编号：
HJJ-51-2021-024-LW
设计摘要：
本论文介绍了一种基于STC89C52单片机的家用空气检测系统。该系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STC89C52单片机作为核心控制器，负责获取输入部分的数据，并进行内部处理和控制输出部分。主机输入包括独立按键和供电电路，通过独立按键实现模式切换和继电器的控制，供电电路为整个系统提供电源。输出部分由LCD1602显示模块和ZigBee模块组成，LCD1602显示模块用于显示当前的环境参数和阈值，ZigBee模块用于与从机进行数据的传输。从机输入包括甲烷、甲醛、PM2.5和温湿度传感器模块，以及独立按键和供电电路。输出部分由LCD1602显示模块、继电器和蜂鸣器组成，LCD1602显示模块用于显示当前的环境参数和阈值，继电器用于控制空气净化器的工作，蜂鸣器用于在甲烷或甲醛浓度超过阈值时发出警报。该系统通过实时监测室内空气的温度、湿度、甲醛、甲烷和PM2.5等参数，并根据设定的阈值进行控制和报警，能够提高室内空气质量，保障人们的健康。该系统具有简单可靠、实用性强等特点，在家庭和办公场所等空气质量监测和控制方面具有广泛的应用前景。
关键词：单片机；ZigBee模块；温湿度模块；甲烷检测模块
字数：11000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 液晶屏显示模块
3.4 PM2.5粉尘传感器
3.5 DHT11温湿度传感器
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 主机按键函数流程设计
4.4 从机按键函数流程设计
4.5 显示函数流程设计
4.6 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 设置阈值检测实物测试
5.3 PM2.5检测实物测试
5.4 甲烷检测实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
家是人们结束一天工作，进行休息、睡眠和与家人相处的场所，家庭室内环境的健康便尤其值得关注。其中对老年人来说更是如此，老年人由于年龄的增长，抵抗力愈益下降、对环境的适应力也逐渐衰退，环境的变化对于老年人来说影响是最为突出的。由于我国即将迈入老年化社会，老年人的人数增多，人们对于自身生活健康的注重必然会随之增加，家居式的健康室内环境监控系统对于额外注重生后环境的老年人来说是不可或缺的一环。
随着我国社会的飞速发展与科学技术的不断进步,人们对于家居生活质量的要求也越来越高,主要体现于对于家居室内环境尤其是空气质量等标准进行数据化,可视化,信息化的直观感知,并可以进行实时调节,进而全面提高生活舒适度与满意度.基于物联网架构的智能室内空气监测系统应运而生[1]。智能环境监测系统成功的实现了基于无线传感网络的家居环境监测，其显著优点是功耗低，可靠性高，体积小巧，安装方便。 环境监测系融入其他家庭智能设备联动后，可以组建全屋智能化的系统控制等。像平时家中的空调、新风都是定时开启，现在有了环境监测系统，它会实时检测家中空气质量，超标则会联动家中空调新风使空气变得更舒适、更安全。但目前市面上的家庭环境监测系统多存在着部署复杂度较高、实时监测能力较弱、危险状况提醒能力较差等缺陷。环境监测系统作为全屋智能化系统的一个重要子系统将拥有良好的市场前景，并且智能家庭环境监测系统在对家庭安全状况的实时监测和提升人们的生活质感方面发挥着巨大的作用。因此，我们研究智能家用空气监测系统具有很大的意义。
1.2 国内外研究现状
随着人们对居住条件要求的逐渐提高,每个家庭的室内环境空气质量也就成为了重中之重.为了能够实时的检测和提醒家中的空气质量,2021年宋昌伟以STM32F103芯片为核心,采用MQ2烟雾浓度检测模块,GP2Y1014AU粉尘检测模块,DHT11温湿度检测模块对室内的空气质量进行监测.利用OLED12864显示屏模块实时查看,显示监测数据.通过LD3320语音识别模块和MY1680语音播报模块与监测系统进行语音交互,实时播报空气质量.当环境空气浓度超过设定的阈值时,系统便触发异常报警[2].本系统具有检测数据准确可靠,信息交互简单直观等优点,适合在普通家庭中推广应用,可为居民提供更好的生活及居住环境.
2022年龙云，朱文铭，杨河山，张炜琛基于AT89C51单片机设计了一个智能空气净化系统,可以实时监测空气中PM2.5有害物质浓度并在浓度超出限制时发出警报,并自动清除PM2.5.给出了系统的总体设计要求,系统主要模块,系统中传感器,控制电路以及除尘模块的主要构成[3].对该系统除尘效果的实验表明,该系统对清除PM2.5,净化空气有良好的效果.
用于家庭的空气质量网络系统，具有进气单元，出风口单元和监测单元的空气质量网络系统。监测单元监测、测量有关空气质量的信息并将其传输到网络。网络中的数据管理算法将空气质量信息与预设/用户定义的值进行比较，并相应地确定进气口和/或出风口单元的运行参数。2020年E Tripathii提供对家中空气质量的实时监测和可视化，并在空气质量超过安全限值时提供紧急警报[4]。
空气污染是我们今天面临的最危险的问题之一。它是许多疾病的原因，如哮喘，癌症，支气管炎，先天性残疾和其他影响人类和非人类动物免疫系统的疾病。空气质量的特征因素包括温度和湿度以及环境中的二氧化碳水平。2022年S Ochie，MR Usikalu，Akinpelu，WA Ayara，OW Ayanbisi研究涉及设计和建造一种设备，该设备使用DHT11和MQ135传感器测量环境中的温度，湿度和CO2水平。将这些值与来自受信任网站的预期值进行比较，以确定设备的准确性。该设备还用于测量房屋中客厅，卧室，厨房和阳台的温度，湿度和CO2水平，以确定房屋中的空气质量。在客厅和阳台上获得的结果表明，在安全区的温度和湿度下，空气质量令人印象深刻，而CO2水平正常。卧室里的空气质量是可以接受的，虽然如果要容纳更多的人，它可以更好地通风。然而，厨房在某些时间显示出高温和高湿度以及二氧化碳水平。得出的结论是，厨房通风需要改进以改善空气质量[5]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计是基于STC89C52单片机的家用空气检测系统。系统包含中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用STC89C52单片机作为核心控制器，负责获取输入部分的数据，并进行内部处理和控制输出部分。主机输入由独立按键和供电电路组成，通过独立按键实现模式切换和继电器控制，供电电路为整个系统提供电源。输出部分包括LCD1602显示模块和ZigBee模块，LCD1602显示模块用于显示当前的环境参数和阈值，ZigBee模块用于与从机进行数据的传输。
从机输入由甲烷、甲醛、PM2.5和温湿度传感器模块、独立按键和供电电路组成。输出部分包括LCD1602显示模块、继电器和蜂鸣器，LCD1602显示模块用于显示当前的环境参数和阈值，继电器用于控制空气净化器的工作，蜂鸣器用于在甲烷或甲醛浓度超过阈值时发出警报。
该设计实时监测室内空气的温度、湿度、甲醛、甲烷和PM2.5等参数，并根据设定的阈值进行控制和报警，从而提高室内空气质量，保障人们的健康。该系统具有简单可靠、实用性强等特点，适用于家庭和办公场所等空气质量监测和控制领域，具有广阔的应用前景。
