室内环境监测预警系统(附件)
本文通过传感器检测室内的甲醛、CO、烟雾浓度以及温湿度的检测，将检测到的参数进行显示，然后再通过串口将采集的数据发送到检测中心。系统的核心控制芯片是单片机，单片机负责系统数据的输入、处理以及输出，是整个系统数据的交换中心。室内环境信息采集用到DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器、MQ-9一氧化碳传感器以及MS1100甲醛检测模块，传感器将采集到的数据送入单片机。由于一氧化碳以及甲醛的检测需要进行AD转化，因此使用了PCF8591型号的AD转换芯片，最终完成传感器的信息采集。为了将采集的信息显示采用了LCD12864显示屏作为显示的工具，同时也在系统电路中加上了蜂鸣器报警电路，可以反馈出当前的限值报警信息。关键词 室内环境，传感器，甲醛，单片机，报警电路
目 录
1 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2本设计研究现状 1
1.3本设计的主要内容 2
2 总体方案设计 2
2.1系统硬件总体设计方案 2
2.2系统软件总体设计方案 3
3 硬件模块设计 4
3.1 硬件系统组成 5
3.2 电源模块设计 5
3.3 微处理器模块设计 6
3.4 光强采集模块设计 9
3.5 温湿度采集模块设计 10
3.6 烟雾采集模块设计 12
3.7 CO采集模块设计 13
3.8 甲醛采集模块设计 14
3.9 AD采集模块设计 15
3.10 显示模块设计 17
3.11报警模块设计 19
3.12 通信模块设计 20
4 系统调试 22
4.1 系统调试内容 22
4.2 硬件调试 23
结论 25
致谢 26
参考文献 27
附录 29
1 绪论
1.1课题研究的背景及意义
随着现代社会飞速发展，人们的生活水平不断得到提升。家庭住宅是人们生活的最主要场所，因此人们越来越关注室内环境，人们对室内环境的要求也越来越高[1]。但是如今由 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
于装修污染物等原因，导致室内环境存在隐患，严重影响了人们的健康，因此实时监测室内环境是非常有必要的[2]。根据有关部门调查数据统计，目前中国由于室内环境问题所带来的经济损失每年达32亿美金[3]。我国是发展中国家，GDP仍落后于发达国家[4]。工业以及建筑装修等原因所造成的空气质量问题也越来越严重，对人体健康造成很大的威胁[5]。人类的生存不能脱离空气，日常工作生活中很长时间都是待在室内的，特别是弱势群体在室内所处时间则更长，因此室内环境的好坏直接影响着他们的身体健康，因此加强室内环境监测迫在眉睫。人们通常采用温度计、湿度计来采集相应的数据。但一般温度计、湿度计精度低，以及人工读数等原因，温湿度检测不仅速率较慢，精度不高，实时性差，并且人力劳动强度大。
目前市场上的室内环境监测设备种类繁多，但主要用来监测有害气体，功能较为单一，并且比较昂贵，因此多功能综合环境监测系统的设计势在必行[6~8]。本系统用于监测室内的温湿度、光照强度、甲醛浓度和CO浓度，并将监测数据存储并显示在上位机中。当监测数据到达预设值时实现声光报警功能。
1.2本设计研究现状
造成室内环境污染的原因通常划分为两个方面。一方面是室内活动产生，如呼吸、行走等，会产生二氧化碳、二氧化硫、可吸入颗粒等等[9~11]。另一方面是家具或涂料会释放挥发性有机物，这是严重的污染源，影响着室内人员的身体健康[12]。当然室外污染也会影响，但污染性会根据时间发生变化，对于室内环境的影响也是在逐渐改变[13~15]。人类的生存发展无法脱离赖以生存的空气环境，因此，营造一个健康的室内环境，提升装修、材料等行业的环保水平，把对健康的影响降到最低是整个社会所面临的难题[16,17]。当前人们在享受生活条件提高的同时也开始关心室内环境的污染问题，这说明人们的环保意识在增强，从这一方面看，室内环境监测系统发展前景是非常乐观的[18~21]。近年来，由于不规范的家装所带来的环境污染是相当严重，在监测之中甲醛所造成的污染非常严重[22]。在室内环境监测中，重点监测甲醛、苯系物、氨、氡这四种气体 [23~25]。虽然当前从事室内环境监测的机构还不普及，但是随着相关部门的协调和努力，室内环境监测必然会拥有很好的前景[26,27]。
