论文总字数：19169字

目 录

摘要 I

Abstract II

1引言 1

1.1课题研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状及发展方向 2

1.3本文的主要内容与组织结构 3

1.3.1论文研究的主要内容 3

1.3.2论文的组织结构 3

2总体设计方案 3

3系统硬件设计 4

3.1主控模块 4

3.2气体监测模块 6

3.2.1 MQ135气敏传感器 6

3.2.2 MQ9可燃气体传感器 8

3.2.3 ZPH01粉尘传感器 10

3.3 温湿度测量模块 11

3.4 LCD显示模块 12

3.5 声光报警模块 13

4 系统软件设计 14

4.1 系统开发环境介绍 14

4.2 主程序设计 14

4.3子程序设计 15

4.3.1 A\D转换部分 15

4.3.2 DHT11部分 17

5 系统调试 19

5.1实物调试 19

5.2误差分析 21

6 总结与展望 21

6.1全文总结 21

6.2 不足与展望 22

参考文献 22

致谢 24

附录一 25

附录二 26

室内有害气体监测系统的设计

余丹

，China

Abstract: The air pollution has attracted more and more attention in recent years. In addition to the air pollution caused by the increasingly frequent haze climate, the pollution caused by indoor various harmful gases is also very serious. According to the actual needs, an indoor harmful gas monitoring system based on STM32F103 is designed in this paper. The system includes harmful gas monitoring module, temperature and humidity measurement module, single chip microcomputer control module, display module and alarm module. The paper describes in detail the process of monitoring and analyzing indoor air quality and over-alarming by using STM32F103 as the main controller, MQ135, MQ9, ZPH01 gas sensor and DHT11 temperature and humidity sensor. The hardware and software design principles and schemes of the system are introduced emphatically in the paper, and all the hardware modules are also described in detail. The results show that the system can detect and alarm the indoor harmful gas effectively. It is convenient and has good practicability.

Keywords: STM32F103; gas detection; gas sensor; temperature and humidity sensor

1引言

1.1课题研究背景和意义

随着社会改革步伐的加快，大众的环保意识也在日益提高，环境问题目前已经成为一个众所关注的民生问题。其中，空气质量更是其重要的部分，它对人们的生活幸福感有着极大的影响。北京大学与耶鲁大学联合发表的一项研究表明：2007到2014年间，中国百姓的平均收入在日益增长，然而人们的幸福感却呈现出了相反的趋势，数据显示已经降低22.5%^[1]。呈现出这种状态的原因主要是空气质量的恶化。不仅如此，如今广受大家关注的抑郁症经研究表明也与空气品质的下降有关。在对社会不同群体进行比较后，发现作为社会主力的年轻人的身心健康更容易被空气品质所影响。

近年来，中国的城市化建设在高速推进，许多一线城市中心都有变成钢筋水泥森林的趋势，日新月异的城市面貌让人们的生活重心从户外向室内集中。但因此，人类被高度集中起来，密集人群呼出的二氧化碳、抽烟产生的烟雾粉尘、以及居室装修产生的种种化学物质，导致的室内空气污浊，质量低劣。即使是在具备良好通风系统的现代化大楼里，人们依旧无法拥有健康的空气环境。经过中国室内环境科学研究院与各地检测部门的调查数据显示，中国城市中有些地区的空气污染状况已经严重超标，主要是人口密集的各类公共场所与住宅内，这种“楼宇综合征”^[2]已经引起了社会的广泛关注。这种病态建筑综合症会引发皮肤过敏或者呼吸道感染等症状，目前有很多人已经出现了亚健康的情况。并且过量的水蒸气会有利于室内微生物与细菌的滋生，对人们的健康也有着极大的威胁。因此大家对空气品质问题的关注度不断提高，对室内气体监测的要求也不断增加。

这些室内“隐形杀手”的来源主要有以下两个方面^[3-6]：一是居室装潢、家具、各类喷雾剂带来的有害气体，例如甲醛、苯系物、氨气、挥发性有机物等有害化合物。居室装修在给我们的住所带来美化与舒适的同时，也带来了极大的空气污染，除了众所周知的甲醛，苯系物、氨气等物质也是危害很大的^[7-8]。常见的装潢材料，如涂料、地板、油漆以及人造板材都能够释放大量有害的挥发性有机物，并且不同的装修材料污染的挥发期也各有长短，比如复合地板中的黏合剂中就含有甲醛、苯等，并且往外挥发较慢，挥发期甚至达到5-10年^[9]。二是因为居民在日常生活中因粗心而导致泄漏的可燃性气体，例如水煤气、天然气等等。伴随着人们生活高度便捷化，管道煤气、天然气普及到家家户户，这些设施在给我们带来的便利的同时，产生煤气中毒与火灾事件的概率也随着不断增加。我国近年来由于一氧化碳、甲烷中毒以及燃气泄漏导致的火灾爆炸事件被频频报道，着实令人惋惜。据不完全统计，在中国每年有将近1500人因煤气泄漏而中毒死亡，尤其是在冬季，人们为了防寒而门窗紧闭，许多人在深夜熟睡时吸入过量泄漏的燃气导致慢性中毒甚至死亡。CO与人体血液中的血红蛋白有着极高的亲和力，是氧气的200多倍，这意味着人体血液一旦与其相结合就基本无法分离。所以当人体短时间内吸收过量CO时就会令血红蛋白的输氧能力极速降低而致人缺氧。另外，随着泄漏的可燃性气体浓度的升高，室内会逐渐形成局部着火爆炸区，一旦遇到明火就会迅速爆炸产生空气冲击波和火焰，导致建筑设施摧毁，人、物都会受到最直接的危害。所以，如果能及时检测到可燃气体浓度过量，并立即报警提醒居民采取保护或急救措施，将来会帮助许多家庭远离这种灾难。

随着改革开放后社会经济飞跃性的发展，人民的生活质量在不断提高，大众对住所的安全性、智能型也提出更进一步的追求。室内空气品质的监测逐渐被社会各界所关注，我们急切需要一种居家实用、方便易操作的室内有害气体监测系统，以及时发现危险并报警通知户主，将险情止于初期，让大家的幸福感跟安全感变得更高。

1.2 国内外研究现状及发展方向

当前使用最为普及的气敏传感器主要是检测可燃性气体类的，它已经被广泛运用在监测气体泄漏与报警方面。不少发达国家已经明文规定居民住宅家庭中应安装家用式烟雾报警系统与燃气泄漏报警器。国外可燃性气体检测仪之所以能够快速发展，主要得益于两个方面：一是由于群众的安全意识在不断提高，对居住场所的安全性不断提出更高的要求，这促使他们自主安装监测仪器来提高室内环境的安全性；另一方面也得易于国外政府有制定相关的安全法规，这对燃气检测仪市场有巨大的推动^[10-11]。在这一方面，我们应该向其学习，国内需要加大宣传以增强人们在这方面的安全意识，同时制定相关的政策法规。

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