【基于蓝牙的空气质量检测系统设计与实现11000字（论文）】

基于蓝牙的空气质量检测系统设计与实现摘要面对许多大城市严重的雾霾现象、城市房屋的装修、各种未经处理的化学成分在空气中的传播，都会对人的身体健康造成伤害。由于人们生活水平及环保意识的提高，室内空气检测也已随着智能家居进入民用。针对目前的室内空气质量产品的研究现状。本文以室内空气质量检测为切入点，STM32F103RC单片机作为开发平台，并结合了蓝牙无线传输技术，设计了一种便携式、低功耗的室内空气质量检测系统。介绍了室内空气质量检测系统的设计方案、传感器的选择以及应用电路的设计、蓝牙协议栈的特点与应用以及智能终端的开发，完成了检测系统的设计。通过无线蓝牙传输技术与智能终端进行通信。最后对检测系统进行功能测试，蓝牙与智能终端的数据通信测试。结果表明，本文设计的室内空气质量检测系统能够实现对室内空气的实时检测。检测系统具有低功耗、便携式、智能化等优点，为人们生活在健康的室内环境提供了保障。关键词：空气质量；传感器；蓝牙；Android应用目录TOC\o"1-3"\h\u144351绪论 1169451.1研究背景及意义 148651.2国内外研究现状及发展趋势 1198591.3发展方向 3286181.3.1行业背景分析 3185781.3.2市场分析 482882系统总体设计方案及设计目标 5207832.1系统总体设计方案 5148582.2检测系统设计目标 6250433室内空气质量检测系统硬件设计 717553.1检测系统硬件总体设计方案 7144133.2嵌入式核心处理设计 885183.3检测系统数据采集 1045103.3.1温度检测采集 1054373.3.2湿度检测采集 11187153.4检测系统数据传输与显示 12315553.4.1蓝牙无线数据传输 1276013.4.2lcd1602液晶显示 14258884空气质量检测系统软件设计 15139124.1检测系统软件流程 15289464.2蓝牙低功耗无线传输数据透传程序 1717735结束语 1816307参考文献 191绪论1.1研究背景及意义随着人们生活水平的提高，人们对环境的污染情况给予了很大的关注。环境的污染情况也变得被人们更加的重视。在经历英国工业革命的环境污染所给人们带来的伤害，以及美国曾经面临的环境污染问题，都为当今科技快速发展的中国带来了沉重的教训。面对着我国当前的国家形式，然而科技要发展，就势必对环境带来破坏。而室外空气质量的破坏也一定会对人们生活的室内环境带来影响。根据世界银行统计报告，我国每年造成的经济损失约32亿美元是因为室内环境污染所至。另外根据国际检测环境机构的调查，全球至少有30%建筑物的室内环境中含有危害人身体健康的有害物质。室内空气质量的好坏直接影响了人们的身体健康和生活水平，而且室内环境污染也已经被列入对公众健康危害最大的五种环境因素之一。空气是人类赖以生存的条件，如果没有质量好的空气条件人类将面临着严重的生存危机。据调查统计人的一生中约有80%的时间都是在室内中度过的。因此室内空气质量的好坏直接影响人们的身心健康。针对室内空气污染的严重情况，2002年国家环保总局与国家卫生部发布并实施了《室内空气质量标准》，该标准给出了室内环境中的温湿度范围、有害气体的浓度范围及其影响室内空气环境因素的具体指标。如今室内装修材料大多会散发出甲醛等有害物质，由于物质燃烧而产生的有毒物质都会影响人们生存的室内环境质量。尽管世界上很多地方都建立了环境的检测系统，人们可以容易的在电脑或手机上观察到室外的空气质量。但是对于室内空气质量检测方面的研究相对薄弱。随着嵌入式研究的不断发展，针对这种方式设计的检测设备在当前市场上有了相应应用产品的出现。因此针对智能化的室内空气质量检测系统的研究是很有必要的。目前国内关于室内空气质量的检测研究还需要大力的发展。