28
致 谢 29
第1章 绪论
1.1设计研究背景及意义
人们对家庭生活环境质量的需求随着科学技术的发展日益增加，为了拥有健康的体魄和幸福的家庭，人们对家庭环境的监测也愈发重视。但是现如今，煤气泄漏与火灾事故的发生屡见不鲜，由家庭室内装修材料、建筑材料、家用化学品、空气清新剂、香烟烟雾以及燃烧产物等引发的室内环境污染，对室内居住的人们的健康造成了极大的威胁，这些都是有些人对室内环境监测的忽视和环保意识的缺乏的结果。
室内温湿度的变化或多或少会对人们的身体健康有影响。有研究表明：人最适合在温度范围18.5℃到23.6℃，湿度范围在42.6%RH到63.7%RH的室内条件下生活。如果室内的湿度过高，人体分泌的甲状腺激素与肾上腺激素的浓度会降低，这是由此时人体内分泌出的松果体激素浓度过高引起的，同时，室内湿度过高还会导致细胞的活力下降，人的自我调节功能也会紊乱，从而人会感到浑身无力，精神上也会萎靡不振。当室内的湿度过低时，室内空气会变得十分干燥，会夺走人体内的水分，导致人新陈代谢减慢，出现皮肤干燥的现象，若不加以防范，口腔和鼻腔黏膜也会受到刺激，人会出现口渴、喉痛、声嘶等症状，严重的还会诱发咽炎、支气管炎、肺炎等病症[1]。由于现在生活节奏的加快，人们的工作压力增大，在休息日人们大多更愿意宅在家里，很少外出活动，这就造成了人们在家里吸入的有害气体比在室外还要多。人体接触这些有害气体后，可能会出现头晕头痛，恶心呕吐等症状，时间长了还会引起过敏反应，如哮喘、气管炎、皮炎、肺气肿和鼻炎等，甚至会引发癌症。面对室内温湿度和有害气体浓度的高低不定，人们需要使用一定的方法加以防范，因此家庭环境监测系统的设计与实现变得十分重要，相关系统的研发急需解决。由此可知，本课题的研究意义重大。
1.2国内外研究现状
国外在20世纪80年代就开始了对家庭环境控制技术的研究。1984 年世界上第一栋智能化建筑在美国建成，这套系统可以对家庭中常用的电器进行控制。在接下来的几年中美国和欧洲的一些发达国家相继推出了有关家庭环境监测的理念并且付诸于行动去实行[2]。在国外，因为他们提出有关智能家居的理念较早，所以他们相关行业的发展也较为成熟和完善。其中更深层的原因是国外在计算机、电子、通信等行业发展较快，因此国外的家庭环境监测产品已经趋于成熟化，国外在这个行业完全领先于我国[3]。
在国内，智能家居这个行业起步较晚，比国外研究晚了十几年。但是从智能家居这个行业引入到我国后，科技工作者们对它的热情日益提高，使得我国科技创新事业达到一个高峰。对智能家居这个不熟悉的行业的探索是一个蜿蜒曲折的过程。我国早期的产品具有升级维护性能差，软件性能差的缺陷，并且通信方式采用有线通信的方式，这样做成本高，性价比低，因此在市场的推广不易进行[4]。随着近几年国内对科技创新的重视，我国在计算机、电子、通信等行业发展迅速，这使得智能家居系统在升级维护性、实时性以及远程控制特性不断提升。就现在而言，智能家居这个理念正逐渐深入人心，无论是在电视上、网络上，还是在报纸上、大街上，我们都能看到许多关于智能家居产品的介绍或者广告，这充分体现了人们对于生活质量的重视 [5]。
目 录
第1章 绪论 1
1.1设计研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3论文研究内容及章节安排 2
第2章 系统的需求分析及设计方案 3
2.1系统的需求分析 3
2.2系统的功能分析 3
2.3系统总体的设计方案 3
第3章 系统硬件部分的设计 5
3.1 系统所用单片机的选择 5
3.2 系统采集模块所用器件的选择与介绍 6
3.2.1 温湿度传感器 6
3.2.2 有害气体传感器 8
3.2.3 PM2.5传感器 9
3.3 控制模块所用电路的设计 10
3.4液晶显示模块所用器件的选择与介绍 11
3.5 WiFi模块所用器件的选择与介绍 12
3.6 系统原理图及PCB的设计 13
3.6.1设计步骤 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.6.2注意事项 14
