室内人居环境无线网络监测系统软件设计(附件)
当前因为建筑材料品质不同、劣质燃料、吸烟、不透风等缘故，导致室内的空气情况不如室外，对人们的健康的影响也很大，因此，本论文对室内人居环境无线网络监测相关技术进行研究，设计并实现了一个基于无线传感器网络的室内人居环境监测系统。本设计的基本方案以52单片机为核心，需要进行温湿度采集，PM2.5浓度采集，有害气体浓度采集，并将最后的数据整合，以报文的形式传至上位机。单片机端的软件设计，主要以顺序结构搭配循环结构，一开始的时候，程序需进行初始化，然后进入循环结构，在循环结构中采集环境量。上位机采用VB编写，利用微软提供的MSCOMM控件，将串口数据读入，利用字符串处理函数，将报文拆解，拆解出来的每一个部分通过HC-05蓝牙从模块传输至主机HC-05蓝牙主模块，主模块将透传过来的数据送至PC端显示，并在异常时进行报警的同时从站也有相应的报警指示。采用这种方式解决室内人居环境污染的问题是非常有效的。关键词 室内环境监测，温湿度传感器，PM2.5传感器，有害气体传感器，蓝牙
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 设计安排 3
2 无线传感器网络监测技术 3
2.1 无线传感器网络概述 3
2.2 无线传感器网络监测技术 4
2.3 无线传感器网络室内环境监测任务 4
3 硬件设计 5
3.1 系统原理框图 5
3.2 单片机STC89C52RC 5
3.3 温湿度传感器 7
3.4 PM2.5传感器 8
3.5 有害气体传感器 9
3.6 蓝牙 9
3.7 AD模块PCF8591 10
4 软件设计 13
4.1 编写语言的选择 13
4.2 主程序 13
4.3 温湿度数据采集单元 15
4.4 PM2.5浓度数据采集单元 17
4.5 有害气体浓度数据采集单元 18
4.6 串口通信单元 19
4.7 I2C总线驱动单元 20
4.8 定时器单元 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.9 蜂鸣器单元........................................................................................................................21
4.10 蓝牙单元..........................................................................................................................21
5 软硬件联调 22
5.1 初始化状态 22
5.2 正常显示状态 23
5.3 异常显示状态 24
总 结 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录A 总硬件电路图 31
附录B 焊接电路板图 32
附录C 程序代码.....................................................................................................................34
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
当今时代是传感器发展最快的时代，最近几年，由于国家对科学技术的重视，人们发现无线传感器在很多领域都得到广泛应用。例如军事上探测敌人的方位，战略部署，医疗上检测病人的身体情况，生活上知道家里空调，煤气，水电是否没关，农业上帮助农民监控大棚，知道大棚里土壤是否缺水，农作物是否需要光照，CO2浓度是否过高或温度是否过低。无线传感器的体积小，能耗低，可靠性高，容易上手，价格低廉，还非常的灵活，具有处理能力、能源供应、无线能力和存储能力。无线传感器网络是在一个特定的区域内由大量的传感器节点组成，可以自组织，自优化，比传统有线传感网更准确，有效的得到周围环境中的数据，并且无线传感网还能进行简单的数据处理能力，这有利于无线传感网在监控方面的发展。
生活中人们经常可以看到不管是室内还是室外都会有漂浮的颗粒物，空气污染严重的影响了人们的生活呼吸环境。如果能把无线传感网放在室内，及时检测室内的环境，是否有不宜人体的呼吸的有害物质，浓度过高，打开窗户或打开空气净化器，给人们提供舒适的工作和生活空间。
