室内人居环境无线网络监测系统硬件设计(附件)
随着建筑材料品种的发展，室内污染源的种类日益增加，人们在室内接触到的有害物质的种类和数量相比以前要有明显增加，给人体健康带来了很大的危害。为了预防空气污染对人体造成危害，本文设计了一种监测系统用来对室内环境进行监测。整个设计的主要工作不停地对环境的温湿度和污染物浓度进行数据的采集，同时将采集到的数据经过蓝牙装置传输到PC端，并在上位机上显示。当温湿度正常时，上位机会显示出绿色，反之则显示红色报警信号。当有害气体超过报警值时，上位机显示绿色，同时蜂鸣器会启动，发出报警信号，实现了监测空气质量的基本功能。关键词 人居环境监测，温湿度传感器，有害气体传感器，蓝牙通讯技术
目 录
1绪论 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2国内研究现状和发展前景 2
1.3工作安排 2
2室内人居环境无线网络监测系统的总体设计 3
2.1室内人居环境无线网络监测系统的设计思想 3
2.2总体功能 3
3硬件设计 4
3.1总体框图 4
3.2核心控制器STC89C52RC 4
3.3温湿度传感器 5
3.4PM2.5传感器 7
3.5有害气体传感器 9
3.6蓝牙模块 10
3.7A/D采样电路 14
3.8USB转TTL电路 16
3.9系统总体设计 17
4基于单片机的室内人居环境无线网络监测系统软件设计 17
4.1程序编写语言的选择 17
4.2主程序 18
4.3温湿度数据采集模块 19
4.4有害气体数据采集模块 20
4.5PM2.5数据采集模块 20
4.6串口通信模块 21
4.7I2C总线驱动模块 21
4.8定时器模块 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
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
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 33 1 绪论
1．1 课题研究背景和意义
随着当今社会经济发展的迅速，人们的生活质量也因此有所提高，城市居民在室内待着的时间超过80%，室内空气质量不仅对人体的舒适和健康有所影响，而且还影响到了在室内学习的人的工作效率。由以上叙说可以看出，人们接触最密切、最多的外环境之一就是室内环境，所以室内空气质量的相关问题越来越引起人们的注意，尤其是近年来，人们对研究室内环境治理方案的需求更加迫切。
室内空气污染大部分都是人类活动引起的污染，主要包括生物性污染和化学性污染。污染物主要来源于房屋装修和装修时使用的建筑材料、室内用品(家用化学物品、现代办公用具和房屋家具)、人类活动(煮饭、空调和抽烟)、人体自身的新陈代谢活动、生物性污染源和室外大气污染物六个方面。
室内空气污染的主要影响包括危害人体自身健康、损害屋内物品的价值和美观，以及加剧人与人之间关系的恶化，引起人们心理压力的加重等。有污染室内空气引发的典型病症包括化学过敏反应症、建筑相干疾病和病态建筑物综合症。
据世界银行相关资料统计表明，每年中国都有大约32亿美元的经济损失是由于空气污染造成的。另外根据国际有关组织的调查统计，在世界上30%的室内建筑中，都存在着或多或少的有害人体健康的空气污染。由于这些有害气体的存在，全球的人口发病率和死亡率都在持续增长。室内空气污染早已成为对人体健康伤害最大的五种环境要素之一。人们在度过了“煤烟型污染”和“光化学污染”时代后，已经跨入了以“室内空气污染”为标记的第三污染时期。
中国作为一个发展中国家，拥有不太高的人均国民生产总值。在农村，燃烧秸秆造成了大量的有害气体，而且因为土灶台的使用，使农村面临的室内空气污染问题难以解决; 在城市，在尚未完全根除工业“三废”的情况下，又因为室内装璜利用大批的不环保原料，室内家具、办公用品、建筑物本身带来的污染，使得本来就很严峻的室内空气污染问题愈来愈严重。特别是最近几年来，因为室内环境污染的原因，人口健康问题也因此愈来愈突出，从而引发了世界各国的关注。
