室内空气质量检测系统设计.docx

摘要本文主要研究主要对象和范围：设计室内空气质量智能检测系统，为了更好地检测室内空气污染，必须设计一个高稳定性、高功能、高精度、友好界面和适度价格的空气质量的智能系统。它不仅可以用来确定家庭环境中的空气质量，还可以用来确定购物中心、办公室、工厂和停车场。它有很好的应用和价值的前景。对系统进行整体方案设计，完成系统硬件模块设计以及软件设计：主要手段和方法：首先提出系统整体设计框架和模块设计，对硬件进行选型和电路连接，最后设计系统软件设计：研究结果：设计完成室内空气质量检测系统。结论：本次设计完成的室内空气质珏检测系统，能够有效检测室内温度、气体浓度等，能够实现基本应用功能，后续还可以进一步优化和完善。关键词：室内空气质量检测；硬件设计：传感耦第1章绪论1J研究背景及意义近年来，中国经济的可持续发展和工业化在公共生活的各个方面都取得了重大进展。然而，由于对环境保护作为一个更大问题的重要性的误解，环境保护正变得越来越明显。空气污染是许多环境问题的核心。工业和汽车的持续排放增加了白天的频率，烟雾和严重污染。近年来，环境空气质量已成为一个重要问题。根据国家环保署的数据，中国五分之一的城市有空气污染问题，尽管吸入空气污染近年来有所下降，但浓度指数仍高于标准值。与此同时，随着气体检测技术和检测设备的发展，空气中的粒子浓度指数总是高于标准值。一些有害气体，如甲醛和一氧化碳，逐渐出现在人们的眼前。空气质量不同于其他环境问题。由于大多数气体没有颜色或气味，很难直接确定空气质量。如果气体含量超过正常值，会在短时间内对人体造成严重伤害。因此，越来越多的人开始关注室内空气质量。用固定点和固定时间跟踪巡逻是一种传统的空气探测方法。最重要的是，特别工作人员在特定的测试地点收集不同时间范围内的气体样本，然后在特定的实验地点抽取样本来检测化学物质，以获得不同的气体环境信息“空气质Si信息，收到此方法非常准确，但他不能给出具体的结果直接，所以不能提供实时监测。与此同时，考虑到劳动力成本.取样点的数辰也非常仃限。实时在线监测方法使用互联网对象的综合技术，通过便携式和简单的监测工具确定空气质量参数.事实上，在收集结束时，它使用不同的气体传感器来测盘环境中气体的实时浓度和网络环境信息的交换。它可以很容易地限制时间和地点，这大大节省了劳动力成本，因此非常方便和实用。通过比较这两种方法，发现人们的担忧和迫切需要了解监测气体环境中的空气质量的设备将非常有用。(1)理论意义本文主要研究设计室内空气质晶智能检测系统，为了更好地检测室内空气污染，仃必要设计一个稳定性高、功能强、精度高、界面友好、价格适中的智能室内空气质量检测系统。它不仅可用于家庭室内空气质量检测，还可用于商场、办公室、工厂和停车场。这具有非常好的应用前景和价值。对系统进行整体方案设计，完成系统硬件模块设计以及软件设计。(2)实践意义化学产品容易林放挥发的有毒气体，通常是挥发性有机化合物，气体从室内空气污染物中占最大比例。然而，其中大多数用于探测气体混合气体检测并不能符合要求.有效监测室内气体浓度和空气质量,能够有效识别有害气体，为室内健康生活提供保障。1.2国内外研究现状在海外，室内空气质量保证技术正在迅速发展，主要是在美国和日本。第一个通用产品质量探测器意味着室内空气质量测定技术已经从理论研究转向实际应用。气体质量探测器可以检测环境温度、湿度、二氧化碳和其他变量，并成为决定室内空气质量的智能工具。但是精确测量甲素、紫、挥发性有机化合物和火他有害气体的设备非常品贵(例如，英国公司需要2万多种工具来测量PPmr1.O0,这需要时间)。