1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一、选题背景

随着工业的快速发展，空气质量不断恶化，雾霾天气现象逐渐增多，危害情况不断加重，而雾霾天气同时又加剧温室效应和热岛效应，提高城市气温。雾霾既有雾又有霾，SO2及NO氧化物和细小的微尘等物是雾霾的主要成分。市区的从道路上的尾气排放、到市政供暖、再到工业排烟、风吹尘土等等都有可能是导致雾霾的基本因素。由于空气中到处都是悬浮着的灰尘，因此行车能见度大大缩短，严重危害人们的出行安全。雾霾对我们的影响不仅仅是在环境上，更重要的是会对我们的身体造成很大负面的影响。因为PM2.5颗粒细小，堆积起来表面积极大，具有很高的物理和化学活性，而且其本身就是一种有毒有害物质或者携带有害物质，由于其质量轻，在环境中悬浮时间长通过呼吸直达人类肺泡，引发肺部、呼吸道及其他疾病，轻者感觉不适，重者严重甚至直接导致死亡。

雾霾富含有毒、有害物质，对人的呼吸道有害，PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物，能够直接进入人体肺泡，PM2.5的大小比一根毛发截面的二十分之一还小。在大气中单位含量愈大，那么就标志着出现雾霾天气几率就越高，所以人们都称他为雾霾首恶。PM2.5因为细微的体积，并且能够吸附很多的毒害物质，在空气中长时间漂浮，能被风长距离吹送，所以于人类于大自然都有非常大的负面影响。

由于工业化的发展及不合理的排放，温室效应逐年加剧，城市热岛效应不断产生，一到入夏全国各地及不断出现高温热死人的报道，高温对人们的身体健康有很大的危害。

对于这些人为或者自然造成的环境影响，我们无法在短时间内解决，因此在日常生活中，对我们所生活的家居环境的温度检测报警和PM2.5的监测与预警就显得越来越重要。因此设计一种装置，在一定程度上测量气温与PM2.5物理量，为我们提供一个环境预警与治理参考值是非常有必要。

二、研究现状

智能家居是运用物联网技术以人为主导、人的生活环境中的家居为核心研发出改变人类生活的技术及其应用,在其中运用到传感器、计算机网络、软件工程等硬件与软件技术,通过硬件技术与软件技术使人们的生活实现智能化。近年来智能家居的概念开始走向千家万户，本课题的设计内容就是一款家庭使用的温度与PM2.5检测自动短信预警装置。

1979年，美国的斯坦福研究所提出了将家电及电气设备的控制线集成在一起的家庭总线（HOMEBUS），并成立了相应的研究会进行研究，1983年美国电子工业协会组织专门机构开始制定家庭电气设计标准，并于 1988年编制了第一个适用于家庭住宅的电气设计标准，即：《家庭自动化系统与通讯标准》，也有称之为家庭总线系统标准(HBS，Home Bus System)。

智能家居领域由于其多样性和个性化的特点，也导致了技术路线和标准众多，没有统一通行技术标准体系的现状，从技术应用角度来看主要有三类主流技术：

第一类#8212;#8212;总线技术类

总线技术的主要特点是所有设备通信与控制都集中在一条总线上，是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程。典型的总线技术采用双绞线总线结构，各网络节点可以从总线上获得供电，亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互连和通信。

总线技术类产品比较适合于楼宇智能化以及小区智能化等大区域范围的控制，但一般设置安装比较复杂，造价较高，工期较长，只适用新装修用户。

第二类#8212;#8212;无线通信技术类

无线通信技术众多，已经成功应用在智能家居领域的无线通信技术方案主要包括：射频（RF）技术（频带大多为315 和433.92MHz）、VESP协议、IrDA红外线技术、HomeRF 协议、Zigbee 标准、Z-Wave 标准、Z-world 标准、X2D 技术等。

