环境管理_基于人工智能的环境参数检测仪的设计方案

毕业设计 题目：基于人工智能的环境参数检测仪的设计 专业： 电子信息工程 作者： 学号： 指导教师(职称)： 二0 一五 年 四 月 六 日努力了的才叫梦想，不努力的就是空想！如果你一直空想的话，无论看多少正能量语录，也赶不走满满的负能量！你还是原地踏步的你，一直在看别人进步。基于人工智能的环境参数检测仪的设计【摘要】 在众多空气污染问题中，雾霾是最接地气的，而作为雾霾大家庭中重要的一员的PM2.5更是家喻户晓。这种颗粒物不仅直径微小、还包含毒素，最让人揪心的是它能在大气中长期停留，能严重影响人类的健康。所以，不间断的检测大气中PM2.5的浓度是势在必行之事。在本次设计中，将以单片机STC12C5A60S2为控制核心，利用复合型温湿度传感器DHT11测量环境温湿度，利用粉尘传感器GP2Y10采集空气粉尘浓度，并用LCD1602显示屏实时显示当前空气粉尘浓度及环境温湿度。若空气粉尘浓度、温度或湿度超过设置的限值时由WT588D芯片构建的语音模块会自动报警，无线传输技术将报警信息发送到指定手机。通过实践，证明该检测仪的稳定性好、准确性高、时效性强，有一定的开发价值。【关键词】 PM2.5 STC12C5A60S2 温湿度Based on the design of the artificial intelligence environment parameters of the detector【Abstract】: Among the many problems of air pollution, haze is the most ground gas, but as PM2.5 haze, one of the main components is the household.The particle diameter of tiny, also contains toxin, not only the most concern is that it can stay in the atmosphere for a long time, can seriously affect human health. So, it is imperative to real-time detection of PM2.5 concentrations.This design will STC12C5A60S2 microcontroller as the core, the digital temperature and humidity sensors to measure temperature and humidity DHT11 by dust collecting airborne dust concentration sensor GP2Y10 and LCD1602 display with real-time display of the current air temperature and humidity and dust concentration.If the air dust concentration,temperature or humidity exceeds the limit of the set WT588D voice chip automatic alarm, wireless transmission technology to the designated mobile phone to send out alarm information. Through practice, proves that the detector has good stability, high accuracy, timeliness strong, has the certain development value.