1.2国内外研究现状及发展趋势室内空气质量很早就被人们开始研究了，早在18世纪日本的科学家绪方正规就发表了室内换气的论文。然而随着当今环境的破坏，关于室内空气质量的研究在近些年才真正引起全世界关注并成为研究的热点。1978年在丹麦的哥本哈根首次召开了“室内空气及气候的国际会议”(InternationConfereonIndoorAirandClimate)。我国也早在2002年12月18日就正式发布了第一部《室内空气质量标准》该标准与2003年3月1日起正式实施。国外相对于国内而言，关于室内空气质量研究出现的比较早。研究报道早在20世纪60年代末期就相继出现了。随着科学技术的不断发展，关于室内空气质量检测的研究也得到了相继发展。2004年GE传感与检测科技公司设计检测室内空气中温湿度以及二氧化碳浓度的Ventostat8000系列新产品，该产品能够大大提高了管理人员的工作效率。2009年GiHeungCHOI等人设计提出了一种监测地铁室内空气质量的环境监测系统，该检测系统用于检测人流动量相对大的地铁周围环境。2010年MinuAPillai等人提出并设计了一种智能传感器网络来解决室内空气质量环境情况。2012年飞利浦公司也针对净化室内的空气质量，研发设计了室内空气质量检测仪。该室内空气净化设备不但能去除甲醛在空气中的含量、还能滤除别的有害气体。2013年由S.Zampolli组成的研发小组设计开发了一款低成本用于检测室内环境情况的电子鼻。在国内，由于对室内空气质量检测系统的研究相对缓慢。但是随着目前严重的空气污染局势，人们的生活水平也有了提高。我国对室内空气质量检测系统的研究也越来越多。2011年丁丽佳与陈琢悦同学就设计了基于嵌入式的多功能家用可燃气体报警装置的设计。2013年暨南大学彭煜设计便携式室内空气质量监测器的研究，该检测系统基于STM32处理器使用甲醛传感器、粉尘传感器加入Zigbee无线通信装置来控制的后续空气质量处理设备。2014年苏州大学的胡敏、卢亚平设计了一种基于MCU控制的环境监测系统设计，使用温湿度、甲醛传感器等用来监测室内的温湿度以及甲醛的浓度。2014年王啸东设计了一种新型的PM2.5检测仪，该研究是一种基于C51处理器以及外围电路采用PM2.5粉尘传感器来检测粉尘的装置。2014年8月张光男设计了一种新型的室内空气质量检测装置。该设计是一种涉及室内甲醛、氨气、和苯这三种气体的检测，系统设计是一种基于FPGA设计的数据监测。该检测系统具有检测精度高、速度快、稳定性好等优点。2014广西民族大学邢凯设计使用甲醛浓度检测传感器MS1100加入nRF905无线传感技术的空气质量检测系统。该系统是基于STC12C5A60S2单片机，该装置设备的每一部分的供电部分均采用有线连接，系统可将检测每一点的数值均显示在协调器的液晶屏幕上。目前我国室内空气质量检测系统的研究大部分都是基于嵌入式操作来实现的。使用这种设计方式成本低廉、便于生产。随着嵌入式、无线传感、计算机技术的不断发展，人们对数据的实时采集、智能化检测、多样化的参数采集以及数据展示与分析的多元化需求越来越多。因此在这一方面的研究就有了实现的意义。1.3发展方向1.3.1行业背景分析作为每一个中国的公民或多或少受都到传统观念的影响，成家立业，家的概念特别重要，并且置田，购宅深入到每一个中国人的心目中。随着经济的快速发展，商品住宅私有化快速成为一种消费趋势，促使现实中的很多中国人都有买房的打算，因此房地产行业也增长快速。作为住宅与之对应装修需求和家装消费将充满无限的商机。1.房地产业情况由于房地产行业的暴利，促使开发商开发了很多的商品房，商品房的销售形势也因为住房消费的持续好转，商品住宅持续热销。从最近几年中国的经济发展情况来看，虽然经济发展温度降了下来，经济增长的GDP仍然有7.0%左右。由于城镇化持续推进，房地产行业在中国的经济中仍然占据着重要的地位。与此同时，个人购房的比例仍然有交大的空间。现在，我国城镇人均住房面积25平方米，按照十二五规划，城市人均住宅将达到27平方米。