一种基于单片机的蓝牙环境监测系统设计

论文总字数：16514字

目 录

1 引言 1

1.1 研究意义与研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文做的主要工作 2

2方案具体论证 2

2.1物理法 2

2.1.1测量温度 2

2.1.2 测量相对湿度 2

2.1.3测PM2.5浓度 3

2.2传感器法 3

2.3方案对比 3

3硬件电路设计 4

3.1 单片机控制系统 4

3.2 传感器模块 6

3.2.1 DHT11温湿度传感器 6

3.2.2粉尘传感器GP2Y1010AU 8

3.3 模数转换模块 9

3.4 LCD显示模块 10

3.5 蓝牙传输模块 11

4软件程序设计 14

4.1 软件设计思路 14

4.2主程序模块 15

4.3蓝牙模块上位机设计 15

4.3.1 Android系统 15

4.3.2 客户端总体设计 16

4.3.3 蓝牙通信配对 16

5结论和展望 18

5.1结论 18

5.2 展望 19

参考文献： 19

致谢 20

一种基于单片机的蓝牙环境监测系统设计

张迟犇

，China

Abstract：Haze weather increased year by year, leading to the local people are easy to get variety of pneumonia and other respiratory diseases, so that people's sense of happiness, quality of life plummeted, especially in various capital cities, the quality of air for people have more and more important significance. Haze concentration has been used as an important indicator in China as a disaster alert. The haze is composed of PM2.5, PM10, PM0.1 and heavy metal particles. Since the first industrial revolution, the global foggy weather gradually increased, began to spread from the UK began, less than a few decades, the British has become the famous "fog", this short haze away The lives of thousands of people, and until the discovery has been a serious experience after nearly a hundred years of recovery was able to solve. Therefore, the detection of PM2.5 is becoming more and more important. The system to 51 single-chip as the core, by the GP2Y1010AU0F fly dust sensor to detect atmospheric dust particle concentration, DHT11 sensor to detect atmospheric temperature and humidity real-time values, LCD1602 display will be measured data show. And then use the Bluetooth module to transfer data to the mobile phone to show real-time air quality, the design of the circuit streamlining, good performance, high degree of modularity, small error, measurement threshold range, can be used for daily life.

Key words：environmental monitoring, PM2.5 concentration, Bluetooth module, LCD display, temperature and humidity sensor

1 引言

1.1 研究意义与研究背景

21世纪科技的飞速发展，科技进步也带动了检测技术的发展，现代控制设备与以往不同，其性能和结构发生了巨大变化。 我们已经进入信息快速发展的时代，检测技术是当今社会的主流，广泛应用于各个领域。

由于空气质量恶化，霾天气现象增多，造成伤害现象增加。中国许多地区将霾天气变成雾天灾害天气预报。统称为“阴霾天气”。雾霾主要由PM2.5，PM10，PM0.1和重金属镍砷铬铅等颗粒组成。在空气动力学和环境气象学中，颗粒按直径分类，粒径小于100微米。称为 总悬浮物颗粒（Total Suspended Particle，TSP）;粒径小于10微米称为颗粒物10(Particulate Matter10，PM10)，即可吸入颗粒;粒径小于2.5微米称为PM2.5，可以进入肺颗粒，其直径只相当于人类头发的厚度1/20。虽然PM2.5是地球大气成分中非常小的一个组成部分，但粒径较小，富含有毒有害物质，与粗大气颗粒相比，在大气中的停留时间长。因此它对人类健康和大气环境质量的影响更大。