【 Keywords】: PM2.5 STC12C5A60S2 Temperature and humidity目录第1章 引言31.1 环境参数检测仪的研究意义31.2 环境参数检测仪的发展历程和现状31.3 环境参数检测仪的研究内容和关键问题4第2章 环境参数检测仪系统的总体概述42.1 系统总体框图42.2 系统各模块的功能52.3 系统各模块的特点5第3章 系统硬件电路设计63.1 单片机最小系统模块设计63.2 语音模块设计73.3 LCD1602液晶显示模块设计103.4 温湿度采集模块设计12 3.5 PM2.5检测模块设计133.6 按键电路设计143.7 GPRS模块设计14第4章 系统软件设计154.1 软件设计的总体思路154.2 软件设计主程序流程图164.3 部分模块软件设计17第5章 系统整装调试19 5.1 语音模块测试195.2 温湿度模块测试 195.3 PM2.5检测模块测试19 5.4 GPRS模块测试195.5 综合测试195.6 测试反馈及问题解决20结束语20致谢语21参考文献21附 录 22第1章 引言本章主要介绍了环境参数检测仪的研究意义、发展历程和现状，进而提出本课题主要的研究内容和研究过程中需要解决的关键问题。1.1 环境参数检测仪的研究意义科学技术的发展是一把双刃剑，一方面高科技帮助人类探索越来越多的未知领域，另一方面高科技也给人类带来许许多多的问题。如果将这一矛盾具现化到我们的日常生活中，最典型的便是人类能看到的天空越来越大，但能看到的蓝天却越来越少，检测与改善空气质量已经成了当下急需处理的大事。以前，我们判断空气质量的标准是天空是不是蓝色。但是，随着空气问题越来越多，想要清楚的判断我们日常生活中接触的空气是否合格，我们就需要一定的数据支持。在众多空气检测数据中，PM2.5是一个非常有价值的数据。PM2.5在大气中的相对比重并不高，但由于其颗粒直径不大于2.5微米，还包含毒素，最让人揪心的是它能在大气中长期停留，能严重影响人类的健康。有资料显示，长期吸入PM2.5将会影响人体肺部正常的气体交换，轻者会因此患上咳嗽、支气管发炎等气管方面的病症，严重者甚至会因此患上非致命性心脏病。据调查，近些年来欧洲每年因PM2.5致死的人数已经超过3万人，我国越来越多的城市和乡镇居民也正遭受PM2.5之痛。在这样的背景下，检测空气中PM2.5的含量显得十分必要。事实上，不仅要检测PM2.5浓度，还必须做到实时检测，进而为解决PM2.5带来的问题打下坚实的基础。本次设计制作的人工智能环境参数检测仪不仅能检测大气中PM2.5浓度，而且制造结构较为简单，稳定性较强，具有不错的研发生产的前景4。1.2环境参数检测仪的发展历程和现状1979年，美国环境保护署将颗粒直径小于或等于10微米的颗粒物定义为可吸入颗粒物，也就是PM10。1994年，美国环境保护署再次定义颗粒物的概念，从此以后，直径不大于2.5微米的颗粒物有了自己的专属名称，也就是我们熟知的PM2.5。实际上，早在十数年前，环境参数检测仪就已经在专业研究领域中得以运用，但直到近些年来雾霾问题愈发的严重，PM2.5渐渐进入大众的视线，科学家们才将以检测PM2.5为主的仪器定义为环境参数检测仪。近些年，我国对于PM2.5浓度的检测的方法主要有测重法，通过滤膜沉淀一定体积的大气中的PM2.5，由滤膜前后质量的相差值来确定PM2.5浓度；天平振荡法，即由滤膜质量变化引发振荡频率的变化，进而计算PM2.5浓度；射线衰减法，这种方法的前期准备和上述两个方法相同，首先都是通过滤膜沉淀PM2.5，再用Beta射线照射滤膜，依据射线通过滤膜的前后对比值来计算确定PM2.5浓度6。在PM2.5浓度检测仪的研究制造领域，我国也已取得一定的成就，最具说服力的是我国已经能制造内置滤膜并可在线采样的激光粉尘仪,一方面能实时检测大气中PM2.5的浓度，另一方面能解析相应颗粒物的成分，在专业的技术的支持下获得质量浓度转换系数K。1.3环境参数检测仪的研究内容和关键问题本次设计制作的是人工智能环境参数检测仪，即以STC12C5A60S2单片机为中心构建系统，由粉尘传感器GP2Y10采集大气中PM2.5的浓度，由复合型温湿度传感器DHT11采集当前环境的温度与湿度，并用LCD1602显示屏实时显示当前空气粉尘浓度及环境温湿度。若空气粉尘浓度、温度或湿度超过设置的限值时语音模块自动报警，无线传输技术将报警信息发送到指定手机。针对实时环境参数的采集，对器材的灵敏度和稳定性有较高的要求，但考虑到该检测仪研发的目的是为大众服务，因此需要选用性价比较高的器件。除此之外，本次设计从人工智能角度出发，需要考虑数据反馈的及时性和用户体验，因此需要解决非单一报警器件和信息反馈器件加装于本系统的问题。第2章 环境参数检测仪系统的总体概述2.1 系统总体框图本系统硬件主要包括了PM2.5传感器、GPRS通信模块、语音模块、单片机最小系统、LCD显示、温湿度传感器、用户按键等。系统的整体硬件设计框图如图2-1所示，各组成部分结构设计及相应功能在下文中分点介绍。MCUPM2.5传感器控制按键温湿度传感器语音模块GPRS模块LCD显示图2-1 系统整体硬件设计框图2.2 系统各模块的功能本系统可细分为三个部分：第一、硬件设计与制作，处理好硬件结构是检测仪满足设计要求的前提。