基于单片机的室内空气质量检测系统设计开题报告.doc

本科毕业论文设计开题汇报
题 目：基于单片机室内空气质量检测系统设计

学 院：信息工程学院

专 业：自动化

年 级：10级

学 号：

姓 名：

指导老师：

一 选题理论和实际意义
高层写字楼等大型场所几乎完全与外界隔离，空气中微量气体多达168种，绝大多数属污染物，人们长久处于这种密闭环境中，极轻易因缺氧而头晕、胸闷、恶心等。其中影氧气浓度直接影响人们生存质量。甚至到了晚上很多写字楼依然有些人在加班加点奋斗，繁重工作已经使他们没有喘息机会，再加上在他们自认为还不错环境里工作，对他们身体可谓双重打击。经常听到这么例子，某某某在某某大型企业上班，钱是赚了不少，可是身体却垮了。身体乃革命本钱，不论我们为了生活怎样奔走，都必须要确保有一个健康体魄。所以，对我们来说，设计空气质量检测与调控系统，是十分迫切也是十分有必要。
室内空气品质（IAQ）在健康方面影响：美国环境保护署(EPA)调查表明:在美国，IAQ 问题是关于全民健康首要问题之一，受其影响美国人口多达 3000 万，造成经济损失超出了 400亿美元/年，这些数字令人触目惊心[1]；加拿大卫生组织调查表明：68%疾病与室内环境污染关于，其中 80%~90% 癌症与居住环境和生活习惯关于;英国科学家汉密尔顿测验了220名英国人血液中60种化学元素平均含量，发觉其与地壳中这些元素含量分布相当;湖南省相关部门对空气污染区及清洁区9-10岁儿童为调查对象，研究空气污染对儿童免疫力影响，结果显示:污染区儿童免疫能力仅为清洁区儿童免疫能力 1/3;据统计，我国每年有11万人因IAQ 不好而造成死亡; 从我国“室内环境监测中心”
对IAQ 监测力度越来越大趋势也能够看出，此问题在我国也是越来越严重。

我们要经过课题研究摆脱这种困境，我们研究能够使你处于一个完全无污染纯健康环境，这就是我们目标。在已经学习了控制原理、检测及单片机等相关课程，为该项目标研究提供了理论基础。同时本课题已经取得辽宁省大创项目立项，已经具备了一定前期基础。室内智能空气品质监测仪体积小，功耗低，操作简单，适合应用于家庭和小区医疗健康保健，能够实时知道室内空气质量。

二 课题研究基本内容
本课题主要集中在 IAQ 监测、显示、报警三个方面。本文内容安排以下:
第一章:室内空气品质监测课题提出及意义，介绍国内外研究情况及确定总体方案。
第二章:监测系统详细方案选择 (1)确定监测对象:选择有代表性监测对象是进行下一步研究关键;(2)布置采样点:依照选取传感器特点，及待测指标精度要求布置传感器;(3)数据显示及报警控制系统。
第三章与第四章:室内空气品质监测仪各个硬件模块设计，介绍在室内空气品质试验装置基础上设计具备实际应用价值室内空气品质监控系统硬件与软件组成。
第五章:整个系统仿真调试。
第六章:总结本文研究工作以及在研究方面存在不足，提出了深入研究展望。
三 总体设计方案

六 参考文件
[1]沈晋明,等.室内空气品质新定义与新风直接入室试验测试[J].暖通空调,1995(6).16~18.
[2]. 谢明,陈德荣,李锦忠.基于AT89C55WD单片机空气质量监控系统[J].工
业控制计算机.(10)
[3]. 邵欣.基于STC89C58RD+单片机空气质量检测系统[J].信息通信.(0
6)
[4]. 罗亚萍;王忠庆;岳晓东.基于AT89C52单片机室内有害气体监控系统[J]. 山西电子技术.
[5]. 周姣;蒋求生.SCA100T角度传感器在角度测量系统中设计[J].科技风.2
009(11)
[6] 孙育才,王荣兴,孙华芳编著.ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用[M].
清华大学出版社,

