基于IOT的室内空气质量监测系统设计和实现计算机专业.doc

基于IOT的室内空气质量监测系统 摘 要 跟随着生活节奏加快与生产方式的进一步提升，人们在室内活动时间高达93%以上。虽然，室内空气污染浓度并非那么严重但长期接触，故其累积接触量增高。例：具有挥发性的容易导致癌症的物质；以及在人们日常生活中经常见到的比较容易发生的天然气和煤气等的泄露，这些都不利于人们的健康。室内空气质量对人体健康就显得更加重要。 本课题设计是通过STC89C51单片机为主控制器，控制MQ-2烟雾传感器、甲醛模组ZE08-CH2O、DHT11温湿度检测模块与ADC0832模数转换器来实现对进行空气中的有害气体含量进行采集、分析。此设计可达到功耗低、可靠性高、及时、准确检测一定空间内空气中存在的有害气体，最重要的是能够第一时间进行报警提醒人们，有利于人们及时采取措施，避免造成不必要的损害。可使得更多的家庭灾难得以避免。 关键词：STC89C51单片机；MQ-2传感器；温湿度检测；甲醛模组ZE08-CH2O Abstract With the further modernization of production and lifestyle, people spend more than 93% of their time in indoor activities. Although the concentration of indoor air pollution is often low, the accumulated exposure increases over a long period of time. The leakage of gas, natural gas, liquefied petroleum gas and other harmful gases caused by misoperation or equipment fault in People's Daily life brings fatal harm to people. Therefore, indoor air quality is more important to human health. This topic is through the STC89C51 microcontroller as the main controller is designed, the control of MQ - 2 smoke sensor module ZE08 formaldehyde - CH2O DHT11 temperature and humidity detection module and ADC0832 AD converter to realize to the concentration of harmful gas in the air for collection and analysis of this design can achieve low power consumption high reliability accurately and effectively for detecting harmful gas concentration in indoor environment and even the characteristics of the alarm to remind people to make effective measures when the chroma of harmful gas, can make more families to avoid disaster Key words: STC89C51; Mq-2 sensor; Temperature and humidity detection；Formaldehyde module ZE08 - CH2O 目录 1 引 言 1 1.1 室内空气质量监测系统设计的研究意义 1 1.2 室内空气质量监测系统设计的发展现状与前景 2 1.3本论文的研究内容及任务 3 2 室内空气质量监测系统设计方案 3 2.1室内空气质量监测系统设计方案概述 4 2.2 室内空气质量监测系统设计功能介绍 6 3 室内空气质量监测系统硬件设计 6 3.1 主控电路 7 3.1.1 STC89C52芯片介绍 7 3.1.2 STC89C52主要功能特性 7 3.1.3 单片机最小系统 7 3.2传感器模块 9 3.2.1 MQ-2烟雾检测模块 9 3.2.2 DHT11温湿度检测模块 11 3.2.3 甲醛检测检测模块（ZE08-CH2O） 13 3.3 A/D转换模块 13 3.3.1 ADC0832转换模块介绍 13 3.3.2 ADC0832转换模块工作原理 14 3.4显示器模块 15 3.5 报警模块 17 3.6 按键模块 18 4 室内空气质量监测系统程序设计 20 4.1程序结构流程设计 21 4.2按键处理程序流程设计设计 21 4.3中断处理程序流程设计 22 4.4超限程序处理流程设计 22 5调试与结论 23 5.1 调试 23 5.2 结论 23 谢 辞 24 参考文献 25 附录A原理图、实物图 26 附录B程序 27 IV 室内空气质量监测系统设计 1 引 言 1.1 室内空气质量监测系统设计的研究意义 跟随着社会发展与科技进步，以及人们生活水平的逐步提高，自动化、信息化程度愈发愈烈。它的应用领域非常广泛，涉及到生活、生产等的各个方面，这也就意味着人们开启了一个全新时代，也就是所谓的自动控制系统时代，并且在数字化大趋势下，其很好地顺应了该趋势。