第二、环境参数检测，将单片机STC12C5A60S2单片机作为系统构建中心点，利用温湿度采集模块检测温度和湿度，PM2.5检测模块检测PM2.5浓度。第三、显示反馈，由LCD1602显示模块实时显示当前空气粉尘浓度及环境温湿度。当PM2.5或温湿度度超过设置的限值时WT588D语音芯片报警，GPRS模块将报警信息发送到指定手机。2.3 系统各模块的特点2.3.1语音模块本系统在报警模块的构建上选用了WT588D语音芯片，而非蜂鸣器，主要是出于蜂鸣器的功能较为单一，而WT588D语音芯片不仅功能性强，而且更人性化，相比之下较为适合本系统。WT588D语音芯片的控制模式十分多样，这是许多类似的芯片做不到的地方。当用户选择按键控制模式后，共有十五种按键触发方式供用户选择，其中关于电平保持的便有电平保持不可循环方式和电平保持可循环方式，除此之外还有较为常见的方式有音量递增、音量递减等。除了按键控制外，用户还能选择一线串口控制或者三线串口控制，这两种控制模式在触发方式方面没有按键控制模式多样化，仅有两种可供选择的触发方式，第一种为直接法，即触发0到219地址位来选择播放或停止语音、调节语音声音大小等；第二种为间接法，即以MCU发码端为中介，进而实现语音控制的目的10。2.3.2温湿度采集模块针对温湿度进行数据采集的传感器有许多，可供选择的有测温度的PT100、测湿度的HIH4000、测温度与湿度的DHT11。PT100是一款测量温度的传感器，虽然精度高，但器件的购买价格同样很高，使用时性价比低；HIH4000湿度传感器显示精度2%RH，稳定性好；但由于本系统重点在于检测PM2.5，出于性价比考虑决定选用复合型传感器DHT118。作为复合型传感器，DHT11在技术支持方面十分强大，精准的数字采集技术保证测量的温度与湿度的高准确性，稳定的温湿度信息传感技术可以有效的减少外界信息带来的干扰。在结构组成方面，DHT11传感器主要由NTC温度感应部分和电阻式湿度感应部分构成，除此之外，DHT11传感器还连接了一个高性能8位单片机，因此在响应速度方面较一般传感器更为快速。2.3.3 PM2.5检测模块本系统在PM2.5检测模块的构建上做了仔细挑选，最终决定选用粉尘传感器GP2Y10，这款传感器在检测空气中的粉尘方面的功能较为强大，例如汽车排放的尾气、花朵散发的粉尘、香烟燃烧后产生的烟尘都逃不出GP2Y10的检测。由于内置了加热气流吸收和电阻可变装置，GP2Y10能很好的检测灰尘体积，而在检测颗粒绝对个数方面则充分利用了粒子计算器的原理来实现。相较于大多数粉尘传感器，GP2Y10在体积上相对小巧，方便携带和安装，在灵敏度上更是能测量最小直径为0.8微米的颗粒，同时由于内置加热气流吸收装置，GP2Y10实现了空气自动吸收检测，从整体来说具有非常高的性价比，是一款极具使用价值的粉尘传感器。因此，这款传感器往往被应用到空气交换器、PM2.5检测器、空气净化仪等仪器中。2.3.4 GPRS模块本系统在GPRS模块的构建上选用SIM900A模块。SIM900A是一款三频段的GPRS模块，它在全球范围内的PCS 1900MHz、DCS 1800MHz、EGPRS 900MHz三种不同频率下都能正常运行，最多能提供十个GPRS多信道类型，除此之外，它能使用的GPRS编码方案多达四个，即CS-1到CS-4。为了保证SIM900A能投入到大多数的工业生产制造过程中，SIM900A在设计生产时便考虑到了体积问题，现有的SIM900A的高度为40毫米，宽度为33毫米，厚度仅为2.85毫米，是大多数小型移动器材的必备模块。第3章 系统硬件电路设计3.1 单片机最小系统模块设计本系统构建最小系统时选用STC12C5A60S2单片机，相应的最小系统图如图3-1所示。图3-1 单片机最小系统图3.1.1 STC12C5A60S2的概述STC12C5A60S2单片机的生产公司宏晶科技，虽然这款单片机依旧属于单时钟单片机，但相比同类型的8051单片机，STC12C5A60S2在正常运行时损耗较低，而且响应速度快上不少，外界的干扰对其的影响程度较小，是一款高性价比的单片机。本次设计需要的单片机必须满足高速这一特点，而内置两个全双工串口的STC12C5A60S2的运行速度非常快，在速度方面是传统8051单片机的十倍左右，恰好满足设计需求3。3.1.2 STC12C5A60S2的管脚图STC12C5A60S2的管脚图如图3-2所示。