基于单片机的室内多功能检测系统系统设计

室内多功能检测系统的系统设计室内多功能检测系统的设计摘要信息随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，人们越来越重视环境问题和健康问题，室内空气质量(IAQ)状况越来越封闭。人的一生中有三分之二在客厅里度过。本文以室内空气中有毒有害气体监测为背景，使用ATMEL工程的8位超低功耗微控制器AT89S52作为控制核心，将51单片机实时操作系统RTX51tiny应用于该系统，以提高实时性能和可靠性，该系统实现了室内温度和湿度、甲醛、CO和甲烷的实时收集、显示和相应的报警功能。该设备具有高度的便携性和通用性，由使用LCD1602光栅液晶显示菜单的锂电池驱动，具有良好的人机对话界面。还设计了声光报警系统，在参数超出时及时实现了报警。室内智能空气质量显示器体积小，功耗低，运行简单，适用于家庭和社区的医疗保健管理，实时了解室内空气质量；本设计采用数字温湿度传感器DTH11进行室内温湿度测量，CO和甲烷传感器采用电位电解气体传感器所需的气体进行了测量。用单片机控制模拟开关，实现CO、甲烷和甲醛的替代测定和警报。关键词：室内环空气质量；温度和湿度；数字显示器；向安全警察报告multi functional micro controller-based indoor-detection system designAbstractwith the development of our national economy and improvement of peoples living standard，Awardeness of environmental issues and health problesthe system can realize real-time acquisition and processing，display，Alarm and other functions of indoor temperature，humidityequipment powered by lithium batteries，Has a good portability And versatiility，And use the LCD 1602 dot matrix LCD screen to display menu as well as detect gas concentration by using constant potential eleysis gas sensors，And uses monolithic processor to control analog switch to momeKey words : IAQ，temperature and humidity，RTOS，digital，safety，alarm目录第一章简介11.1室内多功能测试系统设计背景11.2室内多功能测试系统的设计意义2第二章室内空气质量基本介绍42.1室内空气质量和感知42.1.1室内空气研究背景42.1.2室内污染物的类型和来源分析52.1.3对室内空气质量的几点认识52.1.4了解甲醛62.2室内空气质量监控方法和IAQ标准72.2.1室内空气质量监测方法72.2.2空气质量改善方法72.3 IAQ标准和室内空气主要污染物8第三章硬件系统设计103.1整体设计103.1.1系统硬件结构和原理103.2选择传感器103.2.1气体传感器103.2.2选择气体传感器采样方法123.2.3 CO，甲烷传感器123.2.3.1 MQ系列气体传感器工作原理123.2.3.2 MQ气体传感器属性143.2.3.3 MQ-2传感器模块173.2.4甲醛常识和甲醛传感器接口模块设计183.2.4.1甲醛传感器接口模块183.2.4.2 I/V转换电路的芯片选择193.2.4.3 RCV420相关参数和工作原理203.2.4.4模数转换电路设计233.2.5温度和湿度传感器253.3 AT89S52微控制器简介283.4电源电路设计303.5声光报警模块313.6键盘电路32第四章软件系统设计334.1软件系统要求方框图334.2软件系统的流程图34谢谢37附录38附录a每个模块的驱动程序38Altiumdesigner附录b系统电路图54参考文献55室内多功能检测系统的系统设计第一章简介1.1室内多功能测试系统设计背景关于室内空气质量问题，可以追溯到古代，可以认为是原始人类将火引入洞穴，造成洞穴烟尘污染的象征；用科学的方法研究和改善室内空气问题的历史至少可以追溯到20世纪上半叶，1939年美国成立了职业健康协会(AIHA)，生产环境对人体健康的影响开始受到社会的关注；20世纪60年代的北欧和北美，客厅、办公室、会议室、医院、酒店、图书馆、候车(机器、船)大厅等室内空气质量开始受到关注，就在那个时候，引入了室内空气质量(IAQ)的概念。