空气是人类不可或缺的物质基础，建设绿色室内环境对于人类的传承和发展是非常重要的，我们应该积极科普室内环境监测知识，研究新型的室内环境监测预警系统，为室内环境监测行业的发展奠定良好的基础[28~30]。
1.3本设计的主要内容
本设计研究的主要内容是对室内环境的参数进行检测，利用各种传感器检测室内的环境参数，将其采集的信号通过相应的手段传输到单片机内，单片机将采集的信号进行数据处理，然后将各种参数进行显示、报警以及通过串口传输到上位机中。通过上述的流程，完成室内环境参数的检测。需要设计电源电路、传感器采集电路、单片机控制电路、显示电路、报警电路以及串口数据发送电路。每个电路都需要独立的设计，然后通过信号的传输方向进行线路的连接。硬件设计中主要是对各个电路的设计以及焊接，进过相应的测试程序，完成电路的设计，同时也需要对各种传感器以及各种模块芯片进行选型。硬件设计中需要用到的传感器有温湿度传感器、CO传感器、烟雾传感器等。单片机控制系统则是对单片机最小系统电路的设计，主要有电源电路、单片机芯片、时钟电路、复位电路。显示电路则是选用LCD显示屏。为了将数据发送到上位机中，需要使用MAX232芯片构成串口发送电路。
2 总体方案设计
2.1系统硬件总体设计方案
室内环境监测预警系统的硬件设计主要框架就是系统的几个重要电路，主要的电路有电源电路、单片机控制电路、传感器采集电路、AD转换电、显示电路以及串口电路。各个电路的在整个系统中都是有特定的作用，并且都需要和单片机进行数据的交换，因为单片机系统是整个设计的核心。电源电路负责向各个电路元件供电，由于各个模块的电压等级都是一样的，所以电源电路的电压等级只需要设计一个等级即可满足系统的供电要求。传感器电路信号的输出端，需要和单片机进行连接，由于传感器器输出的电压是模拟电压，所以需要通过AD转换电路将模拟量转换成数字量。显示电路则是为了显示当前采集的参数，需要单片机将需要的显示信息控制显示屏去显示。串口电路的主要功能是将采集的参数信息发送到监控端，监控端和单片机需要通过串口通信的方式进行数据的传输。各个电路都需要根据工作的需要进行设计，因此每个电路都有各自的作用，不可缺少，这样才能系统的完整性。在进行硬件电路设计的时候，还要一些因数需要去考虑，例如在进行系统参数的检测的时候是否一定需要AD转换电路，可不可以选择一些传感器可以直接数字量的器件。这样的设计可以使得设计更加的简单，可以减少电路的设计，但是传感器的敏感元件，都是将环境的参数变换转换成电阻或电压信号，所以只能外加集成电路，也就是在选择传感器的时候，可以直接在输出的信号端添加相应的转换元件，可以直接将输出的信号进行转换。这样的传感器检测电路也是可行的，但是价格比较昂贵。
目 录
1 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2本设计研究现状 1
1.3本设计的主要内容 2
2 总体方案设计 2
2.1系统硬件总体设计方案 2
2.2系统软件总体设计方案 3
3 硬件模块设计 4
3.1 硬件系统组成 5
3.2 电源模块设计 5
3.3 微处理器模块设计 6
3.4 光强采集模块设计 9
3.5 温湿度采集模块设计 10
3.6 烟雾采集模块设计 12
3.7 CO采集模块设计 13
3.8 甲醛采集模块设计 14
3.9 AD采集模块设计 15
3.10 显示模块设计 17
3.11报警模块设计 19
3.12 通信模块设计 20
4 系统调试 22
4.1 系统调试内容 22
4.2 硬件调试 23
结论 25
致谢 26
参考文献 27
附录 29
1 绪论
1.1课题研究的背景及意义
随着现代社会飞速发展，人们的生活水平不断得到提升。家庭住宅是人们生活的最主要场所，因此人们越来越关注室内环境，人们对室内环境的要求也越来越高[1]。但是如今由 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
于装修污染物等原因，导致室内环境存在隐患，严重影响了人们的健康，因此实时监测室内环境是非常有必要的[2]。根据有关部门调查数据统计，目前中国由于室内环境问题所带来的经济损失每年达32亿美金[3]。我国是发展中国家，GDP仍落后于发达国家[4]。工业以及建筑装修等原因所造成的空气质量问题也越来越严重，对人体健康造成很大的威胁[5]。人类的生存不能脱离空气，日常工作生活中很长时间都是待在室内的，特别是弱势群体在室内所处时间则更长，因此室内环境的好坏直接影响着他们的身体健康，因此加强室内环境监测迫在眉睫。人们通常采用温度计、湿度计来采集相应的数据。但一般温度计、湿度计精度低，以及人工读数等原因，温湿度检测不仅速率较慢，精度不高，实时性差，并且人力劳动强度大。
