室内空气质量检测(甲醛,甲烷,PM2.5,温湿度)-设计说明书

编号:

CP-51-2021-062-LW

设计摘要:

随着科学技术的提高,人们生活质量的日益改善,人们对于空气质量的关注也越来越高。本文将以STC89C52单片机为主控器,利用SGP30传感器、MQ-4传感器、GP2Y10传感器、DHT11传感器实现对二氧化碳浓度、甲醛浓度、甲烷浓度、PM2.5浓度以及温湿度的实时监测。并用显示器1602将单片机监测到的数据呈现出来,使人们可以更加直观的了解到身边空气的质量如何。使用按键可以设定气体浓度和温湿度的阈值。根据检测到的数据超出了设定的范围,系统采取报警或通风和净化空气的处理。

关键词:空气质量;甲醛;STC89C52单片机

字数:12000+

实物链接:

室内空气质量检测(甲醛,甲烷,PM2.5,温湿度-实物设计

仿真链接:

室内空气质量检测(甲醛,甲烷,PM2.5,温湿度)-仿真设计

开题报告链接:

室内空气质量检测(甲醛,甲烷,PM2.5,温湿度)-开题报告

内容预览:

目  录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究的目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容与目标

2 系统整体设计

3 硬件设计

3.1 单片机最小系统

3.2 稳压电路和电源电路

3.3 LCD1602显示电路

3.4 继电器电路

3.5 甲烷监测电路

3.6 温湿度传感器电路

3.7 蜂鸣器电路

3.8 PM2.5检测电路

3.9 甲醛检测电路

3.10 按键电路

4 系统软件设计

4.1 编程软件介绍

4.2 主程序流程设计

4.3 按键函数流程设计

4.4 显示函数流程设计

4.5 处理函数流程设计

5 实物调试

总结和展望

参考文献

致谢

附录

1 绪论

1.1 研究的目的与意义

目前,人类社会有一部分问题是空气质量问题。现在,随着人们收入的增加,人们对于空气质量问题有了越来越多的关注。特别是城市人口对于空气质量的关注是最高的。大多数年轻人都向往在城市中生活,在城市里买房,但是买完房后装修确实是一个很大问题。装修材料会产生甲醛,甲醛在生活中是一种有毒的气体,这种气体对人来说很不好。甲醛是一种刺激性气味的无色气体,会引起身体的不适,甚至会致癌,导致悲剧的发生。这时候就需要一种可以实时监测甲醛浓度含量的设备。这就是为什么做这个论文的意义。

而且,本设计还可以实时监测二氧化碳浓度、甲烷浓度、PM2.5浓度以及温湿度。天然气中80%的成分都是甲烷。当室内发生天然气泄露时,这是一件很危险的事情。很有可能会引起人们的中毒,使人窒息,甚至会引起爆炸等危险。当人们长时间处于甲烷浓度高的地方,可引起头晕目眩、恶心和呕吐。所以,需要一种装置帮助人们实时检测甲烷含量,以引起人们的注意,远离危险的地方。随着城市的发展,城市车流量的增加,产生的PM2.5正以飞快的速度增加着。这些PM2.5很有可能会随着打开的门窗飘入室内,造成室内空气质量的严重下降。虽然这些细小颗粒物在大气中的含量微乎其微,但是会对人体产生巨大的伤害。肺炎、癌症、呼吸道感染、缺氧窒息等等炎症都是它们带来的危害。而且PM2.5中还富含各种有毒物质,随着呼吸道进入身体,造成更大的伤害。这一危险物质必须要设备来实时监测才行,本设计具备这一功能,可以实时监测PM2..5浓度,并实时报警。人们生活质量的提高,对室内温湿度的要求也会增加。这些因素都会成为影响人们居住水平罪魁祸首,因此我们需要一种用来测量他们的浓度水平的仪器,这是很有必要的。

本设计实现的功能能够对室内甲烷、甲醛、二氧化碳以及PM2.5浓度进行检测并实时报警,使用继电器操纵的具体设备来达到改善室内环境的要求。同时它还可以监测温湿度来进行室内温湿度的调节。

