智能家庭环境监测系统设计
摘 要科技的不断进步使得控制、信息、通信、电子等技术迅速发展，因此人们对生活品质的要求也随之增加。越来越多的人期望家庭生活能更加安全、便捷、舒适与安全。在经济的发展快速发展的背景下，家庭的家电和用电器越来越多，家庭存在的隐患更加凸显，此外，社会多元化，结构转型期的不安全因素在逐渐增加，靠人来发现安全隐患已经不可行，无法适应信息时代社会的要求。考虑到以上因素，本课题设计了一个简单的家庭环境检测系统。单片机采集一氧化碳、烟雾、湿度、火焰、温度等数据，进行处理后在1602液晶上显示温湿度值，同时利用RS232将数据传送到上位机显示温度，如果发现指标超标，则在上位机上显示相对应的报警信息，GSM短信模块也会将报警信息发送给用户。本课题采用了AT89C51单片机最小系统、1602液晶显示模块、GSM短信模块、RS232串口、ADC0804模数转换和相应传感器模块等。本论文主要讲述了家庭环境监测系统的方案设计、硬件电路设计和软件程序编写，深入地分析研究了单片机控制、RS232串口通信、多个传感器、GSM短信、AD数模转换等模块。本次设计实现的家庭环境监测系统结构简单、操作便捷、实现多功能报警。编写程序时采用模块化结构，使得系统功能增加很便捷。此监测系统实现了远距离和近距离报警功能，有很好的安全性，能保证家居环境的安全，应用前景非常广阔。
目 录
摘 要 IV
Abstract V
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外环境检测系统的发展状况 1
1.3 设计的目的和意义 3
1.4 智能家庭环境监测系统特点 3
1.5 设计任务与要求 4
本章小结 5
第2章 方案设计 6
2.1 方案概述 6
2.2 设计的总体思路 6
2.2.1 单片机的选择 7
2.2.2 温度传感器的选择 8
2.2.3 烟雾传感器的选择 9
2.2.4 一氧化碳传感器的选择 9
2.2.5 火焰传感器的选择 10
2.2.6 显示电路的选择 10
2.2.7 GSM的选择 1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
1
2.2.8 A/D转换器的选择 12
本章小结 13
第3章 硬件设计 14
3.1 系统的硬件简介 14
3.2 电源电路设计 14
3.3 AT89C51单片机最小系统电路设计 15
3.4 RS232串口电路设计 16
3.5 1602液晶电路设计 17
3.6 AD模块电路设计 18
3.7 传感器电路设计 20
3.7.1 火焰传感器 21
3.7.2 烟雾传感器 21
3.7.3 一氧化碳传感器 22
3.7.4 湿度传感器 22
3.8 GSM与RS232串口或门电路 23
本章小结 23
第4章 软件设计 24
4.1 软件设计思路与整体流程图 24
4.2 温度测量程序设计 26
4.3 ADC0804转换程序设计 27
4.4 串口发送模块程序设计 27
本章小结 28
第5章 上位机设计 29
5.1 软件介绍 29
5.2 串口通信控件的设置 29
5.3 报警模块程序设计 30
5.4 上位机程序设计 31
本章小结 32
第6章 调试与实现 33
6.1 Keil软件简介 33
6.2 调试过程 34
6.2.1 初始状态 34
6.2.2 一氧化碳浓度过高报警 35
6.2.3 发生火灾报警 35
6.2.4 有烟雾报警 35
6.2.5 湿度超标 36
6.3 调试中遇到的问题及解决方案 36
本章小结 37
第7章 总结 38
致 谢 40
参考文献 41
附录一 实物图 43
附录二 源程序 46
外文译文 64
第1章 绪论
1.1 引言
现代社会，随着经济的高速发展，环境问题越来越凸显，环境的参数监测测量与国民工业生产、农业发展、国防建设、科研研究以及人民生活息息相关。而这对室内与室外环境监测测量提出了更高的要求，尤其是普通居民对于日常环境监测的需要呈现急剧上升趋势，这点从家用空气净化器销售方面就可窥见一斑。