图3-2 STC12C5A60S2的管脚图3.1.3单片机最小系统的作用单片机模块作为核心模块，是整个设计系统中必不可少的一环，其作用主要体现在协调方面，保证设计系统中的所有模块能各司所职，组成一个完整的事故报警系统。从设计角度来看，采用事故驱动式报警机制，也就是说在一般情况下，核心部分实时解析采集到的数据，此时GPRS模块为预启状态，当事故发生时，GPRS模块进入启动状态，开始正常运行。GPRS模块的基础功能是预警和报警，但GPRS模块的设计理念是能接收大量信息，例如经纬度定位信息、实时报时信息、物体移动速度信息。因此，若需要以GPRS模块为基础建构信息量较大的复杂系统，只需要在GPRS模块上添加相应的扩展模块即可9。3.2 语音模块设计本系统在报警模块的构建上选用了WT588D语音芯片，相应的框图如图3-3所示。音频输出BUSY输出控制端USB下载WT588D-U模块图3-3 WT588D语音芯片应用框图3.2.1封装管脚图WT588D语音芯片的封装管脚图如图3-4所示。图3-4 WT588D语音芯片的封装管脚图3.2.2控制模式WT588D语音芯片采用的控制模式为一线串口控制，即由一根数据线传输来自串口的信息。这种控制模式能实现的功能较多，调节声音大小，开始或停止播放语音都是其中之一。IO口P00、P01和P02的设置方式有两种，第一种是屏蔽，第二种是任意触发，用户可根据实际情况进行设置，端口分配表如表3-1所示。表3-1 端口分配表I/O口P00P01P02P03功能按键K1按键K2按键K3DATA3.2.3控制时序图在控制时序方面，受限于数据线的数量为1，因此想要具体的表现数据位0和数据位1必须借助电平占空比。在这种情况下，如果要发送数据，必须提前五毫秒拉低数据信号。若数据位显示为0时，高低电平占空比为1比3；相反，若数据位显示为1时，高低电平占空比为3比1。在控制时序时，通信数据会从低位发送至高位，且在数据进行传输时，地址数据可以触发语音播报，不再需要提前接收命令码。在一线串口控制模式下，单个地址可以用D0到D7来表示，地址指令则可以用00H到DBH来表示，除此之外，E0H到E7H是用来调节声音大小的指令，若想重复播放当前语音需要输入命令F2H，而想终止正在播放的语音必须要通过命令码FEH来完成。相应的时序图如图3-5所示。图3-5 控制时序图说明：WT588D-U语音模块的状态可分为工作状态和休眠状态，如果要让其始终处于工作状态，只需将控制模式调整为一线串口控制，即让电池充当系统的电量源头。在系统得到供电17毫秒之后，WT588D-U语音模块才能通过DATA（一线串口的数据线）进行数据传输，此时BUSY输出为忙，当数据传输20毫秒之后，BUSY输出会有相对性的响应。数据位和占空比的对应图如图3-6所示。 高电平：低电平=1：3表示0 高电平：低电平=3：1表示1图3-6 数据位和占空比的对应图3.2.4 语音模块电路图WT588D语音模块图如图3-7所示。图3-7 WT588D语音模块图3.3 LCD1602液晶显示模块设计本系统在显示模块的构建上选用了LCD1602液晶显示屏，这种液晶模块在操作光标时可以直接通过程序来控制，除此之外，液晶屏幕的显示、读和写时也能通过编写对应的程序来操作。LCD1602的显示容量非常大，一次性显示的内容可以达到32个字符（16*2），其有16个管脚，相应的管脚分布如图3-8所示，各管脚对应的功能如表3-2所示7。图3-8 LCD1602管脚分布图表3-2 LCD1602管脚功能表在本设计中，从开始到结束的所有操作过程，如：检测到的卡的类型、序列号、欢迎词。对应的原理图如图3-9所示。图3-9 LCD1602液晶显示模块电路3.4 温湿度采集模块设计本系统在温湿度采集模块的构建上选用了DHT11传感器，之所以选用这款传感器是因为它输出的所有信号都经过专业校对，存在的误差较小。每个DHT11传感器在生产过程中都会放在高精度的温湿度校对室中校对，以此减少硬件误差。除此之外，相对小巧的产品体积、长达20米的有效信号收发距离以及充分考虑到用户体验的4针单排引脚封装使得DHT11能在被装配到诸多要求严苛的场所或设备中。DHT11的基本信息如下：(1)实时采集环境温度、相对湿度；(2)数字信号输出且提前校对；(3)稳定性高、使用周期长；(4)无需外加器件；(5)有效信号收发距离长；(6)超低能耗； (7)4引脚安装。外形图及引脚图如图3-10所示。图3-10 DHT11封装DHT11传感器与单片机相连的方式并不复杂，其中单片机的P2.0口作为数据口，与DHT11的PIN2相连，其作用是传输串行数据。当电路的测量范围不超过20米时，为保证系统正常运行，需将一个5K的上拉电阻连接到电源和传感器的PIN2之间。