世界各个国家的经验证明，在人均住宅达到30平方米到35平方米之前，将会保持旺盛的住房需求，所以房地产仍然有很大的发展空间。2.智能家居产业情况通过中国家具协会统计，中国家具产业一直保持着20%到30%的增长。2013年全行业总值年达到了1万亿元，比2003年增长了10倍，比1993年增长了100倍。现在全国拥有家具企业达10万家，其中合资企业上千家，从业人员有上百万，因此家具工业已经成为国民经济重要的一个增长点。3.家居装饰装修情况随着生活水平有了很大的改变，提高居住条件己经成为人们消费的强烈关注问题。由于城镇化的持续推进，将给建筑业，建材业以及建筑装饰装修行业带来很大的机遇，同时也给国民经济带来很大的推动力。由于物联网的快速发展，给智能家居提供了巨大的发展空间。1.3.2市场分析目前人们对于污染的认识达到了空前的关注。特别由于前段时间中央电视台主持人柴静的一段视频，更能引起大家的共鸣。很多消费者已经认识到家装材料潜在的危害性。对于健康有更深的理解和追求的我们，更应该维护自身的核心利益。智能家居是在物联网发展过程中的具体体现。智能家居通过物联网技术将家中的很多种控制系统连接到一起，给家里温馨舒适的生活提供了很多方便。与传统家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，还可以帮助人们生活中安全可靠地与外部保持全方位的信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效地安排时间去完成其它重要的事情。利用智能控制器可以使家庭的主人更加体会到智能化的方便快捷。这些智能控制器还可以为家庭主人提供健康的居住环境，通过相应的传感器可以准确有效的监控室内的温度、湿度、PM2.5、甲烷、氨气等，进而控制空调、窗帘、空气净化器等系统的运行，从而提高更好更舒适的生活空间。本文设计了一个室内空气质量检测仪器正是智能家居的体现。智能家居室内的检测治理是一个全社会的大市场，在社会各界的关注下，市场会很快火爆起来，成为一个新兴的朝阳产业。据调查，2013年智能家居室内环境检测产品的生产和空气净化装置的生产达到了1000亿元人民币。并且在未来的几年还会快速增长，因此市场需求回呈现饥渴状态。随着现代科学技术的发展，特别是电子通信技术的快速发展使得测量仪器的精度越来越高。从而使室内测量仪器仪表向着智能化的方向迅速发展。然而，我们国家的智能家居环境监测才刚开始起步，但是也有一些技术很强的公司从事此类系统的开发与研究。此外，我们国内也有一些电子厂家在智能家居市场上推广自主研发的智能家居空气质量监测系统。目前有很多有线技术也可以对室内空气质量进行监测，但是也有很多缺点:系统布线比较麻烦，安装与维护成本特别高，系统可扩展性差，移动性也不方便。新的智能家用多功能监测系统具有如下特点:操作自动化、测量智能化、数据处理速度快以及具有良好的人机对话能力。当室内多功能监测系统监测超过限值时，无线通信网络就会发出指令从而可以智能地打开空气净化装置，进而可以净化室内的空气，确保有一个健康舒适的生活环境。因此，新的智能家用多功能监测系统与空气净化系统完美地结合起来将为人们美好健康的生活提供保障。所以新的智能家用多功能监测系统将是今后一个时期的发展方向。2系统总体设计方案及设计目标2.1系统总体设计方案为了能够检测室内的空气质量，提高检测系统的智能性达到便携式与低功耗的设计目的。检测系统的总体设计方案包括两大部分的设计内容即系统硬件设计与系统软件设计。本文设计的室内空气质量检测系统是基于ARM核心控制器来进行研究的。其中硬件的设计部分包括：嵌入式核心处理电路、温度检测采集电路、湿度检测采集电路、lcd1602液晶显示、甲醛气体检测采集电路、无线蓝牙传输电路以及系统电源管理电路的设计。软件设计主要为智能终端软件程序设计、检测装置的嵌入式程序设计。