家庭环境监测系统的设计与制作

传感器设计实验论文

题目：家庭环境检测系统的设计与制作

专业名称：电子信息工程

姓名：

学号：

班级： 13级电信二班

指导教师：陆清茹

2016年10月 25日

目录

一、绪论 (4)

1.1前言 (4)

1.2 选题背景 (4)

1.3 国内外发展状态...................................................... 错误!未定义书签。

1.3.1 粉尘测量方法 (4)

1.3.2 粉尘检测仪的性能与优点........................................ 错误!未定义书签。

1.3.3 研究的意义 (5)

1.4 本文主要工作........................................................ 错误!未定义书签。

二、 PM2.5粉尘浓度测试仪系统设计方案 (6)

2.1 系统的功能和技术指标 (6)

2.2 工作原理 (6)

2.2.1 粉尘检测原理 (6)

2.2.2 系统工作原理 (9)

2.3程序框图和流程图 (9)

2.3.1 程序框图设计 (9)

2.3.2 粉尘检测仪程序主流程图设计 (10)

三 PM2.5粉尘测试仪系统硬件设计 (12)

3.1单片机部分 (12)

3.1.1 系统CPU 器件选择 (12)

3.2 信号采集电路 (14)

3.3 LED1602液晶显示设计电路 (15)

3.4 声光报警提示电路及LED灯电路 (16)

3.5换风系统电路 ........................................................ 错误!未定义书签。

3.6按键电路 (16)

四 PM2.5粉尘测试仪系统软件设计 (18)

4.1系统程序流程 (18)

4.2 浓度参考值的键盘设定程序设计 (18)

4.2.1 键盘扫描的设计 (19)

4.3 信号采集部分的程序设计 (20)

4.3.1 数据采集流程图设计 (20)

4.4 蜂鸣器报警部分程序设计 (21)

4.5 LED1602液晶显示部分的程序设计 (22)

4.5.1显示流程图设计 (22)

五 DHT11产品概述 (23)

六 HC-SR501人体感应模块功能特点 (24)

七 PM2.5粉尘检测仪的测试结果及结论 (25)

7.1 调试 (25)

参考文献 (26)

结论 (27)

附录一：系统程序 (28)

致谢 (33)

一绪论

1.1前言

随着社会的进步，工业化水平的提高，人们的生活和工作有了很多便利。然而人们在享有方便生活和工作的同时，不得不面对生活环境越来越差的现实。进入21 世纪以来，生活环境问题越来越严重，而这与人们对生活质量要求的提高形成了矛盾，因此注重生活环境的监测已经慢慢步入了产业化。

粉尘是空气质量的重要指标，所以粉尘的检测就很重要。温度和湿度则能影响人类的生活舒适度。

本文所设计的家庭环境监测系统具有监测粉尘浓度，室内温度和湿度的功能，并具有人体感应功能，可在人接近时点亮屏幕显示数值，人离开后进入待机状态。本设计还具有报警功能，可设计粉尘浓度报警值，当高于报警值则会灯光和声音报警。

1.2 选题背景

粉尘又称可吸入颗粒物(inhalable particular matter），它是指能进入呼吸道的，直径为10μm的颗粒物，对人的眼睛、鼻腔、上呼吸道都十分有害。同时这种可吸入粉尘能长驱进入肺泡且沉积时间长，可导致心肺病、心血管疾病。粉尘作为病菌的载体，一同散入空气中，极易传播疾病。因此，粉尘浓度测试意义重大。

当前各行业越来越重视产品生产、物品管理和仓库存储环节，很多仓库存储非常重要的物质，如:烟叶、纺丝、药材、食品等。为了维护仓储商品的质量完好，创造适宜于商品储存的环境，当库内温湿度适宜商品储存时，就要设法防止库外气候对库内的不利影响；当监控到库内温湿度不适宜商品储存时，就要及时采取有效措施调节库内的温湿度。因此，建立实时的温湿度监控系统，保存完整的历史温度数据都已经进入了行业规范。

1.3 测量方法

1.3.1 粉尘测量方法

按照粉尘测量方法的不同，粉尘测量方法主要有光学法、采样称重法和静电法三种。

(1) 采样称重法不适合于在线测量。

(2) 静电法易受干扰,国内技术并不成熟。

(3) 光学法又进一步分为浊度法和散射法, 而浊度法是目前国外普遍采用的用来测量烟尘( 粉尘) 浓度的方法, 这种国外仪器在国内许多单位也都得到了成功应用。光学法测量的缺点是需要保持光学镜头的相对清洁。对于烟道中烟尘的测量,实践证明, 通过微正压的清洁保护风, 就可实现对光学镜头的可靠保护。

1.3.2温湿度测量方法

DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:一次完整的数据传输为40bit,高位先出。

数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据

+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据

+8bit校验和

数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。

用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。

1.3.3人体感应测量方法

感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（A 元 B 元）位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏，当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作；所以安装感应器时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应。

1.3.4 研究的意义

该系统主要用于检测环境中的粉尘浓度及温湿度，适用于家庭环境监测。