基于单片机的家庭空气质量检测设计_开题报告

（一）课题研究背景及内容

随着科技的发展，人们逐渐迈入一个数字化、智能化和网络化的社会，在人们的生活水平日益增高的同时，对居住环境提出了更高的要求。空气质量成为保障人们生活品质的重要影响因素，空气质量是否舒适、健康、安全成为人们当下关心的热点问题。 

舒适：空气中的温度、湿度和人类的生活有着密切的关系，温湿度的变化直接影响着人体的舒适度和情绪。

健康：空气中存在的粉尘，又称可吸入颗粒物，是指能进入呼吸道的，直径为10微米的颗粒物。其作为细菌的载体，极易传播疾病，对人的眼睛、鼻腔、上呼吸道都有害，还会导致心肺病、心血管疾病。

安全：燃气是每家每户普遍使用的清洁高效的能源，但因燃气泄漏所造成的爆炸、中毒等意外事故时有发生，严重威胁了人民群众的生命和财产安全。

目前常见的空气质量检测装置功能相对单一，因此本次设计旨在研究出一款集温湿度、粉尘检测、燃气泄漏报警于一体的综合、智能、高性价比的家用空气质量检测系统，以保证智能家居背景下的空气质量。本设计预期实现以下功能：实时测量室内温湿度，并于液晶屏幕上显示；监测空气中的粉尘量，提醒用户采取相应措施；监控燃气泄漏，采用蜂鸣器报警。

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（二）国内外研究现状

传感器是现代信息技术的三大基础之一，它是一种物理装置，能够探测外界的信号、物理条件（如光、热、湿度等）并将弹指的信息传给其他装置。随着物联网技术的发展，传感器向着高准确度、高可靠性、高稳定性，并具备一定的数据处理能力的方向发展。

1.温湿度传感器研究现状

2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT10型智能化温湿度传感器，不仅体积小，温度的分辨力达到0.01℃，湿度的最高精度达到0.03%RH。新一代的传感器采用数字化技术，以数字化形式直接输出测量值，具有测量误差小、分辨率高、抗干扰能力强、测量数据能远程传播、带串行总线等优点。

数字化温湿度检测的方法为，当环境中的温湿度发生变化时，温度传感器和温度传感器的电阻随之变化，将变化的电阻通过转换电路和转换信号转换为相对应的电压，然后把模拟电压信号通过A/D转换器转换为数字信号并送入到单片机中，对采集到的信号单片机进行滤波处理并通过查表得到实际测量的温湿度值，然后通过单片机的外部接口电路显示该温湿度值。

目前，国外知名芯片制造商有AD、MAXIM、Sensiron等，比较典型的芯片有MAX6625/6626温度传感器，SHT1X/SHT7X温湿度传感器。国内一些公司也已经开始了温湿度传感器方面的研究，并取得了一些成果，如九纯健公司的JCJ200Y产品耐温高达600℃。温湿度测控系统在纺织工业、冶金、化工、建材、食品、温室种植等诸多领域都有广泛的应用。

温湿度传感器测量系统正在向着集成化、多功能化和智能化的方向发展。

2.粉尘传感器研究现状

在当前粉尘颗粒检测领域中，主要采用两种粉尘传感器：红外粉尘传感器和激光粉尘传感器。

红外粉尘传感器在业内已成熟应用多年，结构和电路比较简单。其光源为红外LED光源，气流进出风口主要靠电阻发热以获得热气流流动，有颗粒通过即输出高电平。其测量精度不足，主要用于工矿扬尘，检测对象为大粒径、高浓度粉尘，检测级别是mg/m3，无法准确测量PM2.5的浓度。

激光传感器的结构和电路相对复杂。其光源为激光二极管。采样空气通过风扇或鼓风机推动，通过复杂设计的风道，进行检测。当空气中的细颗粒物进入激光束所在区域时，将使激光发生散射；散射光在空间360°都有辐射，在适当位置放置光电探测器，使之只接收散射光，然后经过光电探测器的光电效应产生电流信号，经电路放大及处理后，即可得到细颗粒物浓度值。激光原理传感器主要应用在PM2.5检测领域，可嵌入到家用空气检测仪中。

3.气体传感器研究现状

60年代，日本九洲大学清山哲郎教授在进行氧化物催化剂研究时发现，氧化物半导体的电导率随环境中还原性气体的浓度而变化，反过来利用这一现象，便可通过测定氧化物半导体的电导率检测环境中的还原性气体的浓度，这就是人类最初的气体传感器。

气体传感原理被发现后不久，在1963年，由日本新宇宙电机株式会社开发出了第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年改良产品问世，命名为“电子燃气报警器”，这时的报警器已经可以检测燃气、一氧化碳等气体，已经可以用于家庭使用了。

近年来新的气敏材料和新型传感器层出不穷，如表面声波气体传感器、光学式气体传感器、石英谐振式气体传感器等新型传感器的开发，是气体传感器未来发展的重要方向和后劲。

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（三）系统的工作原理

系统拟采用6个部分构成，分别是主控电路、温湿度检测电路、粉尘检测电路、燃气检测电路、电源电路、显示报警电路。

1.硬件的选择

DHT11为温湿度传感器，其主要作用是测量温度和湿度；DSM501为粉尘传感器，用于检测空气中的可吸入颗粒物；MQ-5为气体传感器，其主要作用是测量空气中的液化气、天然气和城市煤气；LDC1602为液晶显示模块，主要作用是实时显示当前的温度，湿度，和粉尘；蜂鸣器为报警模块；单片机AT89C51为核心的控制器件。

2.软件的设计

软件设计拟包括以下程序：数据采集子程序、燃气泄漏判断子程序、报警子程序、液晶显示子程序。系统通过调用各个子程序，实现相应的功能。

二、^范文提纲

1.引言

1.1.课题背景

1.2.预期目标

1.3方案设计

2. 系统硬件设计

2.1.电路原理图

2.2.电路原理图介绍

2.3.单片机AT89C51介绍

2.4.蜂鸣器介绍

2.5.液晶显示模块LDC1602介绍

2.6.温湿度传感器DHT11介绍

2.7.粉尘传感器DSM501介绍

2.8.气体传感器MQ-5介绍

3. 系统软件设计

3.1.软件实现的功能 

3.2.软件流程图

4.仿真与调试

5.总结

三、参考文献

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[2]陈双叶,徐文政,丁双春,等.智能家居室内空气质量检测、评价与监控系统设计[J].信息通信技术,2016(3):49-56.

[3]张为民．温湿度测控系统中的智能控制器研制[J].西北民族大学学报(自然科学版).2004(02):32-33.

[4]刘宝元,张玉虹,姜旭,段存丽.基于单片机的温湿度监控系统设计[J].国外电子测量技术,2009,(12):30-33,35.

[5]王静.通用库房温湿度测控系统[D].中国海洋大学,2009.

[6]翟春艳,岳修正,肖宏,夏涛.基于单片机的温湿度感测系统的实现[J].电子设计工程.2011(12).

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[10]刘兆锋.传感器的历史和发展趋势[J].现代职业教育,2016(4):103.

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