[7] 李全利主编.单片机原理及应用技术[M]. 高等教育出版社,
[8] 罗亚萍,王忠庆,岳晓东. 基于AT89C52单片机室内有害气体监控系统 [J]. 山西电子技术. [8] 褚家美. 无线传感器网络硬件设计[J]. 南京师范大学学报(工程技术版). (04)
[9]. 郭龙钢;方明.无线数字传输技术在煤矿生产中应用[J].煤矿机电.
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[10] 钟世红,叶顺华,王历先,等.基于单片机空气质量检测系统设计[J].科技广场,(7):169- 171
[11]王俊峰，孟令启$当代传感器应用技术[M]北京：机械工业出版社. [12] 汪胜辉,刘波峰.基于无线传感器网络空气质量监测站设计[J].电子工程师, , 33(7): 12 -13.
[13] Sores L.. Recent developments in database management and standardisation in the GEOMIND project. [J].Geophysical Transactions,,45 (4)
[14] Kelly Denise Lewis. Student performance evaluation package using a Web interface and a database. [M].University of Louisville, [15] Homam Al Bahnassi. Real-Time Motion Planning and Simulation of C ranes in Construction. [M].Concordia University (Canada), [16] Chiang. A CMOS optical-comparator-based velocity and direction m otion sensor. [J].

文件综述
一 引言
甲醛是一个无色，有强烈刺激性气味气体。易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。其37%水溶液称为福尔马林，医学和科研部门惯用于标本防腐保留。此溶液沸点为19.5℃故在室温时极易挥发，伴随温度上升甲醛挥发速度加紧。[4]在我国有毒化学品优先控制名单中甲醛列居第二位。甲醛已被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。甲醛是原浆毒物，能与蛋白质结合，吸入高浓度甲醛后会出现呼吸道严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛，也可发生支气管哮喘皮肤直接接触甲醛，可引发皮炎、色斑、坏死。经常吸入少许甲醛，能引发慢性中毒，出现粘膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎、指甲角化和脆弱等。全身症状有头痛、乏力、心悸、失眠、体重减轻以及植物神经紊乱等。
天然气、液化天然气（俗称煤气罐）是一个多组分混合气体，主要成份是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少许乙烷、丙烷和丁烷，另外通常还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量惰性气体，如氦和氩等。在标准情况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。天然气在燃烧过程中产生能影响人类呼吸系统健康物质极少，产生二氧化碳仅为煤40%左右，产生二氧化硫也极少。天然气易燃易爆和空气混合后，温度达成550℃左右就会燃烧；其混合物浓度达成5%－15%，碰到火种就会爆炸。天然气热值高，约8500
－10000千卡/米3，天然气燃烧后发出热量是相同体积城市煤气 2.5倍左右。[4]
室内环境除了气体对其有影响，适宜温度和湿度也是极其必要。没有适宜温湿度室内会存在各种细菌，从而影响人体健康。当然氧气含量也是必须控制在一定范围里，所以说，要保持室内环境健康，我们还必须做出更大努力，是室内检测愈加全方面。
二 研究背景
伴随城市人们生活水平不停提升，各类装饰装修材料、家俱和日用化装品大量进入室内，使室内污染物起源和种类日益增多，造成室内空气污染程度在室外空气污染基础上愈加重了一层。为了节约能源当代建筑物密闭性增加，新风量不足，加上建筑密闭性越来越好，使用人工合成材料越来越多，使得室内污染物不能及时排除室外，在室内存放、蓄积，造成室内空气恶化。人们在人工环境中所处时间越来越长，结果引发了各种与室内环境相关病症。所谓“凶宅”、“鬼屋”或“风水不好”房屋，不少是积累了大量有毒有害物质缘故[8]。
在20世纪70年代末期，认为IAQ 代表一系列污染物浓度指标，采取通风换气等伎俩稀释污染物浓度，使危害降低;近几年研究表明，IAQ 还包含其它原因，如空气温度、湿度、及气流速度等，同时注意到 IAQ 是一个变量，包括到设计、施工、和运行管理等多专业、多学科。污染源控制属于起点控制，而通风换气控制属于终点控制，每种单一控制都不能处理现在 IAQ 问题，所以 IAQ 成为当代建筑科学、医学卫生、建筑环境工程、建筑设计等诸方面研究课题[9]。

