基于单片机的室内环境监控系统设计[范文]

0 前言

甲醛是室内挥发性有机物中最主要也是最具危害的污染源，它广泛存在于家具、地板、油漆等室内装修材料中。它主要对人体的神经系统及呼吸系统症状造成损害，空气中含有少量甲醛就会引起人体的不适，轻者导致皮肤过敏、呼吸道发炎，重者可能导致基因突变，引起鼻咽肿瘤。我国规定居室空气中甲醛的最高允许浓度为0.06ppm，即0.08 mg。研究表明，甲醛的挥发和温湿度有着密切的联系，同时考虑到温湿度还和人体的舒适感密切相关，因此很有必要开发一套集温湿度和甲醛浓度为一体的室内环境监控系统。

室内环境监控系统的理论非常简单，即通过传感器采集环境数据传送至处理器，然后处理器对数据进行分析后作出相应的处理。室内环境监测系统出现较早，最早可追溯至二战之后，美国在进行放射性物质研究时为了保护科学家的安全，对室内环境的各项指标都进行了严密的监测。传统的室内环境监测系统只是检测室内温湿度和有害气体的浓度，并没有后续的控制措施，存在人性化差、实用性不高的缺点，同时受限于当时的科技水平，传感器和处理器的性能较差，造成了传统室内环境监测系统还存在着采样次数少、实时性差、精度低、体积大等缺点。随着现代微电子技术的发展，传感器和处理器的性能在不断提高的同时，体积也越来越小，这使得基于微处理器的室内环境监控系统功能更多、体积更小、精度更高，不仅能够实时监测室内温湿度和有害气体浓度，还具有液晶显示、自动净化空气的功能，真正实现了室内环境的监测和控制。

图0-1原理框图

Fig.0-1 The principle diagram

本系统针对广大市场而设计，价格低廉、性能优异，不仅能为人们提供一个舒适、健康的生活环境，而且能在最大程度上节约电能，在大力提倡节能环保的今天，本设计有着重要的经济价值和现实意义。

1 方案论证

本次设计的基于单片机的室内环境监控系统所适用的场所为15%~25%的居家卧室，具有预警值设置、温湿度和甲醛浓度检测、液晶显示、超标报警、自动净化甲醛等有害气体、红外遥控的功能。根据以上功能，本系统的硬件电路包括单片机、温湿度采集电路、甲醛采集电路、A/D转换电路、液晶显示电路、报警电路、红外接收电路、红外发射电路、执行电路以及电源电路。

单片机采用STC89C52，数据采集电路采用一片温湿度传感器SHT11和一片有机气体传感器MQ138进行数据采集；A/D转换电路采用一片ADC0804；液晶显示电路采用一块LCD12864；报警电路采用一个蜂鸣器；红外接收电路采用一个一体化红外接收头RPM6938；红外发射电路采用一片红外编码芯片UPD6121G；执行电路采用一个BTN7970B电机驱动芯片和一个12V离心风机，风机后面安装一片家用有害气体过滤网。下面详细介绍本系统的具体工作流程。

本系统在首次使用时，可通过红外遥控器分别设置温度和湿度的预警值，系统默认温度设置为20%~25%。湿度设置为40%~70%RH。甲醛浓度的预警值根据国家标准已提前设置为0.06ppm，设置好温湿度传感器和甲醛传感器的预警值后整个系统开始后续的工作。

1）温湿度传感器SHT11将检测到的温湿度模拟量经过其内部A/D转换变为数字量并传送给单片机，然后单片机将数据进行处理之后进行显示，同时单片机将检测到的温湿度与设置的预警值进行比较，若超过预警值，单片机使蜂鸣器报警，提醒人们打开空调或采取其他措施对室内温度及时调整。

内部时钟方式的连接电路

2）有机气体传感器MQ138将检测到的甲醛模拟量通过外部A/D转换器ADC0804转换为8位数字量并传送给单片机，然后单片机对数字量分析与处理，并将检测到的甲醛浓度与设置的预警值进行比较。若甲醛浓度超过预警值，则在液晶显示屏上显示“甲醛超标”字样，同时单片机通过执行电路启动风机对甲醛进行净化；当甲醛浓度回到预警值之下时，关闭风机，并在液晶显示屏上显示“甲醛正常”字样。

3）红外遥控器除了具有开/关机、静音、设置温湿度上下限的功能外，人们还能根据的实际嗅觉感受随时开启风机对室内空气进行净化。

因为本系统采用的有害气体滤网由活性炭以及高效吸附材料构成，不仅可以有效净化甲醛，而且还可以有效过滤掉PM2.5、粉尘，花粉，去除房间异味。

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