室内环境监控终端设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名 ： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 室内环境监控终端设计指 导 教 师 : 2013 年 3 月 18 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一研究背景近几年来，随着国民环保意识的显著提高，人们对自身生活环境质量的优劣越来越重视。建筑物室内环境的污染问题日益受到人们的广泛关注，漂浮在空气中的微粒、病毒、细菌及其他有害物质无时无刻地损害着人们的身体健康，空气中含有毒气体 CO，甲醛，以及粉尘颗粒等，会导致头痛，目眩，恶心刺眼等症状 12。尤其是对于长期处于室内封闭环境的人更是如此。据世界银行统计，中国每年因室内空气污染所造成的经济损失高达 30 亿美元 3。据研究，在日常生活、生产和科学研究中对室内环境和室内空气品质的要求也越来越严格。电子产品的生产环境要求对空气中的悬浮粒子有严格的控制，标准量具生产对温度的要求和纺织生产对湿度的要求也都很苛刻。室内环境监控与人们的生活密切相关。人类生存离不开空气，一生中大约有 80%的时间都是在室内度过的，特别是老、弱、病、残、幼、孕等体弱者在室内活动的时间更长，室内环境质量的好坏对人的身心健康、舒适感及工作效率都会产生直接的影响，关系着人的生活质量和身心健康。因此，加强室内环境的监测，对保证人民的健康，提高国民的整体素质十分重要。二二研究意义当前的室内环境监控技术的发展并不成熟，由于受经济发展水平的制约，我国环境监控队伍所采用的监控技术和设备比较落后，自动化程度较低，全国绝大多数监控站的监控设备和技术都比较单一和落后。因此，许多地方仍然是以人工现场布点、现场采样、实验室仪器分析为主要手段进行建筑物室内环境的污染监控，其监控效率较低、成本较高、需要花费大量的人力、物力、财力，不容易被大众所接受，不具有推广性和普及性 4。当然，在一些大中城市可能会采用较为先进的环境监控技术设备，但这也是很少数，一般的居民是享受不了这样的高成本服务的。另外，现在大多数的环境监控系统都是基于有线方式近距离进行数据传输，这样的话，有线方式的可靠性不能得到保证，线缆铺设复杂且不能随意移动，线路容易受到损害、腐蚀等，室内各种家电设备也不能个性化放置，监控的智能化是以高能耗的代价来实现的，这样就无法做到技术先进、经济合理、实用可靠。无线传感器网络应用前景非常广阔，在军事国防、城市管理、工农业生产、环境监测、生物医疗等都具有很大的实用价值。众所周知，无线传感器网络技术的应用开发大都通过部署在所监控环境中的传感器节点来收集环境信息参数来完成，所以说环境监控是无线传感器的一个典型应用。无线传感器网络作为一种无线连接技术，主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用，非常适合在室内环境监控网络中使用。尤其是在我国这样人口众多，生活保健水平欠发达的国家，加强室内环境监控，以经济实用的方式维持一个绿色的建筑环境场所，让广大人民都拥有一个健康的生活生产环境，显得尤为重要。三国内外研究现状国外研究现状室内环境监控是伴随着人们居住环境污染的产生而逐步发展起来的，所以针对室内污染源的监控技术得到较快的发展。在国外发达工业国家，由于 Internet 网络技术发展的相对成熟，这就为利用 Internet 进行室内环境在线监测数据的传输提供了便利条件。传统通信方式一般受到时空限制和地狱障碍，使得大范围内的通信变得较为困难。网络技术的发展为远程监控居住住宅区域内的环境质量提供了强有力地技术保障，极大促进了室内环境监控的现代化发展，实现了监控的可靠性、实时性、连续性和完整性 5。在所构成的监控网络中，传感器设备充当着监控网络中独立节点的角色。各种地区性和全局性的室内环境监控系统网络开始慢慢形成，人们居住环境内各种参数信息的实时、动态在线监控成为现实。美国 Electrodepot 公司是生产远程监测与控制设备的专业公司。利用该公司的控制系统，人们可以实现对建筑物室内环境的远程监控，监控参数包括温度、气压、湿度、电能、开关态或某些物理量。日本 JICA 中心研发的 Field serer（现场服务器）系统是基于嵌入式系统的多传感器数据采集设备，它可以连接任何符合其接口规范的多种传感器。同时，它内部的集成微型摄像头可以同时采集室内温度、湿度、总辐射等环境信息及图像视频信息，并自动通过TCP/IP 协议将数据发送到数据中心服务器。此外，Field serer 系统集成了 WER 服务器平台，用户可以通过 IP 登录到 Field serer 查看传感器所采集的实时环境信息和实时图像视频信息。Field serer 系统具有体积小、功能强、耗电少等特点，它可以使用电池供电。国内研究现状从 20 世纪 70 年代末起，我国逐渐重视有关建筑物室内环境的污染及监控问题。我国政府从关心人民健康的角度出发，自 1987 年开始，卫生部陆续颁布了公共场所卫生管理条例 ，接着又提出了七类共 28 种公共场所的卫生标准，对室内空气中风速、温度、新风量、二氧化碳、等要求进行检测，随后又颁布了室内空气中二氧化碳、二氧化硫等卫生标准。这样一来，室内空气的监测与治理才能有法可依，有章可循。此外，为了提高室内空气质量，使室内环境监控管理更加完善与规范，国家环境所、建设部、卫生部等部门制定了一系列规范和制度。这些都为我国开展室内环境监控，制定室内空气质量标准提供了政策支持和技术平台 6。目前，国内在室内环境监控方面的研究所采用的方案主要包括有线监控和无线监控两大类。