2009年，锡耶纳和其他提供智能传感器网络设计2010年环境涨潮时地铁是相对较高的。设计智能传感器网络是为了解决室内空气质罡问题2012年，飞利浦还成立了一个团队，评估室内空气质量，开发室内可负担得起的空气质属传感器。1.2.2国内研究现状中国正在逐步发展对室内空气质量的研究。这是一个多功能的甲醛探测器，由文诺科技技术公司开发。这些产品可以在检测有害气体方面发挥作用，主要适用于研究机构或专业测试中心。与此同时，火他公司也有自己的室内空气质量探测器。测试设备成本昂贵，性能良好，但成本高使实际操作变得困难，效果并不理想。2014年，.苏州大学的胡和卢雅平开发了一套基于MCU的环境监测系统。系统使用温度和湿度传感器和甲醛传感器来控制内部温度、湿度和浓度。2015年，他在C51处理器和外围设备的基础上开发了一种新的pm2.5探测器，可以通过PM2检测到灰尘。5.2016年8月，张光门发明了一种新的室内空气质量传感耦。设计是为了测试甲醛、氨和不。系统设计基于P1.iC数据监控项目。该系统具仃高精度、高速度和良好稳定的优势。2017年，ms1.1.OO甲醛浓度传感器和无线传感潞技术被广西大学用于开发空气质呈测定系统“该系统基rSTCI2C5A60S2.所行的设备都启动了。该系统可以显示调谐擀屏幕上每个点的识别值。13本文开展的主要工作本文主要工作如下：第一章绪论，对论文研究背景及意义进行分析,综述国内外相关研究现状，提出本次研究的主要内容：第二章系统整体方案设计，提出整体设计框架与功能模块设计：第三章智能检测系统的硬件设计，对系统各个功能模块硬件进行设计：笫四章智能检测系统的软件设计，设计智能检测系统软件系统；结论，总结全文内容。第2章系统整体方案设计2. 1整体设计框架在这项研究中，套完整的智能检测系统是通过将上层和底层的计算结合起来设计的。上层是斜能终端应用程序，底层是ScMSTM32。数据通过串联接口和无线蓝牙技术传输。系统设备包括主控制模块、传格器模块、蓝牙CC2540、显示器模块、传感器模块、AD7705ADC、报警模块和控制模块.系统软件设计主要包括光电PID、PmS5003#DHT1.I温度和湿度传感器和蓝牙软件、模拟数字转换软件、1.K和手机软件。为了使系统更具体，整个系统分为三个模块：传感器模块、主控制模块和手机模块。传感器模块用于数据收集，主控制模块用于数据处理，手机模块用于人类与冲算机互动。图2T显示了系统的总体流程图。移动模块手机APP蓝牙模块4.3寸1.CD彩屏MCUSTM2F103ZET6报警模块灰尘传感器光离子传感器模数转换模块-<4-传厚器枳块继电器疆动模块电源模块主控模块图21.系统整体设H框图3. 2功能模块设计该系统使用STM32FI03ZET6作为微控制曙的主要控制芯片.在CORTEX-M3上,STM32微控制器具有稳定的性能和低能耗。由于MCU只能识别数字信号，本文开发了A/D样本电路，其功能是将传感器探测到的模拟电压转换成数字电压，MCU可以识别。在收到数据后，MCU将处理数据，并最终将其映像为彩色显示器接口和移动应用程序接口。MCU通过小行端口数据传输线路连接蓝牙模块，并通过无线蓝牙技术将数据信息传输到智能终端应用程序中。当系统发现污染物浓度高于正常水平时，就会触发信号装置,然后触发继电器，然后系统就会启动电风扇，导致排气口传感器模块包括光了传感器、PmS5(X)3st尘埃传感器和DHT1.1.的温度和湿度数字传燃器。光学离子传感器P1.D用于检测挥发性有机化合物(Ios)。PmS5003SI传感器川于检测PMI.0、PM2.5、PMIO和甲醛。DHTII是一个数字传感器，用来测量室内温度和湿度.