论文总字数：21327字

摘 要

经济的发展加快了人们的生活节奏，越来越多的时间在室内度过。住宅和工作场所等室内环境的状况直接关系到了人们的生活质量和心理健康。因此室内环境所受的关注日益增加。但是如今由于装修污染、室外环境、生活习惯等原因，室内环境很容易受到影响。本文结合了虚拟仪器技术和环境监测系统，提出了基于LabVIEW的建筑内无线监测系统。

硬件方面本系统以MSP430f449单片机为核心，采集环境中的温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等环境参数，并将监测数据通过蓝牙传输到计算机进行处理。软件方面包括两部分，一部分是采集数据并进行处理的下位机，另一部分是使用LabVIEW软件接收数据并进行处理的上位机。实验表明，系统能够进行室内多种环境指标的监测，具有一定的实用价值。

关键词：LabVIEW;虚拟仪器;环境监测; MSP430

Design of Wireless Monitoring System for Building Environment Based on LabVIEW

Abstract

The pace of people's lives has been accelerated by the development of the economic, and more and more time spent indoors. The state of the indoor environment, such as homes and workplaces, is directly related to people's quality of life and mental health. Therefore, the indoor environment is receiving increasing attention. However, due to decoration pollution, outdoor environment, living habits, etc., the indoor environment is easily affected. This paper combines virtual instrument technology and environmental monitoring system, and proposes a wireless monitoring system based on LabVIEW.

Hardware aspects The system uses MSP430f449 single-chip microcomputer as the core to collect environmental parameters such as temperature, humidity, carbon dioxide concentration and light intensity in the environment. Then it transmits the monitoring data to the computer for processing through Bluetooth. The software includes two parts. One of the two parts is the upper computer. And the other part is the lower computer. The lower computer collects the information. The upper computer uses LabVIEW for data processing. Experiments show that the system can monitor indoor environmental indicators and has certain practical value.

Keywords: LabVIEW,virtual instrument,environmental monitoring,MSP430

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文工作安排 2

第二章 系统总体设计方案 3

2.1 系统需求分析 3

2.2 系统设计原则 3

2.3 系统实现的主要组成 3

2.4 系统硬件方案选择 3

2.4.1 单片机控制器的选择 3

2.4.2 温湿度传感器的选择 4

2.4.3 光照强度传感器的选择 4

2.4.4 二氧化碳传感器的选择 4

2.4.5 风速传感器的选择 4

2.4.6 烟雾传感器的选择 4

2.4.7 无线传输模块的选择 4

2.5 系统总体结构设计 4

第三章 系统硬件电路设计 6

3.1 单片机控制电路设计 6

3.1.1 MSP430f449单片机简介 6

3.1.2 MSP430f449单片机最小系统电路设计 6

3.2 温湿度检测电路的设计 8

3.2.1 SHT11温湿度传感器简介 8

3.2.2 SHT11温湿度数据采集电路 9

3.3 光照强度检测电路的设计 9

3.3.1 OPT101光强度传感器简介 9

3.3.2 OPT101传感器光照强度采集电路 10

3.4 二氧化碳检测电路的设计 10

3.4.1 MH-Z14A二氧化碳传感器简介 10

3.4.2 MH-Z14A传感器二氧化碳浓度采集电路 11

3.5 风速检测电路的设计 11

3.5.1 RS-FSJT-V05风速传感器简介 11

3.5.2 RS-FSJT传感器风速采集电路 11

3.6 烟雾检测电路的设计 11

3.6.1 MQ-2烟雾传感器简介 11

3.6.2 MQ-2传感器烟雾浓度采集电路 12

3.7 无线传输电路的设计 12

3.7.1 HC-05蓝牙模块简介 12

3.7.2 HC-05蓝牙模块电路 12

第四章 系统软件程序设计 13

4.1 下位机程序设计 13

4.1.1 软件开发环境及语言 13

4.1.2 SHT11温湿度测量模块化程序设计 13

4.1.3 A/D转换模块化程序设计 14

4.1.4 串口通信模块化程序设计 14

4.2 上位机LabVIEW程序设计 14

4.2.1 上位机编程软件LabVIEW简介 14

4.2.2 LabVIEW环境监测系统上位机程序编程 15

第五章 总结与展望 18

致谢 19

参考文献 20

附录 21

第一章 引言

1.1 课题研究背景及意义

社会在一天天的进步，与此同时人们的生活也随之发生变化。越来越多的人从室外走入室内，他们出于各种原因，将在室内度过一天中的大部分时间，室内环境也因此逐渐被重视起来。同时物质生活的提高也让人们对生活环境有了更高的要求。但是当下的情况是，室内环境总是在人们不知道的情况下被改变，原因可能是装修污染，也可能是室外环境对室内的污染，还有可能是人们不自觉地行为引起的污染。这悄悄改变的室内环境不容易被身体感受到，但是会确实的对人们的健康产生不良影响。影响室内环境的因素有很多，烟雾浓度、光照强度、二氧化碳浓度、空气流速、温度和湿度等都是影响室内环境的重要因素，这些因素超出正常范围便会对人体造成损害。首先是烟雾浓度，以日常使用的各种燃气为例，泄露在室内的少量的燃气对人体不会造成多少损害，甚至无害，但是如果浓度过高，那么就会对人体造成严重损害，严重时会导致死亡。^[1]其次是光照强度，室内光照强度过强或过弱都会眼睛造成伤害，轻则导致视力下将，重则会导致眼疾。然后是二氧化碳浓度，二氧化碳浓度对人体的影响往往会被人忽视，但是其实人体对CO₂浓度的变化非常的敏感。在CO₂密度较高的地方久处，看似无害的CO₂人们的身体来说也会成为一剂毒药，对工作和休息造成十分不利的影响。^[2]然后是空气流速，它影响了室内空气的流通程度，如果室内流通不畅，各种有害气体粉尘都会在室内积起，污染室内环境。然后是温度，人体在十七摄氏度到二十六摄氏度之间，身体会感到舒适，此时工作学习效率最高，温度过低或者过高都会影响情绪，降低效率。^[3]最后是湿度，适宜人体的湿度在45%RH~65%RH之间，湿度过高会影响呼吸，湿度过低会引起皮肤脱皮。^[4]空气净化可以有效改善室内环境污染的问题，但是却不能保证室内环境的舒适性。因此，室内环境监测对于营造舒适安全的环境来说是很重要的一步。只有对室内环境进行监测，才能及时调整室内环境，减少危害。

1.2 国内外研究现状

环境监测系统的经历了很多代的迭代更新。一开始使用的是人工测量方式，由于费时费力且人为测量产生误差等原因，这种方法逐渐被取代。后来出现了单片机环境监测系统，与前者相比，它节省了人力物力，并且不会有人工测量产生的误差，测量更加准确。但是仍然受到单片机性能的限制，不能广泛地应用到各个地方，因此也逐渐被新的方法取代。那便是现在广泛应用的嵌入式系统。它克服了人工和单片机的缺点，更加灵活和高效。

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