摘 要

当前，环境监测已逐渐成为社会研究的热门领域，其中温湿度和PM2.5的浓度监测是工农业生产过程中必须考虑的因素，甲醛等有害气体的含量也同样是室内环境的重要评价指标。这些被控参数作为生产生活中影响空气质量的常见指标，已经不再独立存在，而应在空气质量监测系统中进行综合考量。而目前市面上常见的空气质量检测仪普遍存在功能单一、体积大等缺点，人工测试方法的效率又极低且误差较大。因此就需要一种性价比高、方便使用且精度较高的多功能空气质量检测仪。本次设计的基于MCU的多功能空气质量检测仪可以对空气中的温度、湿度、PM2.5含量和甲醛浓度同时进行测量，为空气质量水平的测量和分析提供了有效的工具。该测量仪表可以替代多种单一功能的传统空气检测仪，满足人们对室内环境检测的基本要求，不仅具有精度高、功耗低、灵活性强等优点，同时也是一款实用性强的空气质量检测系统。

关键词：空气检测；单片机；传感器；实时监测

Abstract

Environmental monitoring has become a hot social research project. Temperature , humidity and PM2.5 concentration monitoring are factors that must be considered in the process of industrial and agricultural production. The content of formaldehyde and other harmful gases is also an important evaluation index of indoor environment. These controlled parameters, as a common index affecting air quality in production and life, are no longer independent physical quantities.They should be considered comprehensively in air quality monitoring system. At present, the common air quality detector on the market has the weakness of single function and large volume, and the efficiency of manual test method is very low and the error is large. Therefore, a multifunctional air quality detector with high cost performance, convenient use and high precision is needed. The designed multi-functional air quality detector based on MCU can measure the temperature, humidity, PM2.5 content and formaldehyde concentration in the air at the same time, which provides an effective tool for the measurement and analysis of air quality level. This instrument can replace a variety of single function traditional air detector and meet the basic requirements of indoor environment detection. It not only has the advantages of high precision, low power consumption, strong flexibility, but also is a practical air quality detection system.

Key Words：Air detection；singlechip；sensor；Real time monitoring

目录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究的基本内容和目标 5

第二章 系统技术方案的设计 6

2.1 功能要求 6

2.2 方案的对比和选择 6

2.2.1 粉尘传感器的选择 6

2.2.2温湿度传感器的选择 6

2.2.3 显示器的选择 7

2.3 总体设计框图 8

第三章 系统硬件设计 9

3.1 概述 9

3.2 主控模块设计 9

3.2.1 STC89C52芯片简介 9

3.2.2 主控模块电路原理图 10

3.3温湿度检测模块设计 11

3.3.1 DHT11传感器简介 11

3.3.2 温湿度模块电路设计 11

3.4 PM2.5检测模块设计 12

3.4.1粉尘传感器简介 12

3.4.2 PM2.5检测模块电路设计 13

3.5 甲醛检测模块设计 14

3.5.1甲醛传感器简介 14

3.5.2甲醛检测模块电路设计 16

3.6 1602液晶显示模块设计 16

3.6.1 1602液晶显示屏简介 16

3.6.2 1602液晶显示模块电路原理图 17

3.7 存储模块电路设计 18

3.8 模数转换模块电路设计 18

第四章 系统软件设计 19

4.1 主程序设计 19

4.2子程序设计 21

4.2.1初始化程序设计 21

4.2.2 传感器模块程序设计 21

4.2.3 模数转换模块程序设计 22

4.2.4液晶显示模块程序设计 24

第五章 系统分析与调试 25

第六章 结论 27

参考文献 29

附录 31

附录1 系统硬件电路原理图 31

附录2 程序清单 32

附录3 元器件清单 53

致谢 54

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

一直以来，空气都是人们赖以生存的必要条件之一，人们离开空气将无法存活；因为总会有一些污染物或废气被排放到空气中，所以当空气中存在一些污染物时，大气可以进行自我的净化过程，以此来维持空气的相对洁净，从而维持空气的洁净度。天气模式的变化和我们周围环境的变化是一个不可否认的事实。这种变化尽管缓慢但确实会对我们的生活和周围的事物产生不利影响。随着近年来工业化的不断提升，有毒物质的排放增加很多，空气中的有毒气体的含量令人担忧，这些都正导致不可挽回的变化。^[1]

根据世界各地的反复研究和报告可以得出如下结论：

1. 空气质量的下降使全球经济每年蒙受五万亿元的损失。
2. 全世界有八分之一的死亡与空气污染有关。
3. 全世界有92％的人口生活在危险的空气污染中。

所以，空气质量问题日益受到人们关注，对空气质量的检测也越来越多元化，尤其是对空气的实时监测需求越来越大。温湿度与人们的生产生活有着极其密切的联系，对人体的舒适度和情绪影响很大，在工业生产中，温湿度也通常作为一项比较常见和基本的工艺参数来进行考量；所以，温湿度指标是对空气质量进行评估的基本内容。除了温湿度之外，空气中的有害气体和粉尘也会对空气质量产生影响。随着房屋舒适度和居民审美标准的提高，房屋质量也随之不断提升。家居家具的更新换代也层出不穷；因为材料本身的高度粘性、硬度和极强的防腐蚀性，甲醛成为了生产甲醛树脂包括各种油漆涂料的原材料。现在市场上的装饰材料和建筑材料大多含有甲醛，所以甲醛广泛存在于各类家具中。当今市场上存在许多建筑材料和室内家具质量不合格的情况，使得房屋的室内环境变得更糟，而且即使是高品质的室内装饰材料中也含有含有甲醛。鉴于精装修工艺的盛行，人们的居住环境通常都经过很多复杂的装修工作，这也就导致了装修材料中的很多挥发性物质存留在了室内，而据研究表明，室内的挥发性物质中，有相当一部分属于致癌物质，甲醛就属于其中一种。甲醛作为室内装修的常见污染物，挥发的时间跨度大，可对人体造成长期且不可逆的危害，严重可引发鼻咽癌、喉头癌等严重疾病。^[2]与此同时同样不可忽视的是，PM2.5等空气中悬浮颗粒物的浓度与肺部及呼吸类的疾病也密切相关。由此可见，空气质量问题对人类产生了极大危害，直接影响着人体的身心健康。