智能家居室内空气质量监测系统设计

论文总字数：21256字

摘 要

随着社会的不断发展与科学技术的日新月异。家庭住所作为人们日常起居生活最核心的区域越来越被人们所关注。特别是近年来，外界环境污染愈发严重，人们越来越渴望自己的居所在满足日常基本起居的同时更能够为自己提供一个安全、舒适、温馨的环境。为此，人们在需要相应的空气净化设备同时，更需要一种简洁、方便、有效、功能齐全、面向家居的空气质量检测设备。将检测与控制相结合，实现设备间的智能联动。

本设计所构建了家居的空气质量监控系统面向于现代家居环境能够检测并显示出温度，湿度，甲醛，PM2.5各项实时数据。系统通过搭建的传感器元件采集家居中温湿度，甲醛含量以及PM2.5含量，并实时显示上述采集数据。此外，采集上来的数据与单片机内部设定的整定值比较。当数据不合标准时发出报警信号并开启相应设备通知家居主人。最后，本文将设计的系统在PROTUES环境下进行了仿真，验证了设计的正确性，可行性。

本设计借鉴了市场现有的产品以及环境质量现有的研究成果。集实用性，高效性，经济性于一身。为今后智能家居的发展提供了新的思路。

关键词：单片机；空气质量检测；传感器；PROTUES

abstract

to meet their own homes in the daily basic living while more able to provide themselves with a safe, comfortable, warm environment。 To this end, we need the corresponding air purification equipment at the same time, but also need a simple, convenient, effective, complete function, for home air quality testing equipment. The detection and control are combined to realize the intelligent linkage between devices。

real-time data in the modern home environment. This system to AT89C51 microcontroller as the core, including the temperature and humidity sensor acquisition, sensor gas collection, A/D mode / number conversion, LCD liquid crystal display, sound and light alarm and other parts。The system collects the temperature and humidity, the formaldehyde content and the PM2.5 content of the sensor, and displays the data in real time. In addition, the data collected from the internal settings of the microcontroller and the setting value of the comparison。When the data is not standard, the alarm signal is issued and the corresponding equipment is turned on to inform the home owner.

Key words: single chip microcomputer; air quality detection; sensor; PROTUES

目 录

摘要 I

abstract II

目 录 III

第1章 引言 1

1.1 设计背景及意义 1

1.2 家居环境监测系统现状 2

1.3 设计目的及内容 3

第2章 系统设计方案论证和总体框架设计 4

2.1 设计要求 4

2.1.1 家居空气质量监测系统功能 4

2.2 系统硬件的选型与论证 4

2.2.1 单片机控制器的选型 4

2.2.2 温、湿度传感器的选型 5

2.2.3 甲醛气体监测模块选择与论证 6

2.2.4 PM2.5监测模块选择与论证 7

2.3 家居空气质量监测系统总体设计框架 7

第3章 系统硬件模块电路设计 9

3.1 控制模块设计 9

3.1.1 AT89C51单片机的介绍 9

3.1.2 时钟电路设计 12

3.1.3 复位电路设计 13

3.1.4 单片机最小系统硬件电路图 14

3.2 传感器模块设计 15

3.2.1 温湿度检测模块设计 15

3.2.2 甲醛检测模块设计 16

3.2.3 PM2.5检测模块设计 16

3.3 液晶显示模块设计 17

3.4 电源模块设计 20

3. 5ATK-ESP8266 WIFI 模块简介 21

3. 5. 1模块使用 23

3. 5. 2AT 指令简介 23

3. 5. 3串口无线 WIFI（COM-AP） 24

3. 5. 4串口无线 STA（COM-STA） 25

3. 5. 5串口无线 AP STA（COM-AP STA） 26

第4章 模块软件设计 27

4.1 程序设计软件简介 27

4．2 程序流程图 27

4.2.1 温湿度测量模块软件设计 27

4.3.2 PM2.5测量模块软件设计 28

4.3.3 甲醛测量模块软件设计 29

总结 31

致谢 32

参考文献 33

第1章 引言

1.1 设计背景及意义

随着社会的发展以及人们的生活水平的不断提高，家居环境质量的好快逐渐成为我们关注的重点。而在我们家居生活中温度湿度、可吸入颗粒物PM2.5含量、有害气体含量等以上数据因与我们健康密切相关因为而最为被关注。据相关资料显示，人体的健康会极大的被温度湿度环境所影响。而长期生活在湿度低于43％RH 的空气环境中，人体的各项器官，特别是呼吸呼吸系统会产生极大的损害。鼻腔，呼吸道乃至肺部的黏膜纤毛生理功能受到极大损害，纤毛的蠕动减缓，从而很难清理掉粘膜上的灰尘、细菌等附着物的，给细菌与病毒滋生提供了良好的环境，从而损害人体健康。而在湿度较大的环境下，特别是大于 65％RH时，松果激素大量产生，促使人体肾上腺素，甲状腺素含量减少，造成人体兴奋度降低，疲惫，没有活力。同时，高湿度环境会损害人体免疫力，危害人体健康的，PM2.5指环境中的比较小的颗粒物它的直径小于 2.5 微米。大量的PM2.5颗粒物存在空气中会对环境造成极大的污染，是检测环境质量的重要指标。PM2.5在正常的环境中含量极少，但随着我国环境质量的不断变差与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。甲醛是近些年伴随着过度装修用料所导致的新型家居污染源。甲醛无色有刺激性气味，随呼吸系统进入人体后会破坏人体细胞蛋白质，进而对人体器官特别是呼吸系统，神经系统造成极大地破坏。甲醛中毒的外在表现为口干眼涩，喉咙疼为胸闷、气喘、皮炎等。严重时引发肾衰竭与癌症。近年来，世界范围内的科学家对甲醛问题展开了全面的讨论与研究。认为家居环境污染是导致甲醛中毒的最直接原因，因而净化家居环境，慎用装饰材料是防范甲醛危害的最使用的办法。我国作为甲醛污染大国，也在近些年制定了相应的防范措施。2003年由国家环保局以及卫生部、共同制定并发布的我国第一部室内空气质量监测，此标准严格定义了家居环境质量的各项标准，特别明确了各污染源的含量健康标准，给广大居民鉴定自家家居环境质量提供了科学参考。由此可知，家居环境质量越发受到人们重视，而相应的家居环境质量检测控制仪器也应与而生，并拥有广泛的应用前景与商机。可见，对家居环境监控设备的研究具有重要的意义。

1.2 家居环境监测系统现状

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