单片机的VCC端与DHT11的PIN1相连，而GND端则连接传感器的PIN4，至于传感器的PIN3口则需设置为悬浮状态8。DHT11传感器电路图如图3-11所示。图3-11 DHT11应用电路图 3.5 PM2.5检测模块设计本设计中用于测量大气中PM2.5的浓度的是粉尘传感器GP2Y10，它相应的管脚如图3-12所示。图3-12粉尘传感器GP2Y10管脚图灰尘传感器GP2Y10输出的模拟电压与空气中颗粒浓度成正比，在本系统中GP2Y10的设计原理图如图3-13所示。图3-13 GP2Y10的设计原理图3.6 按键电路设计本次设计中按键的作用是用来设置报警数值，包括PM2.5的上限值、温湿度的上限值和下限值，除此之外，还能通过按键控制系统是否开启自动报警功能。相应的电路图如图3-14所示。图3-14 按键电路图3.7 GPRS模块设计本系统在GPRS模块的构建上选用SIM900A模块，SIM900A是一款可靠性高、性价比高的模块，在和移动设备连接时，只需要利用一个60引脚的板板连接器即可。3.7.1 SIM900A功能模块及主要特性SIM900A功能模块如下：(1)一个调试串口，一个数据输出串口，双串口模式降低了研发新产品的难度；(2)键盘、LCD接口的类型为SPI，降低了开发新的应用设备的难度；(3)两个麦克风输入和两个话筒输出，即两个音频通道，相应的工作模式由AT指令控制。SIM900A主要特性如表3-3所示。表3-3 SIM900A主要特性表特性说明工作电压单电压供电，3.44.5V低功耗模式低功耗模式时，SIM900A的电流值是2.5mA工作频段SIM900A具有三个频段：EGPRS900、DCS1800、PCS1900。频段频率可由AT指令设置，默认频段是EGPRS900和DCS1800。GPRS类型小型移动基站（MS）发射功耗在频率EGPRS900 CLASS 4下为2W在频率DCS1800和PCS1900 CLASS 1下为1WGPRS连接GPRS多时隙10级GPRS移动电台B级工作温度正常工作温度：-22+55极限工作温度：-25-20，+55+70存储温度：-40+803.7.2 SIM900A收发短信息（1）通信协议在计算机和GPRS模块之间存在一些Attention指令集，这就是所谓的通信协议。通信协议的存在保证了系统能进行实时反馈，这里说的反馈并不受指令执行成败的影响。常用的AT指令及相应功能如表3-4所示。表3-4 常用的AT指令及相应功能表AT指令功能AT+CMGCSend an SMS command（发出一条短消息命令）AT+CMGDDelete SMS message（删除SIM卡内存的短消息）AT+CMGFSelect SMS message formate（选择短消息信息格式：0-PDU;1-文本）AT+CMGRRead SMS message（读短消息）AT+CMGSSend SMS message（发送短消息）AT+CMGWWrite SMS message to memory（向SIM内存中写入待发的短消息）AT+CMSSSend SMS message from storage（从SIN|M内存中发送短消息）AT+CNMINew SMS message indications（显示新收到的短消息）AT+CPMSPreferred SMS message storage（选择短消息内存）AT+CSCASMS service center address（短消息中心地址）（2）短消息的发送与接收案例本次实验的测试格式为TEXT格式。 第一步：设置中心号码 AT+CSCA=+00(中心号码)； 第二步：设置短消息发送格式 AT+CMGF=1 (1-TEXT; 0-PDU)； 第三步：发送短消息(内容为“test”) AT+CMGS=(目的地址) test z ； 第四步：设置短消息接收后自动提示，即收到短消息时提示短消息被接收，将获取指令： +CMTI:SM,INDEX(信息存储位置) AT+CNMI=1,1,0,0,1()； 第五步：读取内容(Once more)，假设INDEX8。 AT+CMGR=8 返回信息如下： +CMGR: REC UNREAD,+51,01/07/16,15:37:28+32,Once more113.7.3 GPRS模块在该系统的作用在本次设计中，GPRS短信模块的主要作用是发短信。即当系统检测到环境参数信号超过预定报警值时，自动将报警信息发至目标手机。