总体设计结构图如2-1所示。图2-1系统的总体框图室内空气质量检测系统的总体方案设计流程，通过设计前端的各个检测采集电路进行数据采集，将采集到的数据经后续的信号放大电路、信号处理电路以及A/D转换，将采集到的数据送至嵌入式核心处理部分的中央处理单元ARM。通过对嵌入式ARM核心处理器的软件编程，将检测电路采集到的数据在lcd1602液晶屏上进行实时的显示。能够容易的观察到当前室内的空气质量情况。为了增加检测系统的智能化特性，在检测装置后加入无线蓝牙传输部分，通过无线传输的方式将数据传至智能终端。为了使检测系统的智能性、网络化概念更强，更能够方便的为人们生活提供帮助。检测系统的智能终端选用生活中普遍使用的手机为检测系统提供智能显示。目前市面上常见的手机有两种操作系统一种是苹果公司的IOS系统，另一种为谷歌公司推出的开源Android系统。对比两种操作系统：由于Android操作系统的手机的价格比较低廉适用于大多数人应用以及Android操作系统的开源特性使用起来更加方便。基于以上的考虑检测系统选用Android操作系统的手机作为智能终端。2.2检测系统设计目标为了满足检测系统所要达到检测的目的，重点要考虑的因素如下：测量的检测数据种类多；检测系统要求测量精度高；检测系统有较高的灵敏度、可靠性、低功耗。影响室内空气质量的有害气体种类很多，本文研究的室内空气检测系统的测量标准是参考国家标准GB/T50325-2010作为检测测量的指标。表2-1为国家颁布的民用建筑室内空气环境污染物检测的浓度限量的标准。表2-1民用建筑工程室内环境污染物浓度限量污染物I类民用工程II类名用工程氡（BQ/m3）≤200≤400甲醛（mg/m3）≤0.08≤0.1苯（mg/m3）≤0.09≤0.09氨（mg/m3）≤0.2≤0.2TVOC（mg/m3）≤0.5≤0.6从表中可以看出影响室内空气质量的主要污染物有：甲醛、笨、氨、TVOD等有害物质。如果这些有害物质在室内空气中含量过多，就会危害人们的身体健康。例如室内空气中的甲醛浓度含量过高，就会刺激人的皮肤黏膜，同时甲醛能与人体蛋白质结合使人们出现头痛，头晕等显现。所以，人们日常生活居住的室内环境中要严格的控制有害气体的浓度，为人们生活在健康的环境中提供保障。本文对室内空气质量检测系统的研究提出了具体的功能要求，以及根据国家规定的检测标准设计了系统指标。如表2-2所示。表2-2室内空气质量检测系统达到设计指标功能目标温度检测温度：0-45℃精度：0.1℃湿度检测相对湿度5-95%RH精度：1%RH甲醛气体浓度检测量程0-0.1(mg/m3)精度：0.01mg/m3lcd1602显示结果将采集到的数据进行显示无线传输采用Blue技术将数据传送到上位机进行显示功耗选用低功耗传感器以及合理的电路设计对比与TFT_LCD节约数倍功耗尺寸10cm*8cm*4cm3室内空气质量检测系统硬件设计针对检测系统的性能需求，考虑到如何使检测系统实现低功耗、便携式的设计要求。因此需要为检测系统搭建硬件平台来完成检测功能，本章重点介绍整个系统实现的硬件基础。3.1检测系统硬件总体设计方案硬件电路的设计是整个检测系统的基础，同时硬件电路的设计为整个检测系统提供了保障。由于本室内空气质量检测系统是以低功耗、便携式为切入点。根据检测系统的功能需求以及总体设计方案要求，检测系统选用ARM系列的STM32F103RCT6低功耗芯片作为检测系统的核心处理单元。检测部分主要通过设计检测采集电路应用ME3-CH2O甲醛传感器、DS18B20温度传感器、HS1101湿度传感器设计相应的甲醛、温度、湿度检测部分。将这些检测部分检测到的数据进行数据的处理与数据的传输。数据处理后在lcd1602液晶屏上进行实时显示、数据通过无线蓝牙传输模块传输至智能终端、电源管理系统为整个检测系统提供电源。检测系统整体硬件结构设计如图3-1所示。图3-1系统硬件整体结构图3.2嵌入式核心处理设计嵌入式系统是一种实现嵌入对象智能化的微小型计算机。