基于單片機的家居空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

(山東協(xié)和學院機電工程學院 山東 濟南 250000)

一、引言

隨著社會的發(fā)展,人們對周圍生存環(huán)境的質(zhì)量狀況越來越重視，而家裝過程中產(chǎn)生的甲醛等有害氣體超標很難被人體感受到，但他們對人體的傷害卻是很大的，如果不能做出及時的應(yīng)對，長期超標的室內(nèi)空氣污染必定會帶來難以處理的后果[1-3]?；诖诵枨螅ㄟ^基于單片機的空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，終端采用單片機作主控制器，結(jié)合傳感器檢測模塊，LCD顯示模塊等實現(xiàn)家居空氣有害氣體的實時監(jiān)控和預警，從而幫助人們及時了解和評價家庭環(huán)境空氣質(zhì)量狀況,以便采取有效措施進行預防和控制[4-6]。

二、系統(tǒng)的總體設(shè)計

基于單片機的家居空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)集采集、處理、報警和顯示于一體，利用MCU對數(shù)據(jù)進行處理，確保數(shù)據(jù)的實時性和準確性，有利于進行全面評定。系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機為控制中心，由一氧化碳和甲醛傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器和時鐘顯示模塊，檢測到的家居環(huán)境空氣參數(shù)經(jīng)過單片機處理后，在LCD1602液晶顯示屏上顯示。

(一)系統(tǒng)組成框圖

家居空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示，系統(tǒng)主要STC12C5A60S2中央處理單元、液晶顯示模塊、傳感器模塊、用戶輸入模塊、報警模塊(5V蜂鳴器)、時鐘模塊和供電模塊等組成。

圖1 家居空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)組成框圖

(二)系統(tǒng)功能設(shè)定

使用LCD1602顯示屏，循環(huán)顯示家居環(huán)境中的溫度值、煙霧濃度和實時時間，系統(tǒng)時間可以通過按鍵設(shè)置。

采用藍、黃、橙、紅四色LED燈顯示空氣質(zhì)量等級，便于直觀顯示家居空氣情況。

當煙霧濃度超過設(shè)定的報警值時，蜂鳴器發(fā)出報警信號，報警值可以通過煙霧傳感器模塊電位器調(diào)節(jié)。

三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計

(一)系統(tǒng)原理

家居空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機為主控?？諝庵袩熿F、CO和甲醛等有害氣體通過煙霧傳感器和一氧化碳、甲醛傳感器后，輸出與氣體濃度相對應(yīng)的電壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號，并送入單片機進行數(shù)據(jù)的采集和處理。單片機完成數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)動LCD顯示屏模塊顯示煙霧濃度，并控制四色LED燈顯示空氣質(zhì)量等級。如果煙霧濃度超過預設(shè)的報警值，則驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警信號。為便于實時顯示和測量溫度，加入系統(tǒng)時鐘模塊和溫度傳感器模塊，進一步完善監(jiān)測系統(tǒng)的功能。

(二)中央處理單元

中央處理單元采用STC12C5A60S2微處理器，進行數(shù)據(jù)采集、計算、處理后生成實時時間、溫度煙霧濃度和空氣質(zhì)量等數(shù)據(jù)結(jié)果顯示于LCD屏，并將煙霧濃度數(shù)據(jù)結(jié)果與報警值進行對比。STC12C5A60S2單片機的低功耗、高可靠性，在嵌入式控制系統(tǒng)中具有廣泛應(yīng)用。其性能包括：片內(nèi)Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)在10萬以上；兩個獨立串口；高速10位A/D轉(zhuǎn)換器，8通道；可以兼容8051。

(三)傳感器單元

傳感器單元采用DS18B20溫度傳感器模塊檢測室內(nèi)溫度，該傳感器體積小、功耗低、易與微處理器連接等特點。采用MQ-2煙霧傳感器模塊檢測煙霧濃度，工作電壓5V，需30s預熱后讀取模擬輸出電壓，可通過電位器調(diào)節(jié)報警值，順時針變大、逆時針變小。

四、監(jiān)測系統(tǒng)的測試

家居空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)Protues仿真電路圖如圖2所示。

圖2 家居空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)Protues仿真電路圖

通過簡單硬件模塊的連接和軟件C語言編程，基本實現(xiàn)了系統(tǒng)的預期功能。LCD1602顯示屏實時顯示時間、溫度和煙霧濃度數(shù)值(如圖3所示)，當煙霧濃度超過報警值，蜂鳴器會發(fā)出報警信號。CO、甲醛等家居空氣主要污染氣體的濃度不通過LCD1602屏顯示，而是直接顯示于四色LED燈，便于觀察。

圖3 LCD顯示數(shù)據(jù)

五、結(jié)論

設(shè)計的家居空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)家居空氣的基本監(jiān)測，對人身安全起到預防保護的作用。因此，市場前景廣闊、推廣價值高。但系統(tǒng)仍存在很多不足之處，有待進一步完善，且具體硬件電路的實現(xiàn)有待進一步完成。

【參考文獻】

[1]吳寧,尚坡歷,蔡卓恩.基于單片機的室內(nèi)空氣檢測及凈化系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].自動化與儀器儀表,2015,184(2):105-106.

[2]孫巧明.室內(nèi)環(huán)境空氣污染與防治對策研究[J].安徽預防醫(yī)學雜志,2004,(4):65-68.

[3]諶永華,劉沂玲.室內(nèi)空氣污染及其檢測方法[J].化學分析計量,2004(6).