第4章 系统软件设计本章主要介绍单片机系统通过软件控制和协调各个模块，也就是以单片机为主，各模块为对环境参数进行检测、显示以及GPRS反馈。4.1 软件设计的总体思路本次设计要实现系统初始化后将系统开始工作信息发送至目标手机、实时检测数据、通过按键设置参数上下限值、通过按键设置是否开启短信报警等功能。系统软件需要实现以下功能：（1）对温度、湿度、PM2.5和GPRS进行基本软件参数配置；（2）初始化IO口，配置各模块的IO接口；（3）配置外部中断，确保实时接收并处理采集得到的数据；（4）处理采集到的数字信号或模拟信号，并把模拟信号转为数字信号，确保不误地转化成相应的环境参数信息，在液晶显示器上显示。若参数超过阀值，发送报警短信并进行语音报警。4.2 软件设计主程序流程图本系统在软件设计方面主要分为四个步骤：第一步是系统初始化，第二步是参数采集，第三步是参数处理比较，第四步是LCD显示及语音播报，若参数超标，第四步还需实现短信报警和语音报警，整体流程图如图4-1所示。N开始GPRS初始化发送系统开始工作短信到目标手机GPRS初始化成功Y读取传感器数据LCD显示各参数N按键按下Y设置参数N超过阀值Y发送报警短信语音播报图4-1 程序流程图4.3 部分模块的软件设计4.3.1温湿度采集模块软件设计本系统温湿度采集模块由DHT11执行，DHT11传感器是通过单总线协议进行数据通信。系统初始化成功后，经过最长40微秒的等待，DHT11传感器将发出响应信号，此时拉高总线，为数据传输做准备，如下图所示可见，任何一位的数据起始于低电平。这里需要注意三个方面：第一点，在系统初始化成功后，总线处于低电平状态的持续时间不可短于18毫秒，否则传感器DHT11将没有足够的时间来响应初始化信号。第二点，若线路出现连接不正确的情况，则读取的信号会是高电平，即DHT传感器并未因初始化信号做出响应8。主机复位信号及传感器响应信号如图4-2所示，读DHT11数据时序如图4-3所示，实物调试显示图如图4-4所示。图4-2 主机复位信号及传感器响应信号图图4-3 读DHT11数据时序图图4-4 实物调试显示图4.3.2 LCD1602液晶显示模块软件设计本系统在显示模块的构建上选用了LCD1602液晶显示屏。若该模块在执行指令时忙标识为高电平，则指令无效。除此之外，必须设置显示地址才能保证液晶屏能显示字符。相应流程图如图4-5所示，实物调试显示图如图4-6所示。单片机初始化液晶模块初始化显示结束数据采集数据显示结束NY图4-5 LCD流程图图4-6 实物调试显示图 第5章 系统整装调试基于人工智能的环境参数检测仪的主要应用场所为居民室内、马路口监测点、中小型监测站等，因此必须具有不错的环境适应性与抗干扰性。经过实践证明，本系统的设计理念并无错误，且具有一定的实用价值，从实践过程中也发现了本系统存在的问题，在经过一番调整调试之后，解决了不少问题。在选择测试方法上，由于本系统由多个模块构建而成，因此选择模块式测试法。5.1 语音模块测试本系统在语音模块的构建上选用了WT588D语音芯片，这种语音芯片的引脚多达28脚，若需要长度不同的语音存储时间只需要更换相应的存储器即可。除此之外，WT588D语音芯片内置一个人声处理装置，最多五百段可用的编辑语音能满足大多数情况，在非语音播放状态下自动休眠，称得上是一款十分人性化的环保型语音芯片。对本系统的语音模块进行测试的方法比较简单，利用按键对系统进行参数数值的播报、设置参数的上限值与下限值、开启或关闭报警功能以及人工制造PM2.5超标的情况时进行语音报警。5.2 温湿度模块测试DHT11传感器在测试较长线路的数据时会出现较大的误差，为了避免这一误差，我们需要在传感器的PIN2口与电源之间添加上拉电阻。对本系统的温湿度模块进行测试的方法是对比法，首先初始化系统，采集环境的温度与湿度，再用温度计和湿度表进行温湿度测量，对比两者的数值以判断准确性。将硬件放置于笔记本电脑出风口，观察温度是否有变化；将硬件放置于桌面，对DHT11传感器哈气，观察湿度是否有变化。5.3 PM2.5检测模块测试本设计中用于测量大气中PM2.5的浓度的是粉尘传感器GP2Y10，在测试该模块时，先将硬件放置于桌面上，观察显示的PM2.5数值，再将铅笔笔尾巴插入传感器通风口，观察PM2.5浓度是否变化。5.4 GPRS模块测试本系统在GPRS模块的构建上选用SIM900A模块，首先初始化系统，观察手机是否收到系统启动的短信。通过按键开启短信报警功能，同时将PM2.5上限值调低，然后将铅笔笔尾巴插入传感器通风口，观察手机是否收到PM2.5超标的短信。