第4章 系统软件部分的设计 15
4.1 系统主控程序的设计 15
4.2 采集部分程序的设计 16
4.2.1 温湿度传感器的程序设计 16
4.2.2 有害气体传感器的程序设计 17
4.2.3 LCD1602显示屏的程序设计 18
4.3 Android APP的设计与开发 18
4.3.1 APP开发环境的选择与搭建 18
4.3.2 APP界面的设计 19
第5章 系统总体的调试 22
5.1软件部分的调试 22
5.2 硬件部分的调试 22
5.2.1 WiFi模块的调试 22
5.2.2 硬件总体的调试 22
第6章 总结与展望 24
6.1 总结 24
6.2 展望 24
附 录 25
参考文献 28
致 谢 29
第1章 绪论
1.1设计研究背景及意义
人们对家庭生活环境质量的需求随着科学技术的发展日益增加，为了拥有健康的体魄和幸福的家庭，人们对家庭环境的监测也愈发重视。但是现如今，煤气泄漏与火灾事故的发生屡见不鲜，由家庭室内装修材料、建筑材料、家用化学品、空气清新剂、香烟烟雾以及燃烧产物等引发的室内环境污染，对室内居住的人们的健康造成了极大的威胁，这些都是有些人对室内环境监测的忽视和环保意识的缺乏的结果。
室内温湿度的变化或多或少会对人们的身体健康有影响。有研究表明：人最适合在温度范围18.5℃到23.6℃，湿度范围在42.6%RH到63.7%RH的室内条件下生活。如果室内的湿度过高，人体分泌的甲状腺激素与肾上腺激素的浓度会降低，这是由此时人体内分泌出的松果体激素浓度过高引起的，同时，室内湿度过高还会导致细胞的活力下降，人的自我调节功能也会紊乱，从而人会感到浑身无力，精神上也会萎靡不振。当室内的湿度过低时，室内空气会变得十分干燥，会夺走人体内的水分，导致人新陈代谢减慢，出现皮肤干燥的现象，若不加以防范，口腔和鼻腔黏膜也会受到刺激，人会出现口渴、喉痛、声嘶等症状，严重的还会诱发咽炎、支气管炎、肺炎等病症[1]。由于现在生活节奏的加快，人们的工作压力增大，在休息日人们大多更愿意宅在家里，很少外出活动，这就造成了人们在家里吸入的有害气体比在室外还要多。人体接触这些有害气体后，可能会出现头晕头痛，恶心呕吐等症状，时间长了还会引起过敏反应，如哮喘、气管炎、皮炎、肺气肿和鼻炎等，甚至会引发癌症。面对室内温湿度和有害气体浓度的高低不定，人们需要使用一定的方法加以防范，因此家庭环境监测系统的设计与实现变得十分重要，相关系统的研发急需解决。由此可知，本课题的研究意义重大。
1.2国内外研究现状
国外在20世纪80年代就开始了对家庭环境控制技术的研究。1984 年世界上第一栋智能化建筑在美国建成，这套系统可以对家庭中常用的电器进行控制。在接下来的几年中美国和欧洲的一些发达国家相继推出了有关家庭环境监测的理念并且付诸于行动去实行[2]。在国外，因为他们提出有关智能家居的理念较早，所以他们相关行业的发展也较为成熟和完善。其中更深层的原因是国外在计算机、电子、通信等行业发展较快，因此国外的家庭环境监测产品已经趋于成熟化，国外在这个行业完全领先于我国[3]。
在国内，智能家居这个行业起步较晚，比国外研究晚了十几年。但是从智能家居这个行业引入到我国后，科技工作者们对它的热情日益提高，使得我国科技创新事业达到一个高峰。对智能家居这个不熟悉的行业的探索是一个蜿蜒曲折的过程。我国早期的产品具有升级维护性能差，软件性能差的缺陷，并且通信方式采用有线通信的方式，这样做成本高，性价比低，因此在市场的推广不易进行[4]。随着近几年国内对科技创新的重视，我国在计算机、电子、通信等行业发展迅速，这使得智能家居系统在升级维护性、实时性以及远程控制特性不断提升。就现在而言，智能家居这个理念正逐渐深入人心，无论是在电视上、网络上，还是在报纸上、大街上，我们都能看到许多关于智能家居产品的介绍或者广告，这充分体现了人们对于生活质量的重视 [5]。
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