基于单片机的室内空气质量检测-室内便携式智能空气监测仪的设计.pdf
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1、天津工业大学毕业设计(论文)题目:室内便携式智能空气监测仪的设计 天津工业大学毕业设计(论文)任务书题目室内便携式智能空气监测仪的设计学生姓名上官金霞学院名称机械工程学院专业班级测控072课题类型设计类课题意义由于建筑材料品质不一、劣质燃料、通风不良等原因,室内的空气状况往往不 如室外,尽管空调系统被应用到室,但为了节能,减少了自然通风,使室内空气品 质进一步恶化。目前,对于室内环境监测仪表有很多种,成本不是很高,监测速度 较快,但大数产品只是用来监测,不具备自动调节室内空气质量的能力。实际上,单纯的监测不能提供经济可行的空气质量调节措施,只有以控制作为监测的后备支 持,监测工作才可以深入持久
2、地开展下去,才能达到监测和控制的有机结合。因此,本系统旨在实现室内空气温度、湿度、有害气体的监测及自适应智能调节,为人类 营造一个健康的室内生存空间。任务与进 度要求任务:1.选择合适的单片机,进行单片机主电路设计;2.完成传感器、信号调理、键盘、显示、声光报警、智能控制等接口电路设计;3.编写各模块子程序、proteus软件仿真和实物调试进度要求:第3周 实习,查询相关资料及总体方案设计第4周 开题报告第5-6周 气体、温湿度传感器选型,绘制原理电路图和PCB图第7-10周 编写气体、温湿度采集等程序并通过proteus调试仿真第11-13周 购买元器件,动手焊接电路板并下载程序实物调试第1
3、4周 写论文及外文翻译第15周 修改论文第16周 准备答辩主要参考 文献起止日期备注院长 教研室主任 指导教师2月21日6月6日4戴仙金.51单片机及其C语言程序开发实例M.清华大学.,2008.379403.3张道德.单片机接口技术(C51版)M.中国水利水电.,2007.230247.张齐,杜群贵.单片机应用系统设计技术M.电子工业.,2004.117128.口彭军.传感器与监测技术M.西安:西安电子科技大学.,2003.7495.毕业设计(论文)开题报告表2011年3月 12日姓名上官金霞学院机械工程学院专业测控班级072题目室内便携式智能空气监测仪的设计指导教师张宏杰一、与本课题有关的
4、国内外研究情况、课题研究的主要内容、r随着人们生活水平的改善和提高,建筑结构的封闭化室内办公人员的(IAQ)室内空气品质的研究吸引了越来越多人的关注。目前,对于室内环 虽然此类仪表成本不是很高,监测速度较快,但是绝大数产品只是用来监狈 空气质量的能力。实际上,单纯的监测不能提供经济可行的空气质量调节技 测的后备支持,监测工作才可以更深入持久地开展下去,才能达到监测和招 创造良好的室内环境。因此,本文基于量化监测,提出“室内便携式智能专 统旨在实现室内空气温度、湿度、有害气体的预警监测及自适应智能调节,证了前台数据的及时、准确,有利于进行全方位的评价,为人类营造一个女 本课题主要内容如下:1.I
5、AQ以及温湿传感器选择2.信号采集模块设计3.单片机主控电路白1的和意义:增加,Indoor Air Quality 竟监测具仪表已经有很多种,J,不具备自动控制调节室内 士施,因此只有以控制作为监:制的有机结合,尽快为人们:气品质监测仪”系统,此系利用MCU进行数据采集保 E康的室内生存空间。勺设计4.系统程序设计二、进度及预期结果:起止日期主要内容预期结果第1-3周第4周第5-6周第7T0周第11T3周第14周第15周第16周实习,查询相关资料及总体方案设计开题报告气体、温湿度传感器选型,绘制原理电路图和PCB图 编写气体、温湿度采集等程序并通过Proteus调试仿真 购买元器件,动手焊接
6、电路板并下载程序实物调试 写论文及外文翻译修改论文准备答辩确定总体方案 完成 完成电路图 仿真成功 做出实物 完成论文 完成答辩顺利完成课题的 现有条件计算机,图书馆,网络论坛以及一些相关材料审查意见指导教师:_ _年_月_日学院意见主管领导:_ _年_月_H天津工业大学本科毕业设计(论文)评阅表(设计类)意见及建议毕业设计 题目室内便携式智能空气监测仪的设计学生姓名上官金霞学生班级测控072指导教师姓名张宏杰评审项目指标满分评分选题能体现本专业培养目标,题目大小、难度适中;学生工 作量饱满,能得到较全面训练。10题目与生产、科研等实际问题结合紧密。10课题调研 文献检索能独立查阅文献以及从事