嵌入式微处理器是一块将微型处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM等）及各种外设集成在一起的微小型操作系统，这样的微处理器具有计算机特性所以常常被称为微型计算机。嵌入式操作系统可以分为很多种类型，比如EMPU（EmbeddMicroprocessorUint）、MCU（MicroprocessorUint）、DSP（DigitalSignalProcessor）以及SoC（SystemonChip）。其中目前主要有的嵌入式微处理器Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM系列等。STM32F1系统芯片内部采用ARM公司设计的32位处理器是一款功能较全面的微处理器。Cortex-M3处理器可提供1.25DMIPS/MHz的性能。Coxtex-M3处理器是一个32位的处理器。Cortex-M3处理器除了包括中心处理器内核之外，还包括很多其他的组件，如嵌套的中断控制器、SysTick定时器、存储器保护单元、总线矩阵（BusMatrix）、嵌入式跟踪单元、接口单元、FTB、ROM表、串行调试端口等以用于系统管理和调试支持，如图3-2为Cortex-M3处理器基本结构。图3-2Cortex-M3处理器内部基本结构系统所选用的核心处理器为以Cortex-M3为内核的STM32F1系列芯片。选用芯片为STCSTM32F103RCT6作为中央处理器，使用该芯片是因为相对于其他种类核心处理芯片，该芯片的价格更低、相对多的内存资源、且能够满足检测系统低功耗的要求。由于在本检测系统中要根据所选用的芯片来设计完成检测的功能。所以要设计合理的ARM核心处理器电路。ARM核心电路主要是由STM32F103RCT6芯片及满足芯片工作条件的电源电路、复位电路、晶振电路、滤波电路以及下载JTAG电路等组成。其原理图如图3-3所示。图3-3STM32最小系统原理图由于ARM核心处理器要完成对室内空气质量进行采集、处理、显示、传输等功能。因此在设计的过程中要考虑到ARM处理器芯片中每一个相应引脚的作用及其所要完成的功能。在针对ARM原理图设计的时候，已经预留出各种模块相应的接口引脚。从图中可以看出ARM芯片的各个引脚都有相应的标注，这些应用到的引脚包括为ARM能够提供基本工作的电源电路、复位电路、晶振电路，各种室内检测气体检测模块的相应接口引脚，液晶显示部分的相应引脚，数据传输的相关引脚。图3-4JTAG下载电路图3-4为系统的JTAG下载电路，系统通过JTAG硬件设备将编写好的嵌入式软件写入ARM核心处理芯片中来完成相应的数据采集、显示、传输等功能。图3-5复位电路3.3检测系统数据采集3.3.1温度检测采集采用一种低功耗单总线数字温度传感器DS18B20为检测装置提供温度采集。这款单总线数字温度传感器提供9位温度读数值，用来检测室内温度值的大小。DS18B20温度传感器特有的单总线接口设计，在应用时仅仅需要一个接口引脚便能够进行通信，无需任何外部器件的帮助。这种独特的设计使得从主控芯片到DS18B20数据读取与写入仅需要一根数据线就能完成。由于传感器的低功耗，在完成温度转换的同时，传感器所需要的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部提供额外的电源。传感器测量的温度范围从-55oC至+125℃，精确度为0.5℃、以9位数字方式对温度进行读/些。DS18B20为了具有更强的抗干扰能力，设计将温度检测与数据输出全部集成于一个芯片之上。工作周期可以分为两个部分，温度的检测与数据处理。如下表所示为DS18B20的引脚说明，在硬件设计中接入相应引脚即可完成温度检测设计。