它有较为强劲的性能，各个功能齐全，技术先进，使人们坚信这是科技进步的结晶。它将加快科技科学的发展速度，数字时间将改变人类平凡的生活。单片机也将充斥着人们的生活中的方方面面，渗透到我们生活的各个领域，并且逐渐成为必需品。 随着社会经济和人民生活水平的提高，人们的消费观念逐渐发生变化，从原有的数量型到现在的越来越重视质量，并且将安全、健康和舒适作为生活的追求。装修已经深入到我们的生活当中，同时装修材料的也五花八门。对于装修使用材料中散发出的有害元素甲醛给我们的生活带来了极大的威胁。随着对甲醛认识的不断加深，现如今，人们普遍认为甲醛已经成为致癌和致畸的重要组织，并且被世界卫生组织确认。 甲醛很容易引起甚至是加深癌症的病情，并且相关的官方组织指出其造成的影响是非常大的。到目前为止，有许多的历史资料和文献显示，甲醛不仅对人们的健康影响作用大，更重要的是，其从不同方面都会对健康产生影响，比如嗅觉、肝、肺和免疫系统等。 气体含量 现象 有害气体 甲醛 0.06 -0.07 mg/ m3 儿童会发生轻微气喘 0.1 mg/m3 有异味和不适感 0.5 mg/m3 刺激眼睛，引起流泪 0.6 mg/m3 引起咽喉不适或疼痛。浓度更高时，可引起恶心呕吐，咳嗽胸闷，气喘甚至肺水肿 30 mg/m3 会立即致人死亡。 甲醛的主要来源是装修和家具，并且在接触过的所有人中，对儿童和孕妇的危害更大。最严重的事，甲醛的释放期特别长，高达十五年。当材料在遇到高温或者是高湿条件下就会释放甲醛，不仅对人体有害，对环境污染也非常严重，现如今已经成为难以攻克的问题。 1.2 室内空气质量监测系统设计的发展现状与前景 （1）、检测纸 现在市场中有大量的甲醛检测纸，使用方面，但是相对于电子检测仪来讲，不具有重复性使用，并且实用程序麻烦，可读性差，误差大。 （2）、甲醛检测仪 市场中的电子甲醛检测仪价格高，专业性强，对于家用应用有点浪费资源。本系统设计结合单片机，降低成本实现资源利用最大化。 外国的许多国家在对于家居空气的好坏问题早已开始重视，建筑物综合症在20世纪的7O年代爆发，人们时常出现身体不适全身无力、头晕头袋胀痛、在记忆事件的能力衰退甚至会出现失意的症状。经过人们的调查与经验的累积最终发现出了，这种病症的发作与建设房屋中材料的某一些有机物释放入空气中在进入人体有着密不可分的关系。 现在的大部分家居空气污染的来自于家里装潢使用材质有关系。市场商贩通过一些非正规渠道去获取某一些室内装饰品装潢所用材料进行认证许可。该许可证明也是虚无缥缈的，对管理的层度并非严格查除只是治标不治本。跟着人们开始对自身健康的重视程度改变与政府对相关知识的大力宣传与传授经验，国家开始陆陆续续发布许多的室内空气监测市场标准与室内装饰品装修材料内部一些有害物质的衡量表，关于这一些的参照表、参照文献的发布，将严格要求室内装饰品与装修材料生产，会直接升高居民家中公共场合的空气质量。检测室内空气，监测行业人员将为居民的生活空气质量保驾护航。 1.3本论文的研究内容及任务 本论文的本质是设计室内空气质量监测系统，讲述其基本工作原理以及设计方案，主要研究内容与任务包括： （1）对房间内的空气进行实时检测然后判别； （2）对系统进行设计以达到主机与从机模式之间切换的目的； （3）依照系统需要的性能进行电路设计； （4）传感器（DHT11）、甲醛模组ZE08-CH2O、等相关程序的设计。 2 室内空气质量监测系统设计方案 2.1室内空气质量监测系统设计方案概述 系统结构：构设总体框架的最底层是需要相互之间相辅相成，利用性能平稳、收益高效还需价格合理。第一步，整个构设的框架要满足最初的目的，在经过后期的性能提升与功能的完善最后放置在实际的家庭室内中监控检测。在之后的家庭放置运用需考虑自身成本的预算。然后在无法实时供电或更恶劣的情况下要想到用电是否可以长有效的续航，在此基础上要尽可能去用耗电量小的器件 传感器选择：室内的空气监测是要将空气中的成分进行采集分析，将所取得到的数据进行比对，有超出固定标准的相对应污染物进行快速的进行处理。所以，有针对性地去选择相对应的传感器是很关键的。根据室内空气的有害气体的种类，需要选择格式的传感器类型。 2.1.1室内温度传感器的选择 温湿度传感器（型号DHT11） 表2-1 DHT11温湿度传感器的性能指标 性能 指标 工作电压 3.3V~5.5V/DC 温度/湿度检测范围 0℃~50℃/20~90%RH 温度/湿度检测精度 湿度±5%RH /温度±2℃ 分辨率 湿度1%RH/ 温度1℃ 温度传感器（型号DS18B20） 表2-2 DS18B20温度传感器的性能指标 性能 指标 工作电压 3V~5.5V/DC 温度检测范围 -55℃~ +125℃ 分辨率 温度1℃ 抗干扰 强 结论：在室内需要多个地方进行实际的温度湿度检测，对DS18B20传感器来说它只能在局限性的地方监测温度。不可以在较大的空间里同时进行温度与湿度的监测。综合以上的因素用DS18B20会使设计的成本大大增加，它需要在多个点放置传感器且还要考虑湿度的监测问题，所以选择DHT11更为高性价比、更为便捷。 2.1.2　显示器选择方案 12864液晶显示屏 表2-3 12864液晶显示屏的性能指标 性能 指标 工作电压 +5V 工作温度 -20℃~+70℃ 点阵格式 128×64 数据总线 8 位并口/6800方式 LCD1602液晶显示屏 表2-4 LCD1602液晶显示屏的性能指标 性能 指标 工作电压 +5V/DC 显示 16×02即32个字符 显示效果 简易 结论：在后期程序编写，都