7、其它形式的调研,能较好地理 解课题任务并提出实施方案;有分析整理各类信息从中 获取新知识的能力。15外文应用能正确引用外文文献,翻译准确,文字流畅。5设计说明 书(论文)设计图纸(插图)简洁、规范、无差错,设计栏目齐全 合理,能正确使用国家标准单位。15设计说明书(论文)结构严谨,表达清楚,文字通顺,用语正确,基本无错别字和病句,书写格式符合规范。15能根据毕业设计目标进行实验设计,对数据的运算及处 理正确无差错,对实验结果的分析准确。20设计具有创新性或实用价值。10合计100评阅人签名:年 月日天津工业大学毕业设计(论文)成绩考核表学生姓名上官金霞学院名称 机械工程学院 专业班级测控072
8、题目 室内便携式智能空气监测仪的设计1.毕业设计(论文)指导教师评语及成绩:成绩:指导教师签字:年 月 日2.毕业设计(论文)答辩委员会评语及成绩:成绩:答辩主席(或组长)签字:年 月 日3.毕业设计(论文)总成绩:a.指导教师 给定成绩b.评阅教师 给定成绩C.毕业答辩成绩总成绩(aX0.5+bX0.2+cX 0.3)摘要随着我国经济的发展,人民生活水平的提高,人们对环境问题及健康问题日 益重视,室内空气品质(IAQ)状况受到越来越多的关注。人的一生中有三分之 二的时间是在居室内度过的。本文研究的室内便携式智能空气品质监测仪是以室 内空气中有毒有害气体的监测监控为背景,是以ATMEL工公司的
9、一款8位超低 功耗单片机AT89S52为控制核心,能够实现对室内温度,湿度,甲醛,苯和氨 的实时采集处理、显示、报警等功能。仪器采用锂电池供电,具有良好的便携性 和通用性,并且使用LCD1602点阵式液晶屏显示菜单,有良好的人机对话界面。同时设计了声光报警系统,实现在参数超标时及时的报警。室内智能空气品质监 测仪体积小,功耗低,操作简单,适合应用于家庭和社区的医疗健康保健,能够 实时知道室内空气的质量。关键词:AT89S52;室内空气品质;LCD显示;温湿度;甲醛ABSTRACTWith the development of our national economy and improveme
10、nt of peoples living standard,awareness of environmental issues and health problems increasing emphasis on indoor air quality(IAQ)conditions have been paid more attention to.Two-thirds of peoples life time is spent in the living room.In this paper,Indoor Air Quality Portable Intelligent Monitor is o
11、n the background of toxic and harmful gases,based on an ATMEL 8-bit working ultra-low power MCU AT89S52 as control core,which can realize real-time acquisition and processing,display,alarm and other functions of indoor temperature,humidity,formaldehyde,benzene and ammonia.Equipment powered by lithiu
12、m batteries,has a good portability and versatility,and use the LCD 1602 dot matrix LCD screen to display menu,and has a good interactive interface.At the same time sound and light alarm system is designed to achieve a timely manner when the parameter level exceeds the limit.Indoor Air Quality Portab