三 国内外研究现实状况
气体传感器测定甲醛成为近年来甲醛检测研究新热点。早在 1983年，压电类甲醛传感器就已问世。这种传感器能够不需要对样品进行任何处理就能够测定，但易受水分子影响而使晶体震动频率发生漂移，故基本无实用性。为适应室内空气甲醛现场快速检测要求，现在已开发出不少甲醛快速测定仪，这些仪器可直接在现场测定甲醛浓度，操作方便，适适用于室内和公共场所空气中甲醛浓度现场测定，也适适用于环境测试舱法测定木质板材中甲醛释放量。但这些仪器工作原理、响应性能、适应范围等都不一样。[1]
在测试甲醛、苯等害气体方面，国外比较知名有:美国 ESC 企业生产 Z 一300甲醛检测仪、英国PPM企业生产PPM-400甲醛检测仪;国内有:江苏安普电子工程有限企业生产400型甲醛分析仪、北京宾达绿创科技有限企业生产甲醛测定仪抑一308等。[4]
这些仪器可实现对有害气体检测功效，适适用于专业检测机构或试验研究机构。准确测定甲醛、苯、氨等有害气体设备昂贵(如英国PPM企业生产PPM400 甲醛仪约两万多元)，测定时间较长，每隔一段时间就需进行重新标定，需要专业人员进行操作，极难连续测定；现在国内外产品设计差异主要集中在监测传
感器和控制单片机芯片选取，操作方面国外产品操作界面方便，功效加完备。
四 室内空气检测器关键功效部件
1传感器
其中包括温湿度传感器，有害气体传感器，氧气传感器还有没有线传感器，用来检测室内各种指标。
2 信号处理
即处理光电传感器采集到低频信号模拟电路(包含放大、滤波、整形等)。
3 A/D转换器
即模拟电路与数字电路相互转换。
4 报警电路设置
对应检测物指标没有达成要求时系统自动发生警报。
5

单片机电路

即利用单片机控制整个装置关键（包含显示电路，时钟电路
、复位电
路等）
。

[7]
五

系统硬件结构及原理

本文研究室内便携式智能空气品质监测仪是以
ATMEL
工企业一款
8
位
超低功耗单片机
AT89S52
为控制关键，系统结构如图所表示。室内空气中有害气
体甲醛、苯、氨分别经过传感器组中传感器
1
、传感器
2
、传感器
3
输出一个
与甲醛、苯、氨浓度相对应电流信号
,
该信号经过放大滤波后经过多路转换器
分时间段进行采样保持
,
最终经过
A/D
转换电路按一定得采样频率将模拟信号转
换为
数字
信号
送入
单片机进行
数据
采
集
方便进行显示
处
理，
温湿
传感器
直接
与单
片机相
连
。
单片机对采样
值
进行
数字处
理后
驱动液晶
显示器分别显示出
被
测室内
空气中甲醛、苯、氨浓度
值
及
温湿
度。
若被
测室内空气中甲醛、苯、氨浓
度
某种
有超出
国家标准或设
定
危险值
时
报警
电路对应
发
出
声光报警
信号。
[3]

系统结构图

AT89S52 芯片六 小结
本设计主要是AT89S 系列单片机在室内空气检测系统中应用。基于单片机空气质量检测系统能够在工业现场实时检测工业目标气体浓度， 并完成数据采集、分析、显示、存放、报警等任务，具备操作简便、检测快速和便携性强特点。经过单片机最小系统实现了空气测量系统，由传感器采集到脉冲信号，经过信号放大、滤波和整形电路将输出信号经过单片机外部中止获取并最终显示出来。利用单片机本身功效检测室内空气各种指标。此次所设计测量
仪系统实现简单、功效稳定、使用方便，应用广泛，具备实际意义。