对于每个传感器，我们可以开发出适合洛斯室内需求的应用程序，并精确定位甲酹和粉尘。空气质量指数(AQ1.)的测量必须完成。手机单元主要由通过蓝牙单元连接的用户手机组成。蓝牙模块基本上是基于本文档中开发的And>id技术的移动应用程序。开发为文件的移动应用程序可以将数值和特定系统实时传输到手机，气体浓度数据也可以实时显示在手机上。第3章智能检测系统的硬件设计3.1主控制模块STM32微控制器具有很高的处理性能，基于一个32位微处理器的ARMCoRTEX-M3核心。与此同时，它具有稳定运行、低成本和低能源消耗的特征。正常工作电流STM32为36马赫，其能耗最低.它结合了32到512KB的闪存，6到64KB的SRAM。外石英STM32生成器设置为8兆赫，圾高工作频率可达72兆赫。ICSTM32共享三个12位模拟数字转换器，转换时间只有1兆，有21个输入通道。转换范围从O到3.6B,STM32微控制器的最小系统电路包括微控制器、石英发生器、重置和发射电路。由于STM32的工作电压为3.3B,最小系统的下降链条比传统意义上的要多。本文使用STM32F103ZET6芯片模型。STM32微控制器的最小流程图显示在图上。93-1.STM32单片机最小系统电路图STM32单片机有三种触发方式：主闪光触发、系统RAM触发和内置SRAM触发。三种加载模式由booiO和booi1.定义。通过串行端II加载的好处是，通过输出TXD触点和RXD接口，程序可以从芯片上加载。然而，发射模式相对缓慢。第三种方法是调试从内部SRAM发射的程序。如图3-2所示，设计了一个系统装载模式的选择方案。RCXYrD33V100KHeader3图32.STM32启动模式选择原理图根据装载模式，当没有单一的平键加载电路时，可以安装BoOTO=I和BOOT1.=0。在这个阶段，下载代码将在Sm32系统内存中执行。可以通过串行端I工具（上传到主闪存，存储地址0X080000）上。上传后，设置BOOTO=O和BoOT1.=0°与此同时，MCU将启动闪存驱动器。正如图3-3所示，这是石英发电机的原理图。较小的STv32系统可能有一个8兆赫的石英发生器。然而，为了实现更精确的同步，外部时钟可以在OSCIN和OSCoUT模式下使用，RTC32,768千赫的时钟脉冲可以作为同步源添加。IC15qSC32INPSC32.OUTH22PC16tt32.768KHzHP-122P32传感器模块该文件开发的传感器模块主要由光电P1.D传感器、Pme3st尘埃传感涔和DHT1I的数字温度和湿度传感器组成.PmS5003St用于测量空气中的PM1.0、PM2.5、PMIO和甲醛浓度。DHTI1.是一个数字传感器，用来测量室内的湿度和温度。3. 2.1光子离子传感器目前没有足够的光学离子传感器，其中大部分是进U到中国的。根据这份文件中提出的设计要求，特别挑选了两家外国公司的产品：一家在美国的母公司和一家在英国的阿尔法公司。两家公司生产的离子光学P1.D传感罂的性能几乎相同。在这篇文章中，选择了一个远程光电忘P1.D-A1.A1.PHA英国制造.TopViewCUS3-4.PID-A1.传感器ScehK>5SideView020图36.传感器实物图异丁烯被用作光电传感器的校准气体.原因是，在洛斯探测到的光电离子传感器中，FID对异丁烷的敏感度处于平均水平，这很容易实现，并旦浓度低而无毒和易燃。因为有很多类型的1.OS,当光电传感器检测到1.OS时，它不仅可以检测到总Jih还可以识别特定的气体。满饕修正系数(CF),也被称为敏感性系数.在光电传感器校准之后，FID标准气体(通常是异丁烷)可以直接用来计算CF中的其他气体的浓度。