1.2 国内外研究现状

最近几年以来,集成电路向小型化和模块化的方向发展,直接使得市面上一些空气质量监测仪的功能越来越强。另外,随着传感器技术的快速发展,空气质量监测仪的灵敏度也朝着精度更高的方向发展着。因为集成电路的模块化和集成化,现在空气质量监测仪的监测气体种类也在大幅增加着。虽然空气质量检测仪的功能和性能越来越强,但是功耗却越来越低,这是因为单片机技术的快速发展和集成芯片的大量问世。从上世纪80年代开始,空气质量检测仪就已经开始渐渐发展了。从那时起到现在主要经历了两个阶段:第一阶段为实验室分析仪器阶段,第二阶段为便携式现场检测仪器阶段。最开始的实验室分析仪器阶段是在现场采样,然后把样本带到实验室中分析处理。显然,这一阶段费时费力,但分析出来的数据比较准确,适用于标定和仲裁。随着传感器和集成电路的快速发展,慢慢发展成为了便携式现场检测。第二阶段的便携式现场检测相比于第一阶段的实验室分析有了实时监测、快速分析、结果直接呈现等很多优点。正是因为现场检测的快速发展,导致现在很多空气质量检测仪器有很多功能,以便人们了解各种空气质量指标。现场的检测仪器按照信号转换原理可以分为三类:核辐射检测仪器、电化学传感器监测仪器和光学检测仪器三种。目前,电化学传感器的使用是最为普遍的。其次,就是光学检测器。

现在的空气质量监测仪器主要有美国Honeywell公司的Hi-Tech Products Midas-M(4 in 1)、SPM Flex纸带型气体探测器,可检测氢化物和无机酸等有毒有害气体。美国英思科M40四合一气体检测仪是目前电化学检测传感器应用比较好的一款应用。可以测量的参数主要是甲烷、氧气、一氧化碳、可燃性气体和硫化氢等气体。一氧化碳的分辨率可以达到1ppm,甲烷的分辨率更是可以达到0.01%VOL(MA)。量程也是非常的广泛。国内的做空气质量检测仪比较好的是Otywell公司,其中主要的产品有OT131泵吸式气体检测仪和OT137便携式多合一气体检测仪。OT131泵吸式气体检测仪有着超高的灵敏度,可以探测甲烷、天然气、煤气、氨气等多种有毒有害气体。并且体积小、操作简单等优点,深受大众的喜爱。目前国内研制的大大小小的气体传感器并不会逊色于美国。以上提高的国内Otwell公司在全年的销量总量上要超过美国等其他公司的。但是,针对于目前市面上的传感器功能不是很全、价格也很贵,不适用于普通家庭。所以,我做的这个设计是适用于普通家庭的,价格便宜、操作方便并且全程自动监测以及自动进行空气处理,更好的提醒人们远离危险地方。

目前这类仪器的主要的发展方向向着更加智能化、网络化、专用化、和微型化的方向发展。把5G应用于空气质量监测上可能会成为日后的焦点,使得空气质量检测仪器智能化、网络化,这有着深远意义。

1.3 主要研究内容与目标

本设计的主要研究内容:针对于现在空气质量问题,设计的一种集成多种气体参数测量、自动报警并采取通风等措施的设计。并且,人们对于空气温湿度的需求也在增加,所以本设计还有温湿度模块,当温度湿度过高或者过低后,采取报警和加热加湿等操作。此设计适用于家庭、办公楼等室内监测,具有成本低和操作简单等特点。

预期实现目标:①实时监测二氧化碳浓度、甲醛浓度、甲烷浓度、PM2.5浓度、温度和湿度;②当监测到的气体浓度数值大于设定的阈值后,进行报警及通风和净化空气的处理;③当监测到的温湿度大于或小于设定的阈值后,进行报警并自动进行加热、加湿、除湿、制冷处理。④可通过按键设定阈值。

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