人民群众呼唤良好的空气环境，适宜的人居状况。因而，良好的家居环境需要不断迎合人们多变的需求。室内抽烟容易增加P.M2.5含量，天然气使用增加室内气体的复杂程度，家居使用的各种化学物品也可能释放各种气体，这些的环境对人体显然是非常有害的。
这样的情况对操控家居的湿度、温度、室内空气质量的调节、改善甚至防御都有要求，科研研究对这些方面给人体带来的伤害减轻刻不容缓。传统的物理性的人工的空气监测和控制已经无法满足当代需求，新的智能化的有效的对室内家具环境监测参数的测定是未来智能家具的发展的重要方向之一。
人工智能技术的发展、传感器设备的普及与单片机的日常应用不断走入普通家庭对传统监测控制产生深刻的反作用。家具环境测定，室内空气质量状况、有害气体参数、相应化解方法都是现代智能家居之必需，智能家居使用者希望能够进行智能化的监控以及反馈。例如，一定条件下，温度的升降或者湿度的细微改变都有可能引起身体的不适，甚至当有毒有害气体超量时还会给人体带来致命伤害。所以对家具环境的智能监测和控制，按照人们的需求进行调控，从智能到最终创造舒适的人居环境是我们的目标。而51单片机是目前进行这方面参数测定和控制的最佳平台之一，其简便的操作性、组态的灵活性以及准确性，有利于普通人操作，进而达到智能的需求。
本课 题研究，依据单片机采集的环境参数，进行数据处理后，将数据在1602液晶和上位机上显示，同时判断采集的数据是否在安全范围内，若异常，则通过GSM、上位机、LED和蜂鸣器进行报警。
1.2 国内外环境检测系统的发展状况
人体对家居环境比如温度和适度是非常敏感的，但是却不是精准的，因为体无法做出数值方面的衡量，而对于大部分室内气体也仅仅能通过嗅觉进行觉知。随着科学研究的发展，对于数值的精确掌控已经成为一门学科，对于温度、湿度、容量都已经可以通过诸如湿度计、温度计和手动或自动气体含量检测仪进行检测，这给我们的生活带来了革命性的改变。但是常规手段已经存在了数十年，其已经无法精准的反映环境质量，诸如P.M2.5或P.M10等都已经无法使用它们来进行浓度含量的监测。市场上现有的数码产品和蜂鸣式警报器的环境监测仪问世也是合情合理的。现今，国内市场依据单片机进行设计的环境监测仪器操作困难、价格高、使用范围狭小，使得其无法进入智能家具行列。
下面就简单介绍下数字式与模拟式这两种传感器。
1、模拟式输出湿度温度传感器
该传感器的输出信号为模拟电压，精度高、可靠性强、出入值小，并且具有温度补偿功能，稳定性优势极高，操作简便、价格低廉。该传感器功耗低，体积小。主要应用于冷暖空调、空气加湿器、除湿器、大型环境检测仪等相关方面。
目 录
摘 要 IV
Abstract V
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外环境检测系统的发展状况 1
1.3 设计的目的和意义 3
1.4 智能家庭环境监测系统特点 3
1.5 设计任务与要求 4
本章小结 5
第2章 方案设计 6
2.1 方案概述 6
2.2 设计的总体思路 6
2.2.1 单片机的选择 7
2.2.2 温度传感器的选择 8
2.2.3 烟雾传感器的选择 9
2.2.4 一氧化碳传感器的选择 9
2.2.5 火焰传感器的选择 10
2.2.6 显示电路的选择 10
2.2.7 GSM的选择 1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
1
2.2.8 A/D转换器的选择 12
本章小结 13
第3章 硬件设计 14
3.1 系统的硬件简介 14
3.2 电源电路设计 14
3.3 AT89C51单片机最小系统电路设计 15
3.4 RS232串口电路设计 16
3.5 1602液晶电路设计 17
3.6 AD模块电路设计 18
3.7 传感器电路设计 20
3.7.1 火焰传感器 21
3.7.2 烟雾传感器 21
3.7.3 一氧化碳传感器 22
3.7.4 湿度传感器 22
3.8 GSM与RS232串口或门电路 23
