基于單片機(jī)的家居空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(山東協(xié)和學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 山東 濟(jì)南 250000)

一、引言

隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)周?chē)姝h(huán)境的質(zhì)量狀況越來(lái)越重視，而家裝過(guò)程中產(chǎn)生的甲醛等有害氣體超標(biāo)很難被人體感受到，但他們對(duì)人體的傷害卻是很大的，如果不能做出及時(shí)的應(yīng)對(duì)，長(zhǎng)期超標(biāo)的室內(nèi)空氣污染必定會(huì)帶來(lái)難以處理的后果[1-3]。基于此需求，通過(guò)基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，終端采用單片機(jī)作主控制器，結(jié)合傳感器檢測(cè)模塊，LCD顯示模塊等實(shí)現(xiàn)家居空氣有害氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，從而幫助人們及時(shí)了解和評(píng)價(jià)家庭環(huán)境空氣質(zhì)量狀況,以便采取有效措施進(jìn)行預(yù)防和控制[4-6]。

二、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的家居空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集采集、處理、報(bào)警和顯示于一體，利用MCU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，有利于進(jìn)行全面評(píng)定。系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)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(shí)鐘顯示模塊，檢測(cè)到的家居環(huán)境空氣參數(shù)經(jīng)過(guò)單片機(jī)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(cè)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(bào)警模塊(5V蜂鳴器)、時(shí)鐘模塊和供電模塊等組成。

圖1 家居空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)時(shí)間，系統(tǒng)時(shí)間可以通過(guò)按鍵設(shè)置。

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

當(dāng)煙霧濃度超過(guò)設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警值可以通過(guò)煙霧傳感器模塊電位器調(diào)節(jié)。

三、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

(一)系統(tǒng)原理

家居空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)為主控。空氣中煙霧、CO和甲醛等有害氣體通過(guò)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(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理。單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理后，驅(qū)動(dòng)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(jí)。如果煙霧濃度超過(guò)預(yù)設(shè)的報(bào)警值，則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。為便于實(shí)時(shí)顯示和測(cè)量溫度，加入系統(tǒng)時(shí)鐘模塊和溫度傳感器模塊，進(jìn)一步完善監(jiān)測(cè)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、處理后生成實(shí)時(shí)時(shí)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(bào)警值進(jìn)行對(duì)比。STC12C5A60S2單片機(jī)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(chǔ)器，擦寫(xiě)次數(shù)在10萬(wàn)以上；兩個(gè)獨(dú)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(cè)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(diǎn)。采用MQ-2煙霧傳感器模塊檢測(cè)煙霧濃度，工作電壓5V，需30s預(yù)熱后讀取模擬輸出電壓，可通過(guò)電位器調(diào)節(jié)報(bào)警值，順時(shí)針變大、逆時(shí)針變小。

四、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試

家居空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)Protues仿真電路圖

通過(guò)簡(jiǎn)單硬件模塊的連接和軟件C語(yǔ)言編程，基本實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的預(yù)期功能。LCD1602顯示屏實(shí)時(shí)顯示時(shí)間、溫度和煙霧濃度數(shù)值(如圖3所示)，當(dāng)煙霧濃度超過(guò)報(bào)警值，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。CO、甲醛等家居空氣主要污染氣體的濃度不通過(guò)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(jì)的家居空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)家居空氣的基本監(jiān)測(cè)，對(duì)人身安全起到預(yù)防保護(hù)的作用。因此，市場(chǎng)前景廣闊、推廣價(jià)值高。但系統(tǒng)仍存在很多不足之處，有待進(jìn)一步完善，且具體硬件電路的實(shí)現(xiàn)有待進(jìn)一步完成。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳寧,尚坡歷,蔡卓恩.基于單片機(jī)的室內(nèi)空氣檢測(cè)及凈化系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)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(duì)策研究[J].安徽預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2004,(4):65-68.

[3]諶永華,劉沂玲.室內(nèi)空氣污染及其檢測(cè)方法[J].化學(xué)分析計(jì)量,2004(6).