空气作为人类生存的必需品，对人类的影响是巨大的。人在室内度过的时间大概占一生的80%，尤其是老、弱、病、残、幼、孕等体弱者在室内度过的时间要更长，所以室内空气质量的好坏对他们的身心健康来说更加重要。因此，加强对室内空气环境的监测与治理，对保证人民的身体健康，提高国民的心理素质非常重要。特别像中国这样人口众多，但医疗机构水准较低的国家，加紧室内环境的监测与治理，创造一个良好的寓居环境、办工场所，让所有人民都拥有一个健壮的体格，显得尤为重要。
1．2 国内研究现状和发展前景
在20世纪末，国内的室内环境净化整治行业刚刚开始发展，在那时候人们才开始意识到去治理室内空气质量的重要性。2003年新年刚过，一场前所未有的非典在全国爆发出来，因为这场重大疾病的爆发很大地去提高了人们对室内空气质量的认识，从而影响了室内空气净化整治行业跨入新一轮发展的速度。
根据物品需求的不同，目前在市场上比较常见的净化器大概有三种：第一种是简单空气净化器。这种净化器大部分都是加湿器、净化器和换气机，它们主要用在中型的室内场所。第二种就是是便于人们日常携带的净化装置。这种类型大都都是便携式净化器、车载净化器等，它们都是去用来净化小型空间。而第三种则是净化原料。市场上常见的各种空气清新剂、有害物质清除剂等都属于净化材料。
在目前情况下来看，国内拥有生产空气净化材料技术的企业有很多，大多都是在市场中占额很小的中小型企业，能起到龙头作用的公司很稀少。因为人们的生活水平的不断被提高，消费者越来越意识到环保的重要性，人们对室内空气治理产品的需求则会大量的上升，特别是未来的几年里，人们对产品的需求将会以较快的速度增长；在产品设计开发方面，纳米光催化和生物净化技术等刚兴起的技术将会得到设计者的青睐，这些技术会对提高环保产品的功效有显著的作用，以便去尽量满足不同消费者的不同要求，在市场上拥有很好的发展前景。
1．3 工作安排
本设计主要任务是设计一种对于室内人居环境中监测区域内的相关信息进行采集与监测的装置，采用定时采集数据方式，当室内人居环境监测系统的参数出现超标等危险情况时，不停更新的数据使管理员能够在第一时间发现报警信号并且及时做出反应怎样处理，从而实现对无人值守的室内人居环境数据的自动监测。在设计过程中，参考国内外的参考文献，学习以往设计的成品的方案和设计师的理念，将现有的所有设计方案进行分析对比，从而规划处出一个合理的方案。然后在根据设计方案和经济条件去挑选高性价比的元器件，完成电路图的设计，将电路板焊接好，检查有没有焊接错误的地方，最终与小伙伴设计的软件部分一起调试，看是否可以达到设计的基本要求。
目 录
1绪论 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2国内研究现状和发展前景 2
1.3工作安排 2
2室内人居环境无线网络监测系统的总体设计 3
2.1室内人居环境无线网络监测系统的设计思想 3
2.2总体功能 3
3硬件设计 4
3.1总体框图 4
3.2核心控制器STC89C52RC 4
3.3温湿度传感器 5
3.4PM2.5传感器 7
3.5有害气体传感器 9
3.6蓝牙模块 10
3.7A/D采样电路 14
3.8USB转TTL电路 16
3.9系统总体设计 17
4基于单片机的室内人居环境无线网络监测系统软件设计 17
4.1程序编写语言的选择 17
4.2主程序 18
4.3温湿度数据采集模块 19
4.4有害气体数据采集模块 20
4.5PM2.5数据采集模块 20
4.6串口通信模块 21
4.7I2C总线驱动模块 21
4.8定时器模块 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
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
附 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
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 33 1 绪论
1．1 课题研究背景和意义
随着当今社会经济发展的迅速，人们的生活质量也因此有所提高，城市居民在室内待着的时间超过80%，室内空气质量不仅对人体的舒适和健康有所影响，而且还影响到了在室内学习的人的工作效率。由以上叙说可以看出，人们接触最密切、最多的外环境之一就是室内环境，所以室内空气质量的相关问题越来越引起人们的注意，尤其是近年来，人们对研究室内环境治理方案的需求更加迫切。