表3-1DS18B20的引脚说明引脚符号说明1GND地2DQ单线运用的数据输入/输出引脚，漏极开路“寄生电源”3VBD可选VBD引脚，有关连接的细节见“寄生电源”3.3.2湿度检测采集选用HS1101湿度传感器用来检测室内的湿度值，该传感器特殊的工艺设计将传感器设计为可变的电容元件，其传感器的工作原理为传感器的电容值随着湿度的增大而增大。这款HS1101湿度传感器也已经被人们广泛的应用于工业检测、家电产品以及车厢内的湿度检测。考虑到使用HS1101传感器不需要校正、能够快速脱湿、可以自动化焊接、可靠性高与稳定性强、反应速度快等优点。因此使用HS1101湿度传感器来检测室内空气中的湿度值。湿度传感器的参数如下：1、测量范围RH：1—99%；2、精度：1%RH;3、响应时间：5S；4、电压：5V等。根据HS1101湿度传感器的工作原理设计湿度的检测电路，通过ARM核心处理器使用输入捕捉波形方式来实现对湿度数据进行处理与显示。所设计的湿度检测电路如图3-6所示：图3-6湿度检测电路图在电路构成中将HS1101湿度传感器等效成电容值可变的器件。该传感器的特性为电容的大小与检测空气中湿度值成一定的正比关系。因此将HS1101置于NE555振荡电路中可以根据NE555振荡芯片的工作原理设计。NE555电路是根据所输入的电源电压的1/3Vcc与2/3Vcc的变化输出进行翻转的。可以对HS1101可变电容进行充放电来实现输出为频率可变的方波来供ARM采集。首先对HS1101充电，充电电路流经R2，R3，HS1101，当NE555芯片引脚THR和TLR上的电源高于2/3Vcc时，NE555芯片输出低电平。对HS1101进行放电说明，放电电路流经HS1101和R3进行放电，当THR和TLR上的电源低于1/3Vcc时，NE555芯片输出为高电平。就这样能够得出频率随着HS1101容值变化的方波。ARM可以对方波进行数据捕获。3.4检测系统数据传输与显示在检测部分采集到数据之后，为了更好的能够为人们提供应用。需要将检测到的数据通过蓝牙无线传输传送至智能终端。为了使检测系统检测到的数据能够直观的观测到室内的空气情况示数，将采集到的数据在检测系统设计的lcd1602液晶屏模块上进行实时显示。设计将lcd1602液晶屏在ARM主控芯片上连接显示8080并口的硬件电路。3.4.1蓝牙无线数据传输无线蓝牙数据传输系统由四个方面构成：无线射频单元、基带与链路控制单元、链路管理单元以及蓝牙软件协议栈。蓝牙的系统结构如图3-7所示：图3-7蓝牙系统结构图其每一部分的基本应用为：1、无线射频单元（Radio）：使得蓝牙能够完成数据的传输和实现语音通信，保证能够完成数据与语音的发送与接收。2、基带与链路控制单元（LinkController）：保证蓝牙数据传输与语音通信时射频信号与数字或语音信号能够相互之间进行转化，实现基带协议和底层连接规程以便能够达到目的。3、链路管理单元（LinkManager）：该部分能够管理蓝牙设备之间的通信，实现无线蓝牙链路的建立、验证、链路配置等操作。4、蓝牙编程软件协议栈的编写使其能够实现短距离无线通信，数据传输与语音通信。蓝牙技术是一种短距离无线电宽带技术，一种全球的开放性标准能够实现语音通信和短距离无线数据传输。它使用多种先进技术包括跳频扩谱（FHSS）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）等，在很小的范围内建立不同种通信链接并且可以满足系统之间的信息传输。其具体特点如下表3-3所示：表3-3蓝牙技术的主要特点特点说明及其优点工作频段2.4GHz的频段载频，间隔1MHz、采用TDD时分双工方式传输速度1Mb/s调试方式BT=0.5的GFSK调制、调制指数为0.28-0.35采用调频技术蓝牙通过快跳频和短分组技术减少同频干扰、保证传输的可靠性支持电路交换和分组交换业务语音和数据可以单独或同时传输支持点对点基多点通信可组成微微网和分布式网络工作距离蓝牙设备分为三个功率等级100mW、2.5mW、1mW相应的有效工作范围为：100米、10米和1米。