世界卫生组织（WHO）的资料显示，发达国家和发展中国家，大多数城市和农村人口都受到颗粒物的健康影响。高污染城市的死亡率在相对干净的城市中超过14％至19％。据统计，在欧洲，PM2.5每年导致30多万人死亡，欧洲国家人均预期寿命减少八个多月。人的身体缺陷从根本上决定了人对PM2.5的抵御能力几乎为零。有关专家认为，就像这种微小颗粒对人体的危害可能超过龙卷风。而大一点的在10微米以上的固体将会被鼻毛阻挡在外界；处于中间的即2.5微米到10微米间的固体会被人体吸入，但是能利用痰，鼻涕等废物排泄出体外；而一旦低于2.5微米这根红线，它相当于人头发半径的1/20，极其细小的尺寸使其会从气管直接进入人体，进入肺泡，刺激肺部功能减弱，引起喉部不适，喉部发炎等各种呼吸疾病，从而可致使心脏压力过大，血管堵塞等更严重的疾病。像老人或者小孩等抵抗力较弱的更是易受伤害。所以，PM2.5的监测和防护将越来越受到人们的关注和重视，对周围空气状况进行实时观测是非常具有现实意义的，可以及时向用户反映当前空气状况，从而使其做出相应的防护措施。

1.2 国内外研究现状

国内外公认的用来表示空气质量的标准是在1982版的《大气环境质量标准》。在之后的1996年由重新修订为《环境空气质量标准》，目前，因为世界各界对环境监测的研究深入，这个标准也将进行下一步的修订，我国环保局也在网络上开展民主意见征集活动，这次修正案最引人关注的焦点就是把PM2.5浓度作为一项强制检测标准。因为随着空气的逐渐恶化，人们受其危害不断加深，人们不得不对此置之不理了。

美国在1997年颁布的有关PM2.5的标准是：每天的平均值不得超过65ug。而在2006年把标准提高至35ug，这个标准又在之后的几年降低到25ug：许多工业大国比如德国、日本、美国、法国等国家都已经把PM2.5当作污染物进行管制排放。

国内在近几年也展开了对环境检测包括PM2.5在内的研究。2011年国家发布的《环境空气PM10和PM2.5的测定方法》开始实行，第一次规范了PM2.5的具体相关事项。2012年对全国各个重点省会进行细颗粒物的检测。目前，我国具备对PM2.5检测的技术水平和条件，2015年已经全国覆盖检测PM2.5浓度。在对广州、武汉、重庆、西安以及北京等省市进行检测，PM2.5浓度均值在50~150微克每立方米，为美国最低标准值的4~11倍。另外，这次调差还发现PM2.5浓度值还与地理位置和气候条件有关，我国内陆城市就远比沿海城市的观测值高的多。所以，各个城市对PM2.5浓度的检测时间、检测方法都不统一，没有控制变量，所以检测出来的值的可比性也会有一定程度上的下降。

现研究表明，PM2.5浓度不仅取决于碳排放和化学变化，其中还有气象、地理、季节、温度条件等多重因素的影响，故这使PM2.5的精确测量带来了去多难度，还需要研究人员不断的深入研究。

1.3 本文做的主要工作

第一节作为引言介绍了设计此系统的初衷和设计背景，从实际出发，以解决实际问题作为导向。第二节进行了方案论证，比较方案从而确定方案。第三节，对主要控制器件的连接和交互做出必要的说明以及设计电路的思路。第四节，主要介绍了软件设计思路和工作流程。第五节为总结和展望。第六节为致谢。

2方案具体论证

主要将物理法和传感器法进行介绍和对比，选出适合本设计的最优方案。

2.1物理法

2.1.1测量温度

在气象环境观测时一般测量温度时需记录两种温度值，分别是最低温度值和最高温度值，二者用不同的温度表测量。

最高温度表的球内装有一根玻璃杆，杆的顶端伸入细玻璃管下端，形成一个狭缝。待温度升高时球部的水银体积膨胀，挤过狭缝，上升到玻璃管内；待温度下降时，细玻璃管内的水银被狭缝阻塞住，不能回到球部。由于不能自由下降，所以可以显示一天最高温度。

最低温度表球内液体为酒精（酒精的冰点比水银的低，可以冷到零下80多摄氏度），细玻璃管的酒精柱上放有游标，游标只能上升不能下降。每隔一段时间需要人工进行数据采集统计。

2.1.2 测量相对湿度

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