当时引起人们关注室内空气质量问题的主要原因有两个。一是因为环境保护事业的开展和环境科学的发展，人们的环境意识不断加强。第二，空调开始普及，为了节约能源，建筑物的密封性不断提高，门窗的开闭时间越来越短；同时，各种化学产品也开始进入人们的室内生活，室内化学污染物浓度提高，长期滞留在室内的人经常感到不舒服；这是出现了SBS“regio graphics”和“regio graphics”这两个新问题和概念的时期。室内空气污染与哮喘、肺癌等疾病的发病率增加相对密切相关，并注意到室内环境质量一定比室外好，甚至比室外差2。随着人们对室内空气污染问题的认识的加深，室内环境作为卫生和环境科学的重要组成部分越来越受到关注。与此同时，室内环境测试、宣传教育、学术研究和学术交流、咨询和评价专门机构开始形成。美国工业健康协会(AIHA)成立了室内环境质量(IEQ)委员会，国际室内空气质量和气候协会(ISIAQ)，美国绿色建筑委员会(USGBC)和室内空气质量协会北约(NATO)等军事合作组织也在她的科学环境局所属的首席研究中心开展了“室内空气质量(IAQ)科学”研究和教育训练计划，每年进行缔约国对体内环境的教育。与此同时，室内空气质量管理机构也开始在发达国家和地区形成。美国EPA于1988年在空气辐射和辐射科下属设立了室内空气质量(IAQ)程序事务所，1995年早些时候与radon分会合并，建立了室内环境事务所，并在该部门设立了两个与室内环境相关的国家实验室，在该部门设立了室内环境规制、执法机关。现在美国学校有室内环境协调员、管理室内部环境质量监控和控制。法国政府也于1999年底设立了国家室内空气监测所，从2001年开始每年选定1000个监测点，检测典型室内场所的氡、铅、真菌、过敏源、VOCs、人造丝纤维、杀虫剂、香烟烟雾等10多种有害物质，并将测试结果通知一般。我国的香港特别行政区也于1998年在自己的环境厅内设立了室内环境负责部门，并于1999年公布了建筑物的IAQ准则和标准。在室内环境管理机构的指导下，室内环境法也开始同时实施，至今为止，欧美各发达国家、亚洲日本、韩国和中国的香港地区、世界卫生组织已经制定了比较完善的室内环境法规3。随着人们生活水平的提高，全面开放的住宅越来越扩大，其室内环境质量控制越来越引起各界的广泛关注。需要安全、舒适、可靠的家庭环境。现市场对室内环境的测试仪器也有很多，但是体积大，价格高，功能少，操作不便等原因；市场调查表明，迫切需要家庭室内安全、温度和湿度以及室内甲醛的方便实用的检测系统。本文设计了家庭环境污染(甲醛)、安全(报警功能)、温度和湿度为一体的便携式多功能室内空气质量测试仪。1.2室内多功能测试系统的设计意义目前建筑材料的质量不良燃料、香烟、通风不良等因素导致室内空气状况往往不如室外。很多空调系统适用于室内空间，但为了节约能源，经常减少自然通风，进一步恶化IAQ，同时出现的舒适空调只注重热舒适，忽视空气净化，对人们的健康产生负面影响4。随着人们对IAQ的认识不断加深，健康管理知识逐渐发展，人们不仅想知道哪些污染物在作怪，还想知道污染的浓度是多少吗？这种浓度会对健康造成什么短期和长期风险？如何控制现有污染？在这种情况下，空气质量监测设备的设计和开发是现实的。目前室内环境监测仪器有多种，但有体积大、价格贵、功能少、操作不便等原因。因此，本文提出了以室内空气温度、湿度、有害气体预警监测为目标的“室内便携式智能空气质量监测”系统，以便人们及时掌握自己的生活环境，提出适当的解决方案，通过利用MCU收集数据，确保前台数据的及时性、准确性和综合评价，为人类营造健康的室内生活空间，使现代生活的舒适性和安全性更为愉快。第二章室内空气质量基本介绍2.1室内空气质量和了解2.1.1室内空气研究背景利用气体传感器测定甲醛已成为近年来甲醛检测研究的新热点。已经在1983年出现了压电甲醛传感器。这个传感器不进行任何处理就可以测量标本，但是受水分子的影响，晶体振动频率容易漂移，几乎没有实用性。符合室内空气甲醛快速现场检测要求，现场直接测定和操作甲醛浓度，方便，目前还开发了大量适合室内和公共场所空气中甲醛浓度现场测定和木质板材中甲醛释放量的甲醛快速分析仪。但这些仪器的工作原理、响应速度、适应范围等各有不同2。在甲醛、苯等有害气体测试中，美国ESC公司生产的z 1,300甲醛检测仪、英国PPM生产的PPM-400甲醛检测仪等有名。国内抑制了：江苏安普电子工程有限公司生产的400型甲醛分析仪、北京宾达绿色和平组织生产的甲醛测量仪1 308等。这些仪器实现了有害气体的检测功能，适合专业测试机构或实验研究机构。准确测量甲醛、苯、氨等有害气体的装置成本高(例如英国PPM公司生产的PPM400甲醛表约为2万多个)，测量时间长，每期需要重新培训，需要专家操作6；目前国内外产品的设计差异主要集中在监控传感器和控制单片机芯片的选择上，操作时海外产品操作界面方便，功能性好。考虑到我国当前的国情，设计一种经济、实用、方便的考试意识，有必要在普通生活人群的日常生活中普及室内空气传感器，进一步