4. 2.2PMS5003ST灰尘传感器PmS5OO3st用来测地，该传感器使用激光散射原理精确测量粒子浓度，最小分辨率为0.3米，可实时响应，可连续收集和传输数据。甲醛的浓度是由电化学方法决定的。温度和湿度传感涔被嵌入到传感罂中，以减少温度和湿度对甲酹浓度的影响。PmS5003St除尘器在图中显示。图3-7,PMS5OO3ST灰尘传感器PMS5003ST除尘器使用激光散射原理。与市场上现有的红外探测原则相比，它具有许多优势。它能探测到直径为0.3M的吸入粒子。每立方米空气中不同直径的粒子的数量可以连续测量和计克。传感器可以实时测量空气中的粒子浓度，然后计空空气中的粒子浓度。PMS5003ST除尘器的原理图在图中。空气图3-8.PMS5OO3ST灰尘传蜡器原理示意图当激光二极管被用作光源时，激光传感器的内部机制是非常更杂的。空气样本被风扇吸入精密管，然后测量。当一束小气流进入激光束区域时，它们会帮助骗散激光束。散射光向四面八方辐射。探测器可以放置在一个方便的位置，以接收外部光线。当散射光通过探测器时，就会产生电流信号。在放大和处理电路后，可以计算:出粒子的浓度。输出信号是连续输出。该系统使用的是粒子浓度传感器和甲醛气体传感器，这是一种精确而快速的反应。此外，传感器的测量范围和测量范围都很大，等待模式下的电流也很小。被动数据输出要求单片机在这种模式下发送数据时发出请求命令，数据传输速率取决于单片机接收到的数据传输速率，但最大速率总是小于200ms.PmQOo3st传感器使用5B电源，主要是因为PmQoO3si传感器需要5B来启动风扇。此外，还使用其他联系人联系和管理高3.3V.因此，电源电压连接也是高原连接单片机为3.3¥电源电压如果主要付给单片机为5,加上集成电路电路转换水平至关重要（减）进入调整线路（RXD、TXD）和管理线。如图3-9所示，这是PMS5003ST和MCU之间的硬件连接图。TXDRXDRESET1RESET35Vo图3-9.PMS5003ST传感器电路连接图3.23DHT1.I传感器系统使用DHTI1.的温度和湿度传感器来检测室内的温度和湿度。这是一个数字传郴器，与温度测量设备和湿度传感器集成。温度测量装置是一个带有负温度系数(NTC)的温度测量装置，本质上是一个热剂。湿度传感器实际上是一种橡胶湿度传感器。它还包含一个8位微处理器来处理数据。每个传感器在交付前都要校准。每个传感器的校准都不样。传感器校准参数保存在OTP的内存中(经过编程后).在每个过程之前，传感器会自动调用这些参数来校准。DHTII的内部温度和湿度传感器结构显示在图3-10中。图13-11显示了温度和湿度传感渊示意图，当传感器启动时，它在不到一秒钟内初始化当传撼器将校准参数调用到OTP存储器进行校准时，会发生这种情况.初始化过程中，传感器从低功耗模式切换到的位数据长度的高速模式。图311.温湿度传感器应用电路图目前仃两种方法可以监测空气质量。种是定点巡逻和定期巡逻，种是实时监控。定点定时巡检是种传统的空气探测方法。首先，工作人员将气体样本从指定的检测地点的不同时间间隔中抽样，然后将样品收集到特定的检测点，以获得不同的信息。从气体选择介质。网站。该方法获得的空气顺量信息非常准确，但不能立即得到具体结果，因此不能提供实时监测。然而,考虑到劳动力成本，取样点的数量也受到严格限制，实时在线监测方法使用在线事物的综合技术,通过便携式和简单的监测工具来确定空气版量参数。字实上，在数据收集结束时,它使用不同的气体传感器来获得实时环境中气体浓度的值，然后通过网络传输交换环境信息。它可以很容易地限制在时间和地点，从而大大节省劳动力成本,并提供大量的便利和实用性。