室内空气污染大部分都是人类活动引起的污染，主要包括生物性污染和化学性污染。污染物主要来源于房屋装修和装修时使用的建筑材料、室内用品(家用化学物品、现代办公用具和房屋家具)、人类活动(煮饭、空调和抽烟)、人体自身的新陈代谢活动、生物性污染源和室外大气污染物六个方面。
室内空气污染的主要影响包括危害人体自身健康、损害屋内物品的价值和美观，以及加剧人与人之间关系的恶化，引起人们心理压力的加重等。有污染室内空气引发的典型病症包括化学过敏反应症、建筑相干疾病和病态建筑物综合症。
据世界银行相关资料统计表明，每年中国都有大约32亿美元的经济损失是由于空气污染造成的。另外根据国际有关组织的调查统计，在世界上30%的室内建筑中，都存在着或多或少的有害人体健康的空气污染。由于这些有害气体的存在，全球的人口发病率和死亡率都在持续增长。室内空气污染早已成为对人体健康伤害最大的五种环境要素之一。人们在度过了“煤烟型污染”和“光化学污染”时代后，已经跨入了以“室内空气污染”为标记的第三污染时期。
中国作为一个发展中国家，拥有不太高的人均国民生产总值。在农村，燃烧秸秆造成了大量的有害气体，而且因为土灶台的使用，使农村面临的室内空气污染问题难以解决; 在城市，在尚未完全根除工业“三废”的情况下，又因为室内装璜利用大批的不环保原料，室内家具、办公用品、建筑物本身带来的污染，使得本来就很严峻的室内空气污染问题愈来愈严重。特别是最近几年来，因为室内环境污染的原因，人口健康问题也因此愈来愈突出，从而引发了世界各国的关注。
空气作为人类生存的必需品，对人类的影响是巨大的。人在室内度过的时间大概占一生的80%，尤其是老、弱、病、残、幼、孕等体弱者在室内度过的时间要更长，所以室内空气质量的好坏对他们的身心健康来说更加重要。因此，加强对室内空气环境的监测与治理，对保证人民的身体健康，提高国民的心理素质非常重要。特别像中国这样人口众多，但医疗机构水准较低的国家，加紧室内环境的监测与治理，创造一个良好的寓居环境、办工场所，让所有人民都拥有一个健壮的体格，显得尤为重要。
1．2 国内研究现状和发展前景
在20世纪末，国内的室内环境净化整治行业刚刚开始发展，在那时候人们才开始意识到去治理室内空气质量的重要性。2003年新年刚过，一场前所未有的非典在全国爆发出来，因为这场重大疾病的爆发很大地去提高了人们对室内空气质量的认识，从而影响了室内空气净化整治行业跨入新一轮发展的速度。
根据物品需求的不同，目前在市场上比较常见的净化器大概有三种：第一种是简单空气净化器。这种净化器大部分都是加湿器、净化器和换气机，它们主要用在中型的室内场所。第二种就是是便于人们日常携带的净化装置。这种类型大都都是便携式净化器、车载净化器等，它们都是去用来净化小型空间。而第三种则是净化原料。市场上常见的各种空气清新剂、有害物质清除剂等都属于净化材料。
在目前情况下来看，国内拥有生产空气净化材料技术的企业有很多，大多都是在市场中占额很小的中小型企业，能起到龙头作用的公司很稀少。因为人们的生活水平的不断被提高，消费者越来越意识到环保的重要性，人们对室内空气治理产品的需求则会大量的上升，特别是未来的几年里，人们对产品的需求将会以较快的速度增长；在产品设计开发方面，纳米光催化和生物净化技术等刚兴起的技术将会得到设计者的青睐，这些技术会对提高环保产品的功效有显著的作用，以便去尽量满足不同消费者的不同要求，在市场上拥有很好的发展前景。
1．3 工作安排
本设计主要任务是设计一种对于室内人居环境中监测区域内的相关信息进行采集与监测的装置，采用定时采集数据方式，当室内人居环境监测系统的参数出现超标等危险情况时，不停更新的数据使管理员能够在第一时间发现报警信号并且及时做出反应怎样处理，从而实现对无人值守的室内人居环境数据的自动监测。在设计过程中，参考国内外的参考文献，学习以往设计的成品的方案和设计师的理念，将现有的所有设计方案进行分析对比，从而规划处出一个合理的方案。然后在根据设计方案和经济条件去挑选高性价比的元器件，完成电路图的设计，将电路板焊接好，检查有没有焊接错误的地方，最终与小伙伴设计的软件部分一起调试，看是否可以达到设计的基本要求。
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