有线监控方式一般具有稳定、可靠、数据传输率高等优点，但是与此同时，有线监控系统大多数存在着系统搭建复杂且造价偏高等问题，特别是对于监控点数目多、分布广、地形复杂的区域，有线监控系统造价高，施工难度大，如果第一次布置完成，就很难再次灵活改变布局，如果监控区域有变化，需要根据现场重新布置监控点，这样就会带来巨大的二次成本，系统可重用性很差。相比较而言，对于无线监控方式来说，组网简单、投资少、维护方便、成本相对较低，对于一些环境恶劣，不适合人力长期坚守的监控点，搭建无线传感器网络的监控系统是经济并实用的选择。参考文献：1Fraiwan，L，Lweesy，K，Bani-Salma，A，Mani，N.A wireless home safety gas leakage detection systemA.Biomedical EngineeringC,Middle East,2011.11-14 2E.L.Anderson,R.E.Albert,Riskassessment and indoor air qualityM,Florid;CRC Press,1999.3王昭俊，赵加宁，刘京.室内空气环境M.北京：化学工业出版社,20064周广辉.基于无线网络和 Internet 的环境监测系统D.大连理工大学硕士研究生学位论文,2005;125吴邦灿，费龙.现代环境监测技术M.北京：中国环境科学出版社,19996王小逸.室内空气监测-方法与应用M.北京：中国环境出版社,20067刘红,关悦.关于环境自动监测的系统设计和方案探讨J.上海环境科学，2001;20（3） ；111-1128马西秦,许振中，赖申江.自动检测技术M.北京：机械工业出版社，2009;1;17-1799孟立凡,蓝金辉.传感器原理与应用M.北京：电子工业出版社，2011;4;10-20510潘永雄.新编单片机原理与应用M.西安：西安电子科技大学出版社，2005;1;4-12011张培仁.基于 C 语言编程的 MCS-52 单片机原理与应用.北京：清华大学出版社，2003;2;37-15312康华光,邹寿彬.电子技术基础M.北京：高等教育出版社，1999;2;53-14413索南加乐,宋国兵,晃勤.基于 MSP430 单片机的 RS-485 通信J.电子工程师，2001(11)14马忠梅. 单片机的 C 语言应用程序设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2007；2；21-15015阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2004;1;6-331 毕 业 设 计 开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一 系统框图 基于单片机控制系统下的各模块框图设计如下：二 设计的系统至少包括以下部分：温湿度模块、红外模块、烟雾模块、漏水模块、显示模块和报警模块各模块设计1.单片机控制模块：采用 51 单片机控制系统。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，能满足题目要求。2.温度检测模块：选用美国 Dallas 半导体公司的数字化温度传感器 DS18B20。DS18B20 为数字式温度传感器，无需其他外加电路，直接输出数字量。可直接与单片机通信，读取测温数据，电路简单。此器件具有体积小、抗干扰强、价格便宜、性能稳定等优点其各方面特性都满足此系统的设计要求3.湿度检测模块：HS1101 是基于独特工艺设计的固态聚合物结构，在电路中等效于一个电容器，其电容随所测空气的相对湿度增大而增大。具有极好的线性输出，在相对湿度为单片机控制模块显示模块温度监测湿 度 检 测红 外 检 测漏 水 检 测报警模块烟雾模块0100RH 的范围内，电容的容量由 163 pF 变化到 202 pF，其误差不大于2RH；湿度量程为 199RH，工作温度范围为-40100；湿度输出受温度影响极小(温度系数仅为 0.04 pF)；常温下使用无需温度补偿，无需校准。4.红外检测模块：采用热释电红外探头来检测。因为正常情况时人体会发出波长在 10 微米左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射出来的红外线而工作的，当人体进入热释电红外探头检测的区域时，因人体有环境的温度有明显差异，当传感器检测到环境中有温度变化时就会输出一定电压值；若无人或动物进入检测区，或者在探头检测区域内静止，则环境温度没有变化，传感器就不会有输出，而且热释电红外传感器可以在比较宽的范围内进行监控，当使用捏菲尔光学透镜辅佐聚焦时，热释电红外传感器的感应距离可达 8m，检测角度可达 89，灵敏度较高，受外界干扰较小，所以这种传感器适用于检测运动的人或者动物。5.漏水检测模块：电路采用适当的电极型水传感器，布置在需要检测的区域，可以是某一固定的区域，也可以是多个区域检测。根据电极浸水阻值变化原理，通过电压检测确定传感器的状态，通过电压比较器，得到外部状态电平，并送往控制单元进行检测。6.烟雾检测模块：传感器选用 MQ-7 型半导体烟雾气敏传感器，其在常温下工作不需要温度补偿电路因此选此传感器省去了设计温度补偿电路的麻烦。其所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。采用高低温循环检测方式低温（1.5V 加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V 加热）清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号，容易操作。7.显示模块：采用液晶显示屏。液晶显示屏（LCD）具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干