通过比较两种检测方法,发现.与人们对空气质量的提高认识和时实时气体环境的敏锐需要相结食,监测空气顺量的设备将非常有用。3. 3蓝牙模块该系统使用低功率蓝牙cc2540微处理涔，8051微处理/与蓝牙接收器兼容，低能耗为2.4ghz,它还支持多个连续协议。ARM处理器和蓝牙通信模块通过连续连接到数据传输。根据篮牙协议堆栈协议协议，数据被读取和记录。中枢神经系统将数据连续发送到蓝牙无线传输模块，然后将数据发送到智能终端。最后，经过处理的数据显示在智能终端上。图片显示蓝牙cc2540流程图。图312.CC254O蓝牙系统框图电阻设置是负载阻抗阻抗和励礴机内部阻抗之间的设宜。蓝牙信号的稔定性是由电阻调节电路决定的。本系统采用内置匹配泄波瑞制作RH电阻调节电路。电源电路负责HPV和蓝牙模块。HCV的工作电压为3.8V,使用32MHz和32768kHz的石英发生器作为同步源。cc2540蓝牙通信电路由三部分组成：主芯片上的下层工作电路、印刷电路板上的F天线翻转和24GHz载波产生的巴伦配置电路。显示蓝牙通信电路原理图3-13。在这个系统中开发的收牙通信电路可以分为三个部分。笫一部分是主集成控制电路的工作原理图，包括重置电路、电源电路和石英发牛.器电路。第二部分是振荡电路的构造。振荡电路的功能是将频率提高到2.4GH乙然后通过无线网络传输信号。在HC电路中，使用平衡的不对称匹配变换潺电路来实现相关功能。住设计过程中，必须遵守对称电路的初始条件,因此必须保证时称一致电路的对称.第三部分是外围天线的构造.这个系统选择了一个倒过来的F型电路板天线.3.4 1.CD液晶显示模块系统屏幕是一个43英寸的电容容800X480。该接口使用一个并行的16位英特尔8080接口，颜色深度达到16位。NT35510芯片用于控制和控制1.K屏幕。电容传感器芯片是-个OTT20（H-IA芯片，可以同时支持5个接触点。屏幕更新频率高达75赭兹。NT35510芯片有24位1.CD内存。根据这一指示，1U9341大大降低了耐受性.RTS信号是在1.K显示器初始化之前必须虫置的硬件重置信号。B1.ACKCTR控制1.K显示器的信号。信号线路的低电阻为100克。因此，信号线必须与电源连接，以确保光线的亮度“SH1.M（宽脉冲调制）可以用来控制1.K显示瑞的亮度。显示潞接口的原理图在图中。DDDCccDOfsmcDU1D2FSMeD2IM卜SM1.：D4D6RSMcI>oD8ISMr8”DIOI,D12ISMCDI2p4SMC1.D1.43.3VURSTNRST-f瞪二scPR二TPCSPB2SIO12141618202224262830PSMCDiFSMCD3FSNC1)5FSMCD7FSMC【为PSMCt>1D1.D3D5D7D9D1.1.DI3D151.CDRS1.CDRDB1.ENTINTT-BUSYSD弋甲FSMCA1.O掰CNOEPFin图3-14.1.CD接口电路图3.5 1.CD触摸模块触摸屏可分为橡胶触摸屏和电容式触摸屏系统采用电容式触摸屏来实现良好的触摸效果有两种类型的电容式触摸屏：投影式触摸屏和表面式触摸屏。电容式触摸屏检测算法必须定义“网格”，而交互式电容式触摸屏必须检测网格交叉点。由于电极的粘附，检测时间较长。然而，检测精度如此之高，以至于大多数手机或平板电脑都使用这种触摸屏。交互式电容式触摸屏也用于触摸屏模块的设计。系统采用1680位8080总线接口，电容传感器芯片采用ot1.2001.a微电路，可同时支持5个触点。屏幕更新频率高达75Hz。3.6模数转换模块本文使用了三种传感器：离子光电传感器、尘埃传感器、温度传感器和DFm1.