系统选用的低功耗无线蓝牙数据传输芯片为CC2540，该芯片是基于TI公司设计研发应用与短距离无线数据传输，具有低功耗、体积小、短距离传输、抗干扰能力强等特点。自带的低功耗8051微处理器作为核心处理单元；且兼容蓝牙低功耗射频RF收发器，其频率为2.4Ghz；支持多种串口通信协议的USART；以及应有的存储功能等。因为CC2540支持多种窗口通信协议，所以数据传输部分的设计原理为蓝牙无线传输模块连接ARM核心处理器的串口部分进行数据读写，使得ARM核心处理器发送到串口的数据能够传送至蓝牙无线传输模块。后经蓝牙无线传输模块蓝牙协议栈协议软件编写，将数据传送至智能终端。在智能终端进行一定的软件编写来达到将采集、处理数据在智能终端的显示。无线蓝牙CC2540无线传输的电路为：主要分为三个部分分别为：主控芯片的最小工作电路、产生2.4GHz载波频率的巴伦匹配电路以及设计PCB板的F型天线的搭配。CC2540无线蓝牙工作原理图如图3-8所示：图3-8无线蓝牙电路图设计的无线蓝牙通信电路分为三个部分，第一部分为主控芯片的工作电路设计。设计能够满足主控芯片CC2540正常工作的基本电路，该部分包括主控芯片的电源电路、晶振电路、复位电路。第二部分设计振荡电路，该部分振荡电路的作用为将频率提升至2.4GHz把信号能够采用无线的方式传送出去。在射频电路中我们采用巴伦匹配电路来实现相应的功能，在设计与使用的过程中，由于要满足巴伦电路的起振条件，所以在设计过程中要保证巴伦电路的对称性来达到应用的目的。第三部分为外围天线部分的设计，在本设计中选用两种方式的天线，一种为PCB走线的倒F行天线，另一种为带有插孔的金属天线。它们各有各的优点因此该系统可以随意的选择。本系统所选用的天线为PCB走线的倒F型天线。3.4.2lcd1602液晶显示lcd1602即有机发光二极管（OrganicLight-EmittingDiode），系统选用lcd1602液晶屏作为检测系统的显示部分，基于检测系统的低功耗设计lcd1602液晶屏具有如下特点：首先它不需要背光源具有自发光功能，且它的对比度高、厚度薄体积小便于设计、显示速度快、可以跨度大的温度范围使用、构造较简单等优点，lcd1602的使用也被认为是今后显示器的最新应用技术。lcd1602液晶屏相对于传统的LCD液晶屏，lcd1602不需要背光源，因此可以降低检测系统整体的功耗。lcd1602具有如下特点尺寸小、高分辨率、多种接口方式以及不需要高电压就可以直接完成工作了。选用0.96寸的lcd1602液晶屏作为检测系统的显示部分。lcd1602显示屏分辨率为128*64，lcd1602同时还支持5种接口方式分别为IIC接口、6800接口、8080并行接口、4线串行接口、3线串行接口。lcd1602液晶屏由BS0、BS1、BS2三个接口来选择具体的工作方式本检测系统采用lcd1602的8080接口方式查询资料三个接口均置为0。图3-9lcd1602接口电路lcd1602液晶显示并口的原理图显示如上图3-9所示：使用其并口操作需要的管教较多总共有16个管脚其引线图如上图所示。其中我们使用15条引脚来操作，其中一个引脚是悬空的。2条引脚为电源和地线，将还剩下13条引脚作为数据传输的信号线。4空气质量检测系统软件设计4.1检测系统软件流程使用HS1101湿度传感器设计湿度检测应用电路。检测电路对产生的方波周期来进行数据采集。使用核心处理器对方波信号进行输入捕获来完成对湿度的检测采集。由得到的方波频率来计算室内空气质量中的相对湿度。核心处理器的输入捕获设计是通过使用定时器实现的，检测采集相邻的上升沿与下降沿信号对应的定时器时间，将当前所得到的定时器值存放到对应的寄存器中，完成检测捕获。从而能够计算出输出检测电路中输出的方波频率。如图4-1所示为湿度检测部分软件流程图。