5.5 综合测试通过模块式检测法的检测，本系统的各个模块的检测误差都在正常范围之内，由于PM2.5的测试需要人工营造环境，因此存在较大的数值变化，但从整体来看，本系统满足设计要求。综合测试结果如表5-1所示，PM2.5等级划分如表5-2所示。表5-1 综合测试结果表温度（）湿度（%RH）PM2.5（ug/m3）空气等级是否报警1233732优否2243834优否3244027优否4253832优否5243830优否6223732优否7253426优否82437178重度污染是92537150重度污染是102438329严重污染是表5-2 PM2.5等级划分表标识等级PM2.5（ug/m3）空气等级0-35优35-75良75-115轻度污染115-150中度污染150-250重度污染大于250严重污染5.6 测试反馈及问题解决问题1：测试温湿度模块时，室内湿度几乎稳定，无法确定DHT11传感器是否存在问题。处理方案：用电吹风给DHT11吹冷风，从而观察湿度变化。问题2：测试PM2.5浓度时，液晶显示屏显示的PM2.5浓度单位为ug/cm3。处理方案：通过Keil4软件打开程序进行修改，将PM2.5浓度单位改为ug/m3。结论本次设计是基于人工智能的环境参数检测仪的设计，在应用单片机和多个传感器的基础上制作了一个以检测PM2.5浓度为主，采集环境温湿度为辅的智能检测装置。从设计要求出发，对每个传感器的选择都经过一番比较挑选，对各个模块的硬件设计和软件设计都做了分析和测试，其中对PM2.5检测模块和语音播报模块做了针对性设计。在整个设计的准备过程中，参考了不少文献，通过结合课本知识和文献资料，学习到了许多课堂上无法了解的知识点。在制作系统的过程中，从手工制版，到软件设计，最后进行的实物测试让我明白了方案对比论证的必要性、A/D转换的实用性、模块分类测试的重要性。通过对比综合测试结果和设计理念，可以确定本次设计达到了基本成功的程度，但由于实力和精力有限，导致整个系统仍旧存在不少有待改进的地方。例如温度测量的精度比较低，在经济条件允许的前提下可以考虑使用非复合型温度、湿度传感器；在硬件布局方面可以做的更加美观合理；语音报警方面可以进一步的分析设计，实现实时数据报警。致谢语作为一名电子信息工程的学生，在四年大学生活即将结束的这段时间，我再次感受到作为一名电本人的光荣和骄傲。在电本，我有最贴心的同学，在电本，我有最用心的老师，在电本，我有最铭心的生活。光靠一个人的努力是无法完成此次毕业设计的，同学、家人以及老师的帮助才是关键所在。此时此刻，我首先要感谢的是物机院组织了这次毕业论文的设计，让我们不仅有机会重温四年来学习的知识，还让我们在实践的过程中掌握了书本上学不到的新知识。然后，我要感谢的是我的指导老师和其他指导老师，是老师的精心指导帮我解决了不少理论上的困扰，是老师的悉心关怀帮我稳定了毕业设计过程中的心理情绪，是老师的用心讲解帮我认清了人生道路。在毕业论文撰写阶段，老师的耐心和贴心，让我们学会了直面难题，在不断前进中找寻属于自己的路。很荣幸，也很高兴，我们有这样的导师。在这里，我再一次感谢在毕业设计过程中帮助过我，鼓励过我，指导过我的同学们和老师们，愿你们身体健康，万事如意。参考文献1 李建明.单片机在温度控制系统中的应用J.江汉大学学报,1999（03）:60-62.2 叶东毅.C语言程序设计教程M.厦门:厦门大学出版社,2011:59-84.3 陈堂敏.刘焕平.单片机原理与应用M.北京:北京理工大学出版社,2007:60-88.4 曹伟华，李青春.北京地区雾霾气候特征及影响因素分析.中国灾害防御协会风险分析专业委员会第五届年会论文集C.中国灾害防御协会风险分析专业委员会,2012:185-191.5 曾晓，姚明仁，桑红.基于Protel DXP的印刷电路板设计J.现代电子技术，2006（08）:105-107.6 崔九思,王钦源,王汉平,环境空气质量卫生检验方法的工作特性J.江苏预防医学,1999（02）:3-5.7 蔡康松，段杏林.基于单片机字符型液晶显示模块控制设计J.黄山学院学报，2005,10(03):22-24.8 韩丹翱，王菲.DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究J.电子设计工程，2013,26(13):83-85+88.9 施云波，周磊，修德斌，顾简，王立权.基于GSM的温湿度环境参数远程无线监测系统J.传感器与微系统,2010,29(04):96-98.10 王春武，刘春玲，秦政坤，王广德，王立忠.基于WT588D模块的语音播报系统设计J.