湿度传感器.光电PID是模拟信号电压传感器和数字尘埃传感器Pms50034的输出电压电压。DHT1.1.的温度和湿度是数字信号的电压。由于模拟信号的电压不能直接记录和处理，需要执行模拟数字转换阶段。这意味着系统必须执行光学离子传感器的模拟-数字转换。STM32微控制器具有转换/D功能，可以直接使用。通过PIDRBF神经网络、光电传感器校正和非线性补偿，可以选择外部PIDADC作为光电传感器。经过对外部模拟-数字转换器AD7705的仔细测试，AD7705被指定为AD77O5。这是美国模拟设备公司生产的16位模拟数字转换:.,此外，芯片的能量消耗非常低.外石英生成器的频率通常为2.4576兆赫。不同的石英生成器可以设置不同的采样频率。与可编程增益放大器嵌入电路增益为符合1至128.AD7705-3-有线接口模式SP1.串行接口。SCTjt>-XAtTIY-t=Ia图3-15.AD7705模块电路图3.7蜂鸣报警模块蜂呜器可以分为被动蜂鸣器和主动蜂鸣罂。被动蜂鸣器没有自己的振动源,但是主动蜂鸣器有自己的振动源。主动蛛鸣器可以直接控制。系统只使用蜂鸣涔作为警报。因此，使用的撞鸣器是一个活跃的蜂鸣器“无花果03-16显示了蜂呜器驱动程序的原理图“STM32输入输出端口可以提供最大电流25马赫，但需要的最小电流是30马赫。为了避免使用另一个STM32外围电流，变焦控制电路添加了三极管(S8O5O)来增加输入/输出电流。因此，在三极管加固后，输入/输出端口只能提供1MA的电漉来启动蜂鸣器。图3-16.蝶呜报警驱动电路第4章智能检测系统的软件设计软件开发和室内空气质量设计可以分为两部分：软件管理系统开发和手机应用程序开发。手机。软件开发主要包括离子光学传感器PID、PMS5003ST、DHT1.1.温度和湿度数字传感器、磕牙模块、软件和模拟数字变换程序。液晶显示器。移动应用程序设计的内容包括ANDRO1.D环境中的个性化，以及移动应用程序的开发和设计.根据探测系统的设计要求,较低的计算机系统的软件开发主要包括光学离了传感器、PMS5003ST、DHT1.1.热湿度传感器程序、蓝牙模拟罂程序、模拟程序、数字变换和开发软件。正如你在这幅画中看到的。图1T显示了控制系统的软件流程图。图4T.检测系毓的程序框图顺序工作系统：发射后先进入标准的这段时间里，而传感罂系统过渡阶段初步加热，通常在一分钟内。加热后，传感器开始使用探测器。fide以光电传感器为例：通过检测挥发性有机气体将输出信号弱。模拟电压信号在1/V转换和放大后输出，在1/D转换后输入MCU,PmS5003St和DHT1.1.的温度和湿度数字传感涔都是数字的，因此PM输出电压、湿度和温度都是数字和不相称的.因此，他可能给单片机直接没有获得数字信号转换过程/d后单片机处理数据序列，结果在两个方向，一个送屏幕实时显示。其次，他们会转移到智能终端通过无线蓝牙技术的应用。最终实现只能检测系统实物图如卜丁图卜2检测系统实物图结论化学产品容易释放挥发的有毒气体，通常是挥发性有机化合物，气体从室内空气污染物中占最大比例.然而，其中大多数用T探测气体混合气体检测并不能符合要求.有效监测室内气体浓度和空气质fit,能够有效识别有古气体，为室内健康生活提供保障。本文主要研究设计室内空气顺量智能检测系统，为了更好地检测室内空气污染，有必要设计个稳定性高、功能强、精度高、界面友好、价格适中的智能室内空气项量检测系统.它不仅可用于家庭室内空气施埴检测,还可用于商场、办公室、工厂和停车场。这具有非常好的应用前景和价值。对系统进行整体方案设计，完成系统硬件模块设计以及软件设计。