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1、. . . . 基于单片机空气质量检测仪设计摘 要随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，人们对环境问题与健康问题日益重视，室空气品质（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度过的。本文研究的室便携式智能空气品质监测仪是以室空气中有毒有害气体的监测监控为背景，是以STC工公司的一款8位超低功耗单片机STC90C51为控制核心，能够实现对室温度，湿度，VOC气体的实时采集处理、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，实现在参数超标时与时的报警。室智能空气品
2、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，能够实时知道室空气的质量。关 键 词：STC90C51，室空气品质，LCD显示，温湿度，VOC气体BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTER AIR QUALITY TESTER DESIGNABSTRACTWe paid more attention to the environment and health problems especially, indoor air quality (IAQ) conditions with the development of the national e
3、conomy and the improvement of peoples living standard. In that, about two-thirds of peoples life spent in the house. In this paper,Indoor Air Quality Portable Intelligent Monitor which will be studied in this paper, is on the background of toxic and harmful gases, and based on an STC 8-bit working u
4、ltra-low power MCU STC90C51 as control core. It can process, display, and alarmthereal-time acquisition indoor temperature, humidity, VOC gas and so on. The instrumentis powered by lithium batteries with a good portability and versatility. Whats more,it uses the LCD1602 dot matrix LCD screen to disp
5、lay 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.With the features of small size, low power consumption, operating easily, Indoor Air Quality Portable Intelligent Monitoris
6、suitable for family and community health care for its real-time acquisition of indoor air quality.KEY WORDS：STC90C51, IAQ, LCD display, Temperature and humidity, VOC gas目 录前言1第1章本课题的主要研究容、方法与总体设计31.1 课题设计的容31.2课题设计的方法3第2章空气质量检测仪的硬件设计52.1 空气质量检测仪系统简介52.1.1 系统硬件结构与原理52.2 STC90C51单片机简介52.2.1STC90C51主要性
7、能参数：62.2.2时钟电路模块72.2.3复位电路模块72.3传感器的选用82.3.1气体传感器82.3.2温湿度传感器102.4模数转换电路设计162.5声光报警电路设计182.6液晶显示电路设计182.6.1LCD1602的基本参数与引脚功能192.6.2LCD1602的指令说明与时序202.6.31602LCD的RAM地址映射与标准字库表232.6.4LCD1602的一般初始化过程242.7按键电路设计252.8电路电源设计252.9本章小结26第3章空气质量检测仪的软件设计273.1 系统软件设计思路273.1.1 编程语言的选择273.1.2 软件功能需求273.2软件模块设计28
8、3.2.1主程序模块283.2.2AD转换模块303.2.3液晶显示模块303.2.4声光报警模块303.2.5按键模块303.3本章小结31第4章仿真调试324.1系统硬件调试324.1.1 常见的硬件故障324.1.2硬件调试方法324.2 系统软件调试334.3本章小结34结论351主要结论352展望35参考文献37致38附录39附录一39附录二40 / 前 言一、课题研究的目的与意义空气质量的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。来自固定和流动污染源的人为污染物排放大小是影响空气质量的最主要因素之一。空气质量检测种类包括装修污染、办公室空气检测、作业场所有害物
9、质检测、食堂油烟检测、锅炉大气与工业窑炉检测与工厂排放工业废气检测。当今，人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后，又出现了“室空气污染”为主的第三次环境污染。美国专家检测发现，在室空气中存在500多种挥发性有机物，其中致癌物质就有20多种，致病病毒200多种。危害较大的主要有：氡、甲醛、苯、氨以与酯、三氯乙烯等。大量触目惊心的事实证实，室空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”，也成为全世界各国共同关注的问题。据统计，全球近一半的人处于室空气污染中，室环境污染已经引起35.7%的呼吸道疾病，22%的慢性肺病和15%的气管炎、支气管炎和肺癌。本课题主要研究设计基于量化检测的“空气质量检测
10、仪”系统，此系统旨在实现室空气温度、湿度、有害气体的预警监测，有利于进行全方位的评价室空气质量，为人类营造一个健康的室生存空间。空气质量检测仪体积小，功耗低，操作简单，适合应用于家庭和社区的医疗健康保健，能够实时知道室空气的质量。二、国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。为适应室空气甲醛现场快速检测的要求，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，适用于室和公共场所空气中甲醛浓度的现场
11、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一300甲醛检测仪、英国PPM公司生产的PPM-400甲醛检测仪;国的有:安普电子工程生产的400型甲醛分析仪、宾达绿创科技生产的甲醛测定仪抑一308等。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；目前国外产品的设计差异主要集中
12、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。第1章 本课题的主要研究容、方法与总体设计1.1 课题设计的容以单片机为核心，选择合适的传感器，实现对空气质量的检测。1.2课题设计的方法查阅相关资料，应用电脑软件进行仿真、调试，制作硬件设备，在实际环境中测试并进行修改、调试，直至达到课题要求。1.3总体方案设计本设计集VOC气体与温湿度监测，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与时、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，并且使用LCD点阵式液晶屏显示菜单，有良好的人机对话界面。1.3.1系统框图主控制器气
13、体传感器电源数字式温湿度传感器AD转换输入键盘声光报警显示模块图1-1 系统总框图1.3.2功能设定（1） 显示部分采用LCD1602显示屏，循环显示各项测量值的上下限与实际浓度、实际温度、湿度。并在按键选择情况下连续显示一个测量值的变化。（2） 当有害气体浓度超出安全围时进行声光报警。（3） 按键操作可进行测量值围的调整，与手动和自动测量的转换。第2章 空气质量检测仪的硬件设计2.1 空气质量检测仪系统简介基于STC90C51的室便携式智能空气质量监测仪是以室空气中有毒有害气体的监测监控为背景，能够实现对室温度，湿度，VOC气体的实时采集处理、显示、报警等功能。仪器采用锂电池供电，具有良好的
14、便携性和通用性，并且使用LCD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，实现在参数超标时与时的报警。室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，能够实时知道室空气的质量。2.1.1系统硬件结构与原理本文研究的室便携式智能空气品质监测仪是以STC工公司的一款8位超低功耗单片机STC90C51为控制核心。室空气中有害气体通过传感器输出一个与气体浓度相对应的电压信号,该信号经过A/D转换电路按一定得采样频率将模拟信号转换为数字信号送入单片机进行数据采集以便进行显示处理，温湿传感器直接与单片机相连。单片机对采样值进行数字处理后驱动液晶显示
15、器分别显示出被测室空气中的VOC气体浓度值与温湿度。若被测室空气中VOC气体的浓度有超过国家标准或设定的危险值或温湿度超出设定围时报警电路对应的发出声光报警信号。2.2 STC90C51单片机简介随着计算机技术的发展，单片机因具有集成度高、体积小、速度快、价格低等特点而在许多领域如过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以与网络技术等方面得到广泛应用，从而使这些领域的技术水平、自动化程度大大提高。根据上述几方面与本课题的实际情况，单片机型号的选择主要从以下两点考虑:一是要有较强的抗干扰能力。由于一般室电子电器产品比较多，这对单片机的干扰较大，所以应采用抗干扰性能较好的单片机机型。二是要有较高的性价比。由于高度的通用性和出色的稳定性，本系统采用宏晶公司产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机的STC90C5
