论文总字数：27514字

摘 要

随着社会的进步与科技的飞速发展，家庭住所作为人们日常生活最核心的区域越来越受到人们的关注。人们愈发渴望安全舒适的生活环境，为此，人们更需要空气质量检测设备。本文设计了一种室内环境监测系统，能够监测并显示出温度，湿度和PM2.5等实时数据。系统以STC89C52单片机作为控制核心，温湿度传感器采集温度及湿度，PM2.5传感器采集空气中PM2.5含量，LCD液晶显示器显示采集结果，LED及蜂鸣器完成超限报警。系统在Proteus环境下进行了仿真，制作并调试完成系统样机。

关键词：单片机，空气质量，传感器

Absrtact: With the rapid development of the society, science and technology, the home address is the core of people"s daily life. There is a growing desire for a safe and comfortable living environment, therefore, people need air quality testing equipment. In this paper, an indoor environment monitoring system is designed to monitor and display real-time data such as temperature, humidity and PM2.5. The system takes the STC89C52 single chip as the control core, the temperature and humidity sensor collects the temperature and humidity, the PM2.5 sensor collects the PM2.5 content in the air, the LCD liquid crystal display displays the acquisition result, the LED and the buzzer are finished Out-of-limit alarm. The system is simulated in Proteus environment, and the prototype of the system is made and debugged.

Keywords: single chip microcomputer, air quality, sensor

目 录

第1章 绪论 6

1.1 设计背景和意义 6

1.2 家居环境监测系统现状 6

1.3 设计目的和内容 7

第2章 系统总体方案设计 8

2.1 设计要求 8

2.2 方案选择 8

2.3 整体方案设计 8

第3章 系统硬件设计 10

3.1 最小系统模块 10

3.1.1 STC89C52简介 10

3.1.2 最小系统电路 10

3.2 DHT11传感器电路 11

3.2.1 DHT11简介 11

3.2.2 接口说明 11

3.2.3 DHT11模块电路图 12

3.3 PM2.5传感器模块 12

3.3.1 简介 12

3.3.2 原理说明 12

3.3.4 传感器模块电路 13

3.4 液晶显示电路 13

3.4.1 1602液晶简介 13

3.4.2 液晶引脚说明 13

3.4.3 液晶显示模块电路 14

3.5 蜂鸣器模块 14

3.6 按键输入模块 15

3.7 LED显示电路 15

第4章 软件设计 16

4.1 程序语言及开发环境 16

4.2 程序流程图设计 16

4.2.1 总体程序流程图设计 16

4.2.2 1602液晶程序设计 18

4.2.3 温湿度DHT11传感器程序设计 18

第5章 硬件组装与调试 20

5.1 元器件的选择与测量 20

5.2 Proteus仿真 20

5.3 元件的焊接与组装 22

5.4 电路的调试 22

5.4.1 调试方法 22

5.4.2 调试步骤 22

结论 25

参考文献 26

致谢 27

附 录 28

附录一 元件清单 28

附录二 原理图 29

附录三 PCB图 30

附录四 单片机运行程序 31

第1章 绪论

1.1 设计背景和意义

随着社会的发展和人类生活水平的提高，家居环境的质量逐渐成为我们关注的重点。而在我们家居生活中温度、湿度以及可吸入颗粒物PM2.5含量等因素因与我们健康密切相关而被最为关注。据相关资料显示，人体的健康会极大的被温度湿度环境所影响。在湿度较大的环境下，特别是大于 65％RH时，松果激素大量产生，促使人体肾上腺素，甲状腺素含量减少，造成人体兴奋度降低，疲惫，没有活力。高湿度环境会损害人体免疫力，容易产生各种疾病，对人体健康产生危害。PM2.5又称作细颗粒物，指的是环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。由于本身质量微小，可悬浮在空气中，大量的PM2.5颗粒物存在空气中会对环境造成极大的污染，是检测环境质量的重要指标。随着我国环境质量的不断变差以及PM2.5的含量不断加大，对人类健康的危害愈发严重。可见，对家居环境监控设备的研究具有重要的意义。

1.2 家居环境监测系统现状

人类对于温湿度的测量由来已久，经过科学家们的不懈努力，将感热材料换成了水银，使温度变化更加敏感，促成了温度计的诞生。水银温度计因为结构简单，制作方便，计量稳定而被我们广泛使用，但缺点是材料易碎，不能实现远距离测量，不具备智能化等功能。

对于PM2.5, 1997年美国环保局制定颁布了比PM10更小的颗粒物，即PM2.5作为空气质量标准，并规定年均和日均浓度限值分别为21ug/m3、65ug/m3，而PM10年均和日均浓度限值不变。^[1]2006年美国环保局进一步缩小PM2.5的日均浓度限值，也就是现在的标准限值，即年均和日均浓度限值分别为15ug/m3、35ug/m3并且废除了PM10的年均浓度限值，可见，美国对颗粒物的限值标准越发严格。^[1]年月世界卫生组织在《全球大气质量指南》中力推的年均和日均浓度限值分别为10ug/m3、25ug/m3、根据全球各国的社会经济发展水平和环境空气污染特征的差异，将环境空气质量分为三个阶段目标和一个指导值。^[1]阶段等级越高，对环境空气质量的要求越严格。^[1]近年来，越来越多的发达国家和地区已根据各自发展状态对其环境空气质量标准作了相关的修订。^[1]

进入20世纪，随着电子技术的发展与应用，空气环境检测技术有了发展，相关电子产品也得到了极其广泛的应用。比如说电子化的温度计、湿度计、PM2.5检测净化设备等。这方面研究中国外也较早取得了比较显著的成果，在上世纪80年代模拟式组合仪表已应用在温湿度检测里。进入新世纪后国外的温湿度控制已向自动化、智能化、无人化靠拢，并将成果转化为产品大量投入市场。我国在此方面发展较晚，受限于技术与材料方面，仅在温度、湿度单一方面取得了一定的成果，在集成性方面还有待发展。所以在家居领域，这项研究依然有极大地研究价值，特别是伴随着单片机技术的不断发展。电子化的空气检测仪器与智能化家居完美契合。本文尝试将两者的结合，设计出室内环境监测系统。

1.3 设计目的和内容

本文设计的室内环境监测系统面向于现代家居环境，能够检测并显示出温度、湿度和PM2.5浓度各项的实时数据。集实用性，高效性，经济性于一身。通过比较市场现有的产品以及环境质量现有的研究成果，最终设计出了以单片机为控制核心，两个传感器检测三项数据，并加入了液晶显示及声光报警模块，为今后智能家居的发展提供新的思路。

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