本章小结 23
第4章 软件设计 24
4.1 软件设计思路与整体流程图 24
4.2 温度测量程序设计 26
4.3 ADC0804转换程序设计 27
4.4 串口发送模块程序设计 27
本章小结 28
第5章 上位机设计 29
5.1 软件介绍 29
5.2 串口通信控件的设置 29
5.3 报警模块程序设计 30
5.4 上位机程序设计 31
本章小结 32
第6章 调试与实现 33
6.1 Keil软件简介 33
6.2 调试过程 34
6.2.1 初始状态 34
6.2.2 一氧化碳浓度过高报警 35
6.2.3 发生火灾报警 35
6.2.4 有烟雾报警 35
6.2.5 湿度超标 36
6.3 调试中遇到的问题及解决方案 36
本章小结 37
第7章 总结 38
致 谢 40
参考文献 41
附录一 实物图 43
附录二 源程序 46
外文译文 64
第1章 绪论
1.1 引言
现代社会，随着经济的高速发展，环境问题越来越凸显，环境的参数监测测量与国民工业生产、农业发展、国防建设、科研研究以及人民生活息息相关。而这对室内与室外环境监测测量提出了更高的要求，尤其是普通居民对于日常环境监测的需要呈现急剧上升趋势，这点从家用空气净化器销售方面就可窥见一斑。
人民群众呼唤良好的空气环境，适宜的人居状况。因而，良好的家居环境需要不断迎合人们多变的需求。室内抽烟容易增加P.M2.5含量，天然气使用增加室内气体的复杂程度，家居使用的各种化学物品也可能释放各种气体，这些的环境对人体显然是非常有害的。
这样的情况对操控家居的湿度、温度、室内空气质量的调节、改善甚至防御都有要求，科研研究对这些方面给人体带来的伤害减轻刻不容缓。传统的物理性的人工的空气监测和控制已经无法满足当代需求，新的智能化的有效的对室内家具环境监测参数的测定是未来智能家具的发展的重要方向之一。
人工智能技术的发展、传感器设备的普及与单片机的日常应用不断走入普通家庭对传统监测控制产生深刻的反作用。家具环境测定，室内空气质量状况、有害气体参数、相应化解方法都是现代智能家居之必需，智能家居使用者希望能够进行智能化的监控以及反馈。例如，一定条件下，温度的升降或者湿度的细微改变都有可能引起身体的不适，甚至当有毒有害气体超量时还会给人体带来致命伤害。所以对家具环境的智能监测和控制，按照人们的需求进行调控，从智能到最终创造舒适的人居环境是我们的目标。而51单片机是目前进行这方面参数测定和控制的最佳平台之一，其简便的操作性、组态的灵活性以及准确性，有利于普通人操作，进而达到智能的需求。
本课 题研究，依据单片机采集的环境参数，进行数据处理后，将数据在1602液晶和上位机上显示，同时判断采集的数据是否在安全范围内，若异常，则通过GSM、上位机、LED和蜂鸣器进行报警。
1.2 国内外环境检测系统的发展状况
人体对家居环境比如温度和适度是非常敏感的，但是却不是精准的，因为体无法做出数值方面的衡量，而对于大部分室内气体也仅仅能通过嗅觉进行觉知。随着科学研究的发展，对于数值的精确掌控已经成为一门学科，对于温度、湿度、容量都已经可以通过诸如湿度计、温度计和手动或自动气体含量检测仪进行检测，这给我们的生活带来了革命性的改变。但是常规手段已经存在了数十年，其已经无法精准的反映环境质量，诸如P.M2.5或P.M10等都已经无法使用它们来进行浓度含量的监测。市场上现有的数码产品和蜂鸣式警报器的环境监测仪问世也是合情合理的。现今，国内市场依据单片机进行设计的环境监测仪器操作困难、价格高、使用范围狭小，使得其无法进入智能家具行列。
下面就简单介绍下数字式与模拟式这两种传感器。
1、模拟式输出湿度温度传感器
该传感器的输出信号为模拟电压，精度高、可靠性强、出入值小，并且具有温度补偿功能，稳定性优势极高，操作简便、价格低廉。该传感器功耗低，体积小。主要应用于冷暖空调、空气加湿器、除湿器、大型环境检测仪等相关方面。
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