本课题基于无线传感器网络的室内人居环境监测系统以STC89C52RC单片机为核心，需要进行温湿度采集，PM2.5浓度采集，有害气体浓度采集，并将最后的数据整合，以报文的形式传至上位机。单片机端的软件设计，主要以顺序结构搭配循环结构，一开始的时候，程序需进行初始化，然后进入循环结构，在循环结构中采集环境量。上位机采用VB编写，利用微软提供的MSCOMM控件，将串口数据读入，利用字符串处理函数，将报文拆解，拆解出来的每一个部分通过HC05蓝牙从模块传输至主机HC05蓝牙主模块，主模块将透传过来的数据送至PC端显示，并在异常时进行报警,同时从站也有相应的报警指示。
室内人居环境无线网络监测系统，是无线传感器网络的一种典型应用。但是，要实现这个系统，必须了解传感器网络的特点。室内人居环境无线网络监测系统的设计有几个难点，比如说：是否具有能源管理、是否具有可扩展性、是否有易操作性、是否支持多种传感器。
首先，传感器并不是自身供电，需要依靠电池，所以说想要长时间运行，必须做到能源管理，降低能耗。其次，室内人居环境无线网络监测系统的这个设计不仅仅只能适用于一个人居环境，一个好的设计应该在各种各样的环境中都同样能适用。人居环境可以有很多种，比如说学生们做实验用的实验室，学生居住的寝室和上课用的教室，还有老师或上班人群在的办公室等等，这些都是人居环境，那么这个系统在这些环境中应当都能适用。再然后，如果把此系统用在家中的话，平时白天上班，家里可能只剩老人，如果说煤气忘记关的话就很危险，那么如果有这个系统，就会发生报警，当然，前提是知道系统报警，这就要求系统尽量简单，易于操作了。对于室内人居环境的监测，能够用到的传感器时非常有限的，比如说温湿度传感器，PM2.5传感器，CO传感器，光化学污染传感器等等。但随着科技的不断进步与发展，图像传感器、音频传感器即将被使用，但是在图像和音频的传输过程中，需要很多能耗，这就是为什么这些传感器还没有被大量使用的原因。
对于以上的这些难点，本文设计并实现了简单便捷且易于操作的室内人居环境无线网络监测系统。
1.2 国内外研究现状
? 这些年来，无线传感器网络已经开始广泛研究与应用，且已经运用到环境监测系统中。室内环境监测只要有一般家户环境、学校及各种典型办公建筑室内的监测。监测的内容有温度，湿度，甲醛、苯、CO等有害气体，PM2.5浓度，菌落总数和氨等。当然也可以监测由火灾引起的烟雾，还有由于化学药品泄露引起的环境污染等等，但是这些比较特殊的室内人居环境监测除了需要特殊的传感器外，还需要考虑到无线传感器网络的网络协议，并且对所监测的室内人居环境还要特别了解，比如说要了解室内的基本构造。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 设计安排 3
2 无线传感器网络监测技术 3
2.1 无线传感器网络概述 3
2.2 无线传感器网络监测技术 4
2.3 无线传感器网络室内环境监测任务 4
3 硬件设计 5
3.1 系统原理框图 5
3.2 单片机STC89C52RC 5
3.3 温湿度传感器 7
3.4 PM2.5传感器 8
3.5 有害气体传感器 9
3.6 蓝牙 9
3.7 AD模块PCF8591 10
4 软件设计 13
4.1 编写语言的选择 13
4.2 主程序 13
4.3 温湿度数据采集单元 15
4.4 PM2.5浓度数据采集单元 17
4.5 有害气体浓度数据采集单元 18
4.6 串口通信单元 19
4.7 I2C总线驱动单元 20
4.8 定时器单元 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.9 蜂鸣器单元........................................................................................................................21
4.10 蓝牙单元..........................................................................................................................21
5 软硬件联调 22
5.1 初始化状态 22