13、le Intelligent Monitor,small size,low power consumption,simple operation,and is suitable for family and community health care in order to know real-time acquisition of indoor air quality.Key words:AT89S52;IAQ;LCD display;humiture;formaldehyde目录绪论.11.1 课 7 的目的及,用、乂 11.L 1室内空气品质(IAQ)的重要性.11.1.2课题研究目的及
14、意义.21.2 国内外的研究状况.21.3本文的主要研究内容及总体方案设计.31.3.1本文的主要研究内容.3L 3.2总体方案设计.3第二章 室内空气品质基本介绍.42.1室内空气品质及认识.42.L1室内空气研究的背景.42.1.2室内污染物种类及来源分析.42.1.3室内空气品质的几点认识.52.2室内空气品质的监测方法及改善空气品质的方法.52.2.1室内空气品质监测方法.52.2.2改善空气品质方法.62.3室内空气品质测试指标的选定.6第三章室内空气品质监测仪的硬件设计.83.1室内空气品质监测仪系统简介.83.L 1系统硬件结构及原理.83.1.2 AT89S52单片机简介.93
15、.1.3 AT89s52单片机与其扩展.103.2 彳专 103.2.1气体传感器.103.2.2温湿传感器.143.3前置放大滤波电路的设计.173.4模数转换电路的设计.203.5声光报警电路的设计.213.6液晶显示电路设计.213.7复位电路设计.223.8电源电路设计.233.9本章小结.23I第四章 室内空气品质监测仪的软件设计.244.1系统软件设计思路.244.1.1编程语言的选择.244.1.2软件功能需求.244.2软件模块设计.264.2.1主程序模块.264.2.2 AD转换模块.264.2.3液晶显示模块.274.2.4声光报警模块.28 3 11 l 2 吉 2 8
16、.第 五.295.1 PROTEUS软件仿真调试.295.1.1 显示电路调试.295.1.2键盘电路以及气体测量电路调试.295.L 3温湿度测量电路调试.305.1.4声光报警电路调试.325.2 实物调试.335.3 力、.36第六章结论与展望.376 1 1*.Z吉 1 匕 376.2)37南大 38W寸.39附录一 原理电路图.39附录二 PCB板.40附录三 程序清单.41附录四外文翻译.50致谢.65天津工业大学2011年本科生毕业设计(论文)绪论1.1 课题的目的及意义1.1.1 室内空气品质(IAQ)的重要性随着科学技术、生产条件、生活水平的改善和提高,建筑结构的封闭化室内
17、办公人员的增加,Indoor Air Quality(IAQ)室内空气品质的研究吸引了越来越 多人的关注。美国科学家在80年代末的一项调查中发现,室内有害污染物浓度比 室外高,有的甚至高达100倍。我国有关部门在1994年的一次调查中也发现,城 市室内空气的污染程度比室外严重,有的超过室外56倍。据估计,人的一生平均 90%的时间在室内度过,室内作为现代人类最主要的活动场所之一,其环境品质与 人类健康息息相关。由此造成的病态建筑综合症(SBS-Sick Building Syndrome):现代都市病,包括头痛、恶心疲乏、失眠、记忆力衰退皮肤、粘膜有刺激感(眼 红、流泪、咽干)呼吸紊乱等也越来
18、越突出。IAQ在健康方面的影响:美国环保署(EPA)调查表明:在美国,IAQ问题是有关 全民健康的首要问题之一,受其影响的美国人口多达3000万,造成的经济损失超 过了 400亿美元/年,这些数字令人触目惊心1;加拿大卫生组织调查表明:68%的疾病与室内环境污染有关,其中80%90%的癌症与居住环境和生活习惯有关;英国科学家汉密尔顿测验了 220名英国人血液中60种化学元素的平均含量,发现 其与地壳中这些元素的含量分布相当;湖南省相关部门对空气污染区及清洁区9-10 岁儿童为调查对象,研究空气污染对儿童免疫力的影响,结果显示:污染区儿童的 免疫能力仅为清洁区儿童免疫能力的1/3;据统计,我国每
19、年有11万人因IAQ不好 而导致死亡;从我国“室内环境监测中心”对IAQ监测力度越来越大的趋势也可 以看出,此问题在我国也是越来越严重。IAQ在工作效率及社会经济方面的影响:美国“职业安全及健康管理局”估 计因室内环境质量恶劣而导致每个员工每天损失14-15分钟的工作时间,不仅损失 了生产力,使成本上升,而且也导致医疔费用的增多影响整个社会的经济利益;美 国的另一项调查得知由于IAQ恶劣而导致总经济成本的损失每年高达47-54亿美 元(没有包括对建筑材料及各种器材的损失);香港环保署的首份IAQ调查表明香港 办公室和公共场所的IAQ不佳,造成医疗费、生产力和机电费的损失每年高达176 亿元。鉴