电子技术应用，2012(01):115-117+121.11 辛若波，李彦，王兴武，焦海波，吴云，李大帅.基于SIM900A的环境在线监测短信反控系统设计与实现J.价值工程，2012（23）:186-188.附录附录1：实物图附录2：实物图附录3：PCB图附录4：装配图附录5：程序#include SYS.H#include #include LCD1602.H#include DELAY.H#include DHT11.H#include ADC.H#include UART.H#include EEROM.H#include WT588D.Hsbit s1=P34;sbit s2=P32;sbit s3=P33;uchar s1num=0;sbit LED=P16;uint pm;uint counts1=0,counts2=0,counts3=0,counts4=0,counts5=0;bit sendover1=0,sendover2=0,sendover3=0,sendover4=0,sendover5=0;unsigned char READ_GP2Y10()unsigned char res;LED=1;Delay280us();res=GetADCResult(0);Delay40us();LED=0;Delay9ms();Delay680us();return res;unsigned int Get_PM()unsigned int sum,jg,res;unsigned char i;sum=0;for(i=0;i30)jg=(uint)(float)sum/20.0-30.6)*3.27)+2;return jg;elsereturn 0;bit shezhi=0;bit jirnushezhi=0;uint longptimes=0;uchar TH,TL,HH,HL,BJ;uint PM25;void SPEAK_CS()Send_oneline(15,1);Send_oneline(16,1);Send_oneline(29+DWENDU/10,1);Send_oneline(39,1);Send_oneline(29+DWENDU%10,1);Send_oneline(19,1);Send_oneline(17,1);Send_oneline(29+DSHIDU/10,1);Send_oneline(39,1);Send_oneline(29+DSHIDU%10,1);Send_oneline(18,1);if(pm99)Send_oneline(29+pm%1000/100,1);Send_oneline(40,1);else if(pm9)Send_oneline(29+pm%100/10,1);Send_oneline(39,1);Send_oneline(29+pm%10,1); Send_oneline(20,1);if(pm250)Send_oneline(27,1);else if(pm150)Send_oneline(26,1);else if(pm115)Send_oneline(25,1);else if(pm75)Send_oneline(24,1);else if(pm35)Send_oneline(21,1);Send_oneline(23,1);elseSend_oneline(21,1);Send_oneline(22,1);void SEND_CS()uchar s1=Temp:xxC Humi:xx% PM2.5:xxxug/m3;s15=DWENDU/10+0X30;s16=DWENDU%10+0X30;s115=DSHIDU/10+0X30;s116=DSHIDU%10+0X30;s126=pm%1000/100+0X30;s127=pm%100/10+0X30;s128=pm%10+0X30;/ uchar s18=Temp:xxC;send_massage(s1);CLR_Buf(); /void SMS_ALARM(uchar m)xdata uchar s1=Temp:xxC The temperature is too high;xdata uchar s2=Humi:xx% The humidity is too high;xdata uchar s3=PM2.5:xxxug/m3 PM2.5 is too high;if(m=0)s15=DWENDU/10+0X30;s26=DWENDU%10+0X30;if(BJ)Send_oneline(45,0);send_m