5.2 正常显示状态 23
5.3 异常显示状态 24
总 结 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附录A 总硬件电路图 31
附录B 焊接电路板图 32
附录C 程序代码.....................................................................................................................34
1 绪论
1.1 课题研究背景和意义
当今时代是传感器发展最快的时代，最近几年，由于国家对科学技术的重视，人们发现无线传感器在很多领域都得到广泛应用。例如军事上探测敌人的方位，战略部署，医疗上检测病人的身体情况，生活上知道家里空调，煤气，水电是否没关，农业上帮助农民监控大棚，知道大棚里土壤是否缺水，农作物是否需要光照，CO2浓度是否过高或温度是否过低。无线传感器的体积小，能耗低，可靠性高，容易上手，价格低廉，还非常的灵活，具有处理能力、能源供应、无线能力和存储能力。无线传感器网络是在一个特定的区域内由大量的传感器节点组成，可以自组织，自优化，比传统有线传感网更准确，有效的得到周围环境中的数据，并且无线传感网还能进行简单的数据处理能力，这有利于无线传感网在监控方面的发展。
生活中人们经常可以看到不管是室内还是室外都会有漂浮的颗粒物，空气污染严重的影响了人们的生活呼吸环境。如果能把无线传感网放在室内，及时检测室内的环境，是否有不宜人体的呼吸的有害物质，浓度过高，打开窗户或打开空气净化器，给人们提供舒适的工作和生活空间。
本课题基于无线传感器网络的室内人居环境监测系统以STC89C52RC单片机为核心，需要进行温湿度采集，PM2.5浓度采集，有害气体浓度采集，并将最后的数据整合，以报文的形式传至上位机。单片机端的软件设计，主要以顺序结构搭配循环结构，一开始的时候，程序需进行初始化，然后进入循环结构，在循环结构中采集环境量。上位机采用VB编写，利用微软提供的MSCOMM控件，将串口数据读入，利用字符串处理函数，将报文拆解，拆解出来的每一个部分通过HC05蓝牙从模块传输至主机HC05蓝牙主模块，主模块将透传过来的数据送至PC端显示，并在异常时进行报警,同时从站也有相应的报警指示。
室内人居环境无线网络监测系统，是无线传感器网络的一种典型应用。但是，要实现这个系统，必须了解传感器网络的特点。室内人居环境无线网络监测系统的设计有几个难点，比如说：是否具有能源管理、是否具有可扩展性、是否有易操作性、是否支持多种传感器。
首先，传感器并不是自身供电，需要依靠电池，所以说想要长时间运行，必须做到能源管理，降低能耗。其次，室内人居环境无线网络监测系统的这个设计不仅仅只能适用于一个人居环境，一个好的设计应该在各种各样的环境中都同样能适用。人居环境可以有很多种，比如说学生们做实验用的实验室，学生居住的寝室和上课用的教室，还有老师或上班人群在的办公室等等，这些都是人居环境，那么这个系统在这些环境中应当都能适用。再然后，如果把此系统用在家中的话，平时白天上班，家里可能只剩老人，如果说煤气忘记关的话就很危险，那么如果有这个系统，就会发生报警，当然，前提是知道系统报警，这就要求系统尽量简单，易于操作了。对于室内人居环境的监测，能够用到的传感器时非常有限的，比如说温湿度传感器，PM2.5传感器，CO传感器，光化学污染传感器等等。但随着科技的不断进步与发展，图像传感器、音频传感器即将被使用，但是在图像和音频的传输过程中，需要很多能耗，这就是为什么这些传感器还没有被大量使用的原因。
对于以上的这些难点，本文设计并实现了简单便捷且易于操作的室内人居环境无线网络监测系统。
1.2 国内外研究现状
? 这些年来，无线传感器网络已经开始广泛研究与应用，且已经运用到环境监测系统中。室内环境监测只要有一般家户环境、学校及各种典型办公建筑室内的监测。监测的内容有温度，湿度，甲醛、苯、CO等有害气体，PM2.5浓度，菌落总数和氨等。当然也可以监测由火灾引起的烟雾，还有由于化学药品泄露引起的环境污染等等，但是这些比较特殊的室内人居环境监测除了需要特殊的传感器外，还需要考虑到无线传感器网络的网络协议，并且对所监测的室内人居环境还要特别了解，比如说要了解室内的基本构造。
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