20、于此,人们认识到解决IAQ问题的重要性与迫切性,同时IAQ问题已经成 为建筑环境、医药卫生、智能监测、自动控制等研究领域所关心的问题。天津工业大学2011年本科生毕业设计(论文)1.1.2 课题研究目的及意义目前由于建筑材料品质不一、劣质燃料、抽烟、通风不良等原因,室内的空 气状况往往不如室外,尽管大量的空调系统被应用到室内空间,但往往为了节能,减少自然通风了而利用回风,使IAQ进一步恶化,同时出现的舒适性空调仅着眼 于热舒适,忽视了空气净化,晰 导致了一些负面作用:SBS(Sick Building Syndrom)建筑物综合症、BRI(Building Related Uliness)建筑
21、物关 联症和 MCS(Multiple Chemical Sensitivity)化学物资过敏症等4。随着人们对IAQ认识程度的加深,以及健康保健知识的发展,人们不仅希望 知道是什么污染物在作怪,更希望知道污染的浓度水平如何?这种浓度会对健康造 成什么短期和长期危害?对存在的污染应该如何控制治理?在这种情况下,设计开发一套空气质量监测仪表是有现实意义的。目前,对 于室内环境监测具仪表已经有很多种,虽然此类仪表成本不是很高,监测速度较 快,但是绝大数产品只是用来监测,不具备自动控制调节室内空气质量的能力。实际上,单纯的监测不能提供经济可行的空气质量调节措施,因此只有以控制作 为监测的后备支持,监
22、测工作才可以更深入持久地开展下去,才能达到监测和控 制的有机结合,尽快为人们创造良好的室内环境。因此,本文基于量化监测,提 出“室内便携式智能空气品质监测仪”系统,此系统旨在实现室内空气温度、湿 度、有害气体的预警监测及自适应智能调节,利用MCU进行数据采集保证了前台 数据的及时、准确,有利于进行全方位的评价,为人类营造一个健康的室内生存 空间。1.2 国内外的研究状况气体传感器测定甲醛成为近年来甲醛检测研究的新热点。早在1983年,压电 类甲醛传感器就已问世。这种传感器可以不需要对样品进行任何处理就可以测定,但易受水分子的影响而使晶体震动频率发生漂移,故基本无实用性。为适应室内 空气甲醛现场
23、快速检测的要求,目前已开发出不少甲醛快速测定仪,这些仪器可 直接在现场测定甲醛浓度,操作方便,适用于室内和公共场所空气中甲醛浓度的 现场测定,也适用于环境测试舱法测定木质板材中的甲醛释放量。但这些仪器的 工作原理、响应性能、适应范围等都不同。在测试甲醛、苯等害气体方面,国外比较出名的有:美国ESC公司生产的Z 300甲醛检测仪、英国PPM公司生产的PPM-400甲醛检测仪;国内的有:江苏安普电 子工程有限公司生产的400型甲醛分析仪、北京宾达绿创科技有限公司生产的甲 醛测定仪抑一 308等5。2天津工业大学2011年本科生毕业设计(论文)这些仪器可实现对有害气体的检测功能,适用于专业检测机构或
24、实验研究机 构。准确测定甲醛、苯、氨等有害气体的设备昂贵(如英国PPM公司生产的PPM400 甲醛仪约两万多元),测定时间较长,每隔一段时间就需进行重新标定,需要专业 人员进行操作,很难连续测定6;目前国内外产品的设计差异主要集中在监测传 感器和控制单片机芯片的选用,操作方面国外的产品操作界面方便,功能加完备。1.3 本文的主要研究内容及总体方案设计1.3.1 本文的主要研究内容本课题主要集中在IAQ的监测、显示、报警三个方面。本文内容安排如下:第一章:室内空气品质监测课题的提出及意义,介绍国内外的研究状况及确定 总体方案。第二章:监测系统的具体方案的选择(1)确定监测对象:选择有代表性的监测
25、对 象是进行下一步研究的关键;(2)布置采样点:根据选用的传感器的特点,及待测指标 的精度要求布置传感器;(3)数据的显示及报警控制系统。第三章与第四章:室内空气品质监测仪的各个硬件模块的设计,介绍在室内空 气品质实验装置基础上设计的具有实际应用价值的室内空气品质监控系统的硬件 与软件组成。第五章:整个系统的仿真调试。第六章:总结本文研究工作以及在研究方面存在的不足,提出了进一步研究的 展望。1.3.2 总体方案设计本设计集甲醛,苯,氨气以及温湿度监测,显示与报警于一体,利用MCU进 行数据采集保证了前台数据的及时、准确,有利于进行全方位的评价。仪器采用 锂电池供电,具有良好的便携性和通用性,
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