空气质量检测(甲醛甲烷)-设计说明书
编号：
CP-51-2021-063-LW
设计摘要：
本设计中基于单片机的空气指标监测系统是以空气指标为研究对象，以STC89C52单片机为控制关键。使用各种传感器实时采集空气中的空气指数状态，然后将ADC0832的位移系数转换为IC，将采集的模拟信号转换为数字信号，然后将其发送到MCU进行精确计算。LCD1602显示屏显示当前空气指数CH4和甲醛含量，并指示预设的警报阈值。功能键可以设置系统软件警报阀。当自然环境的浓度值超过设定值时，蜂鸣器警报模块可以启动警报。该系统的软件电源电路可靠性高，抗干扰性强，响应速度快，功能损耗低，实际操作元素简单，智能系统技术精湛。
关键词：单片机；模数转换；空气质量；阈值报警
字数：11000+
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目 录
摘 要
ABSTRACT
1 引言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本章小结
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 微控制芯片的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 数模转换方案的选择
2.6 本章小结
3 系统设计与分析
3.1 整体设计分析
3.2 控制电路分析
3.2.1 单片机的最小系统
3.2.2 甲烷传感器
3.2.3 液晶屏显示模块
3.2.4 SGP30传感器模块
3.2.5 电机驱动模块
3.2.6 按键模块
3.3 本章小结
4 系统程序设计
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
4.6 本章小结
5 仿真调试及实物测试
5.1仿真调试
5.1.1 仿真总体设计
5.1.2 气体浓度检测仿真测试
5.1.3 设置气体浓度最大值仿真测试
5.2 实物制作与调试过程
5.2.1 电路焊接总图
5.2.2 各元器件接线总图
5.2.3 甲醛甲烷值检测实物测试
5.2.4 设置甲醛甲烷最大值实物测试
5.3 本章小结
结 论
参考文献
致 谢
附 录
附录2：部分程序
1 引言
1.1 选题背景及实际意义
当今的室内空气中可能具有多种污染物源，根据科学家的研究，室内污染物的危害远比室外污染物的危害大得多。因此，室内空气质量被认为人体健康和舒适的必要因素。室内空气质量的提高至关重要，人们通常将90%以上的时间花在室内环境中，因此室内空气质量对人体健康具有决定性的影响。在许多情况下，室内空气质量与人们定义的健康空气质量指数存在很大的差异[1]。室内空气质量影响着世界上最脆弱的最贫困人群，如果不及时处理这些污染物，会让人们感染一些传染性疾病，从而造成严重的世界健康问题。
1983年，世界卫生组织将术语“病态建筑综合症”用于由于室内环境较差而引起居住者健康的临床特征。许多科学家已经陈述了室内环境质量的好坏会对人们的身体健康造成印象，会使人产生各种的症状[2]。例如，造成皮肤干燥或者瘙痒；呼吸道感染，造成干咳或者哮喘，眼部瘙痒症。此外，军团病、外源性过敏性肺泡炎、哮喘和特应性皮炎也可能与室内坏境质量有关。例如，关于特应性皮炎，它是一种慢性炎性皮肤病，是婴儿中最常见的过敏综合症之一。目前它的感染率率正在上升，很多迹象表明该疾病是由于空气质量污染引起的。因此居住者可以使用实时监控环境参数，并采取相应的处理措施，以改善室内空气质量。
由于传感器和单片机方面的技术不断进步，使得监测室内环境质量成为了可能，这些传感器和单片机技术可能会彻底改变我们监视环境的方式[3]。本文选取的两种室内最常见的有害性气体进行检测，即甲醛和甲烷，采用了STC89C52单片机和检测电路实现对甲醛和甲烷的检测，当浓度较高时，自动报警并采取一些相应的措施实现对室内空气的净化，其目的是为了改善室内空气质量给居住者提供健康的生活环境。
1.2 国内外研究现状
尽管这些年来发达国家和发展中国家的居住环境不同，但是室内空气质量一直是发病率和死亡率上升的潜在原因。为了控制室内环境污染对居住者的有害影响，利用最新技术的发展至关重要。近年来，随着电力电子工业、半导体工业、计算机工业的迅速发展，各种控制器芯片的设备技术水平越来越高，运算速度越来越快更快[4]。各种各样符合大众要求的控制芯片和半导体器件也变得越来越集成化、模块化。在这样的技术支持下，室内空气质量检测装置的检测精度和技术水平也越来越高，功能也越来越完善，室内空气质量检测装置向着高效率、高精度、低功耗的方向发展。由于各类设备层出不穷，在市场经济条件下，设备的质量和功能逐步提高。
最近几年，传感器的发展，使得通过传感器可以实现对很多数据可以进行采样、然后经过分析、而且可以实现在现场实时检测等过程中发生了许多变化。由于数字芯片的快速发展，许多企业如高通公司和三星公司已经能够在14nm的宽度范围内生产半导体芯片。这项技术使传感器技术有了飞跃。更精确和紧凑的传感器已经进入市场，气体检测设备也变得越来越小，使室内空气质量检测装置更加方便携带。其中带有数模芯片的电化学传感器的优势更加明显，目前，很多国家都是开始使用电化学传感器为基础的甲醛分析仪来检测室内气体质量[5]。
M Panaitescu,Panaitescu M,Dumitrescu M V,Panaitescu F V提出一种室内空气质量监测通用装置。该装置配备多种传感器。气体传感器：用于空气质量突围的数字气体传感器；组合温度和气压传感器：适用于气体泄漏检测空气质量监测的传感器装置。其装置获得的结果有；各监测单元的个体值、数据的局部和在线可视化、超值报警、在线访问数据进行分析和处理[19]。N.Salman,Andrew H.Kemp,A. Khan,C.J. Noakes介绍了一些无线连接的传感器单元的开发和实施，以实时可视化和记录测量数据监测室内空气质量参数。这是通过利用测量二氧化碳(CO 2)、温度和湿度的红外传感器技术、低功率无线网络和用于空间预测的地理统计方法来实现的[20]。Thang Viet Tran,Nam Trung Dang,Wan-Young Chung提出一种新型无电池传感器模块，该传感器可以用来检测空气中的一些有机化合物的浓度，还可以测量环境的温湿度等[21]。
目前国内已有许多企业生产了室内气体检测设备，但在设备质量上与国外产品仍有一定差距。随着人们对健康需求的不断提高，国内研究人员对室内空气质量的监测进行了大量的相关研究，如以STC12为气味检测仪的控制核心，同时监测室内各种有害气体，填补了国内各种气体检测的空白，该检测系统的优点是：系统灵敏度高，对有害气体浓度的测量更为准确，但是改设计没有增加相应的处理措施，这在一定程度上说明了该装置应用的局限性。世界各地的研究人员设计并开发了室内空气质量监测系统，以提供对室内空气质量水平的实时更新。
1.3 本章小结
本章主要介绍了基于单片机的室内空气质量检测系统的设计，主要介绍了有关室内空气质量检测系统的选题背景及其实际意义，包括其目前在国内外的发展现状，得出虽然目前科技较为发展，但是对于室内环境的检测力度较小，而且目前对室内环境的检测较为粗糙，所以本设计提出一个通过采用单片机可以准备检测室内环境的设计。