无线技术方案的主要优势在于无需重新布线，安装方便灵活，而且根据需求可以随时扩展或改装，可以适用于新装修用户和已装用户。

第三类#8212;#8212;电力线载波通信技术

电力线载波通信技术充分利用现有的电网，两端加以调制解调器，直接以50Hz 交流电为载波，再以数百KHz 的脉冲为调制信号，进行信号的传输与控制。

物联传感技术是全球第一个利用物联网来控制灯饰及电子电器产品（我们通称为zigbee产品），并将其作为智能家居主流产品走向了商业化。ZigBee最初预计的应用领域主要包括消费电子、能源管理、卫生保健、家庭自动化、建筑自动化和工业自动化。这种技术低功耗、抗干扰、高可靠、易组网、易扩容，易使用，易维护、便于快速大规模部署等特点顺应了物联网发展的要求和趋势。目前来看，物联网和ZigBee技术在智能家居、工业监测和健康保健等方面的应用有很大的融合性。

值得注意的是，物联网的兴起将给ZigBee带来广阔的市场空间。因为物联网的目的是要将各种信息传感传动单元与互联网结合起来从而形成一个巨大的网络，在这个巨大网络中，传感传动单元与通信网络之间需要数据的传输，而相对其他无线技术而言，ZigBee以其在投资、建设、维护等方面的优势，必将在物联网型智能家居领域获得更广泛的应用。物联传感控制规格遂成为当今家庭智能家居自动化控制规格的主要领导者。

当我们结束一天的工作回到家时，总希望家中能有一个舒适的环境，不论是家中的温度还是空气质量情况，人们可以应用手机上安装的软件远程遥控家中的空调与空气净化器自动工作，可不在家中的时候对家里的环境并不能及时了解，本课题的家庭环境监测系统就是为此而设计的。当家中的温度或PM2.5达到设置的预警值时，系统会自动发送短信到用户的手机上，用户便可以以此为依据根据需求提前用手机遥控打开家中相应的空气净化器或空调。

三、课题设计内容

本次设计的目的是制作一个远程PM2.5 与气温检测报警装置，让我们随时掌控我们家中的环境参数状况。当家中的温度或PM2.5达到此前设置的预警值时便会自动发送短信给用户的手机。

本设计是基于单片机应用技术，设计一款具有PM2.5检测和温度检测报警的环境检测系统，重点在于单片机、液晶显示、传感器、A/D转换及GSM技术在内的几大技术实际的应用。

四、设计方案

1） 硬件设计

系统硬件主要包括：AT89C52单片机主控模块、GP2Y1010AU0F PM2.5传感器、TLC2543A/D转换模块、LCD1602液晶屏模块、DS18B20温度检测模块、SIM900A GSM模块、及蜂鸣器报警模块。硬件框图如图1所示。

图1 系统硬件框图

PM2.5浓度采集模块的核心为GP2Y1010AU0F传感器GP2Y1010AU0F传感器由SHARP公司制造，是一种光学检测器件，他主要的结构是一对以一定角度对射的红外线发射二极管和接收三极管，他能够检测得到灰尘及烟雾等PM2.5颗粒在腔体内的反射光线。其原理是测量被测空气的前后反射光的差值来判定PM2.5的单位含量。经过内部运算，把光信号转变成零到五伏的模拟量电信号。

本课题主要是探讨研究将传感器的模拟输出量，用TLC2543A/D芯片转换成数字信号，把数字信号用AT89C52单片机处理后实时的把PM2.5浓度显示在LCD1602显示屏上。

同时，单片机采集DS18B20温度传感器温度信号，同样也在LCD1602液晶屏上显示。单片机会对所采集到的PM2.5的浓度，及DS18B20的温度与程序内部预定值进行对比，只要其中一项达到或者超过预定值时，立即通过TA指令设置GSM模块的短信内容，并发送到预定的远端手机上。在向远端发送报警短信的同时，在近端，单片机会通过P2.0口，间断输出低电平，控制蜂鸣器间断发声以报警。系统默认报警温度为：37摄氏度，PM2.5报警浓度为0.3毫克/立方米。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

要解决的问题：

如何设计用单片机控制gsm模块进行指定短信的发送？

如何设置单片机报警预警值？