图4-1湿度检测部分软件流程图湿度检测的软件设计思路为：使用定时器5通道1来捕获定时器高电平的时间，从而求出检测部分输出的方波频率。首先我们先对输入捕获设置为高电平检测，当电平跳为高电平时记录定时器的时间，直到下一个电平跳入低电平时再一次记录定时器的时间。这样将前后两次的定时器5通道1的值之差就是高电平的时间。从而计算出输出方波的频率。通过采集高电平的时间来计算方波的周期值，应用检测到的高电平时间来通过公示计算我们应用的湿度值。当然这要考虑所使用的传感器件的工作值来定。具体代码如下所示：If(TIM_GetITStatus(TIM5,TIM_IT_CC1)!=RESET)//发生捕获事件{If(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//捕获到一个下降沿{TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获上升沿TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising);//设置为上升沿捕获}else{TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//清空TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;TIM_Set_Counter(TIM5,0);TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40；//标记捕获到了上升沿TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Faling);}}}上述代码是对高电平时间进行输入捕获。从代码可以看出，程序代码中实现了使用定时器捕获相邻上升沿跳变时间间隔来的得到输出方波频率的时间。由代码中可知，从还未成功捕获开始，到捕获到第一个高电平，在到标记上升沿开始成功捕获到相邻的上升沿，都是通过使用了定时器与计数器来实现的。通过编写软件代码调用STM32自带库函数来完成上述基本功能。4.2蓝牙低功耗无线传输数据透传程序蓝牙的数据传输要经历蓝牙的初始化、蓝牙对周围其他的蓝牙设备的查找、建立两个蓝牙设备之间的连接、蓝牙数据的传输以及断开蓝牙连接来完成蓝牙之前的数据传输。在蓝牙协议栈的通信协议中，定义主动简历连接请求的是本地蓝牙适配器，经过查询扫描建立连接的是远程蓝牙适配器。在蓝牙协议栈中通过使用HCL层完成对应的蓝牙通信。能够实现蓝牙的无线数据传输就需要调用相应的协议栈代码。蓝牙的初始化包括复位、读取缓冲区大小、写入扫描允许、指定时间过滤器、写入超时、写入呼叫相应超时、写入本地蓝牙地址以及读本地蓝牙的地址来完成蓝牙初始化的的过程。当然这些过程需要调用相应的程序代码。数据传输过称为：蓝牙初始化之后，本地蓝牙通过HCL_Inquriy指令进入查询模式进行查询，目的为发现周围的蓝牙设备。通过HCL_Create_Connection指令控制链路管理层与指定蓝牙远程设备进行连接。在蓝牙设备完成连接后就能进行数据的传输了，通常采用HCLACL分组L2CAP的格式。远程的蓝牙设备接收到信号后开始分组数据的方式接收传输来的数据。数据传输完通过HCL_Disconnection来断开连接完成蓝牙数据的传输。因为蓝牙数据的传输是一个很复杂的过程，要经历三次握手与四次挥手才能完成连接。因此在本人的蓝牙传输程序中，只是从蓝牙数据传输的几个部分来完成。其无线蓝牙透传程序流程图如图4-2所示：图4-2无线蓝牙数据传输流程图5结束语研究的检测系统是基于STM32设计的一种低功耗、便携式的室内空气质量检测系统。在整个检测系统设计与完成的过程中主要工作如下：针对室内空气质量检测系统的研究现状进行了详细分析，设计了系统的总体结构设计方案。完成了室内空气