目前市场上的室内环境监测设备种类繁多，但主要用来监测有害气体，功能较为单一，并且比较昂贵，因此多功能综合环境监测系统的设计势在必行[6~8]。本系统用于监测室内的温湿度、光照强度、甲醛浓度和CO浓度，并将监测数据存储并显示在上位机中。当监测数据到达预设值时实现声光报警功能。
1.2本设计研究现状
造成室内环境污染的原因通常划分为两个方面。一方面是室内活动产生，如呼吸、行走等，会产生二氧化碳、二氧化硫、可吸入颗粒等等[9~11]。另一方面是家具或涂料会释放挥发性有机物，这是严重的污染源，影响着室内人员的身体健康[12]。当然室外污染也会影响，但污染性会根据时间发生变化，对于室内环境的影响也是在逐渐改变[13~15]。人类的生存发展无法脱离赖以生存的空气环境，因此，营造一个健康的室内环境，提升装修、材料等行业的环保水平，把对健康的影响降到最低是整个社会所面临的难题[16,17]。当前人们在享受生活条件提高的同时也开始关心室内环境的污染问题，这说明人们的环保意识在增强，从这一方面看，室内环境监测系统发展前景是非常乐观的[18~21]。近年来，由于不规范的家装所带来的环境污染是相当严重，在监测之中甲醛所造成的污染非常严重[22]。在室内环境监测中，重点监测甲醛、苯系物、氨、氡这四种气体 [23~25]。虽然当前从事室内环境监测的机构还不普及，但是随着相关部门的协调和努力，室内环境监测必然会拥有很好的前景[26,27]。
空气是人类不可或缺的物质基础，建设绿色室内环境对于人类的传承和发展是非常重要的，我们应该积极科普室内环境监测知识，研究新型的室内环境监测预警系统，为室内环境监测行业的发展奠定良好的基础[28~30]。
1.3本设计的主要内容
本设计研究的主要内容是对室内环境的参数进行检测，利用各种传感器检测室内的环境参数，将其采集的信号通过相应的手段传输到单片机内，单片机将采集的信号进行数据处理，然后将各种参数进行显示、报警以及通过串口传输到上位机中。通过上述的流程，完成室内环境参数的检测。需要设计电源电路、传感器采集电路、单片机控制电路、显示电路、报警电路以及串口数据发送电路。每个电路都需要独立的设计，然后通过信号的传输方向进行线路的连接。硬件设计中主要是对各个电路的设计以及焊接，进过相应的测试程序，完成电路的设计，同时也需要对各种传感器以及各种模块芯片进行选型。硬件设计中需要用到的传感器有温湿度传感器、CO传感器、烟雾传感器等。单片机控制系统则是对单片机最小系统电路的设计，主要有电源电路、单片机芯片、时钟电路、复位电路。显示电路则是选用LCD显示屏。为了将数据发送到上位机中，需要使用MAX232芯片构成串口发送电路。
2 总体方案设计
2.1系统硬件总体设计方案
室内环境监测预警系统的硬件设计主要框架就是系统的几个重要电路，主要的电路有电源电路、单片机控制电路、传感器采集电路、AD转换电、显示电路以及串口电路。各个电路的在整个系统中都是有特定的作用，并且都需要和单片机进行数据的交换，因为单片机系统是整个设计的核心。电源电路负责向各个电路元件供电，由于各个模块的电压等级都是一样的，所以电源电路的电压等级只需要设计一个等级即可满足系统的供电要求。传感器电路信号的输出端，需要和单片机进行连接，由于传感器器输出的电压是模拟电压，所以需要通过AD转换电路将模拟量转换成数字量。显示电路则是为了显示当前采集的参数，需要单片机将需要的显示信息控制显示屏去显示。串口电路的主要功能是将采集的参数信息发送到监控端，监控端和单片机需要通过串口通信的方式进行数据的传输。各个电路都需要根据工作的需要进行设计，因此每个电路都有各自的作用，不可缺少，这样才能系统的完整性。在进行硬件电路设计的时候，还要一些因数需要去考虑，例如在进行系统参数的检测的时候是否一定需要AD转换电路，可不可以选择一些传感器可以直接数字量的器件。这样的设计可以使得设计更加的简单，可以减少电路的设计，但是传感器的敏感元件，都是将环境的参数变换转换成电阻或电压信号，所以只能外加集成电路，也就是在选择传感器的时候，可以直接在输出的信号端添加相应的转换元件，可以直接将输出的信号进行转换。这样的传感器检测电路也是可行的，但是价格比较昂贵。
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