基于Arduino室内环境检测系统设计
摘要：本文主要是针对现有的室内环境数据检测不方便，以及很多检测机构没有专业的设备能够精确的检测出数据的，所以设计了一个基于单片机控制的智能化的房间内环境数据采集的控制系统，这个数据采集系统设备以单片机为主控中心能够检测室内的一氧化碳、甲醛、固体粉尘颗粒PM2.5等化学污染有害物，还能够检测室内的温湿度，室内的光照的强度判断是不是光照太强造成了光污染，同时本课题设计制作的室内环境检测还能够检测室内是否发生火灾从而在火灾发生的最初阶段就给扑灭。主要是采用单片机模块、一氧化碳模块、甲醛模块、固体颗粒模块以及温湿度光照模块等主要传感器芯片，在单片机的编程控制下能够实现室内环境数据的采集。
关键词：室内环境检测；Arduino；环保
Indoor environmental monitoring system
Abstract: This paper is mainly for the inconvenient detection of existing indoor environmental data, and many testing institutions do not have professional equipment to accurately detect the data, so design a control system based on intelligent control of the room environment data acquisition. This data acquisition system equipment can detect indoor carbon monoxide, formaldehyde, solid dust particles PM2.5 and other chemical pollution hazards in the main control center. It can also detect indoor temperature and humidity. The intensity of indoor illumination is judged to be too strong. It causes light pollution, and the indoor environment test designed and manufactured by this subject can also detect whether there is a fire in the room and extinguish it at the initial stage of the fire. Mainly using the main sensor chip such as single-chip module, carbon monoxide module, formaldehyde module, solid particle module and temperature and humidity illumination module, it can realize the collection of indoor environmental data under the programming control of single-chip microcomputer.
Keywords: Indoor environmental monitoring, Arduino, environmental protection
第一章 绪论 3
1.1 研究背景 3
1.2 本课题发展现状及趋势 4
第二章 系统方案设计 5
2.1 本课题设计的目标及内容 5
2.2 系统框图的设计及说明 6
第三章 硬件系统设计 8
3.1 单片机模块 8
3.1.1 单片机选型介绍 9
3.1.2单片机电路设计 12
3.2 温湿度模块 13
3.2.1温湿度模块的选型及介绍 13
3.2.2温湿度模块电路设计 14
3.3 一氧化碳模块 15
3.3.1一氧化碳模块的选型及介绍 15
3.3.2一氧化碳模块电路设计 16
3.4 粉尘传感器模块 16
3.4.1粉尘传感器模块的选型及介绍 16
3.4.2粉尘传感器模块电路设计 17
3.5 光敏模块 18
3.5.1光敏模块的选型及介绍 18
3.5.2光敏模块电路设计 19
3.6 火焰模块 20
3.6.1火焰模块的选型及介绍 20
3.6.2火焰模块电路设计 20
3.7 显示模块 21
3.7.1显示模块的选型及介绍 21
3.7.2显示模块电路设计 23
3.8 VOC模块 24
3.8.1 VOC模块的选型及介绍 24
3.8.2 VOC模块电路设计 24
3.9 声光报警模块 25
3.9.1声光报警的选型及介绍 25
3.9.2声光报警电路设计 26
第四章 软件系统设计 27
4.1 程序流程图设计说明 27
4.2 各功能模块程序设计 28
4.2.1 主程序设计 28
4.2.2 温湿度传感器设计 30
4.2.3 一氧化碳程序设计 31
4.2.4 粉尘传感器程序设计 31
4.2.5 光敏电阻程序设计 31
4.2.6 火焰传感器程序设计 31
4.2.7 LCD液晶显示设计 31
4.2.8 粉尘传感器模块设计 32
第五章 总结 33
第六章 致谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1 研究背景
现在科学技术的快速发展，从上世纪冯诺依曼发明计算机到现在，人工智能盛行的当下，上世纪50年代最初研发的计算机，只是为军事科研来服务的到现在计算机已经发展到融入到社会的各行各业，融入到人们的生活中。正是因为计算机技术的高速的发展才带来了现在人工智能化的局面，智能化已经很大程度改变的人们的生活生存方式。现在智能化主要是指的通过现代通讯技术和计算机技术针对某一个产品使其具有能动性，能够绝对大程度上让人们能够对这个产品满足。智能化产品的需求也是由于近十几年来计算机技术和通讯技术的革命性的技术突破，使得人们对现有的生活水平和生活方式的不满足提出了需要更高的生活方式水平的要求。也正是现在人们对这些需求的迫切需要智能化的产品就应运而生了。
提到智能化就不得不说实现智能化的必须的一个材料智能材料，就像我们平时经常听到的智能化农场但是这个智能农场到底是怎么智能的，首先我们需要计算机或者控制中心能够自主的感知农场里的空气温度、空气湿度以及土壤湿度来判断是不是需要浇水。如果是人工管理农场就可以根据自己皮肤的感知或者经验得到这些温度湿度是否需要浇水这些答案。但是计算机他就是硬件物理东西他怎么感知，这个时候就需要有一个材料能够感知到空气中的温度湿度以及土壤的湿度，然后这种材料再把感知到的温湿度的数据再转化为计算机单片机能够识别的模拟或者数字信号，就可以对单片机进行编程让单片机根据智能材料感知的数据进行判断是不是温度太高是不是土壤缺水。通过上面的例子我们就可以知道智能化的发展离不开智能材料的发展，只有智能材料的发展才能够代替人们去感知世界上的万事万物，把世界上的万事万物转化为单片机可以识别的模拟数字信号，就可以不用人们去干预去控制，单片机会自动得出来人们想看到的结果或者目的。
经过这几年的发展人工智能已经不仅仅是通讯技术和计算机技术，为了进一步满足人们的需求智能化已经集合了网络、大数据和物联网等，众多热门技术能够更加智能化的帮助解决人们生活中的需求而且这两年的智能化产品的复杂程度和设计的技术也是越来越复杂功能也是越来越多。
1.2 本课题发展现状及趋势
由于随着我国的工业化发展的越来越快空气质量也是越来越差，从以前的蓝天白云到现在灰蒙蒙的天空所以现在空气质量成为了人们日益关注的重点。现在家庭装修是每个购房者的必备工作每个人都想着把自己家根据好看的装修风格装修。但是为了能够达到我们想要的装修风格就需要用到很多装修的材料例如油漆、石灰膏、各种模板材料等。但是这些材料很多都不是天然生成的都是由人工后期通过添加各种化学试剂合成的。这些使用的化学试剂很多都会挥发出一些有害人体健康的气体成分。近年来也有很多新闻报道，因为室内装修使用不环保的材料使居住人致癌，所以现在很多生活在城市中的人对室内的空气质量特别在意，所以现在就急需要有一种能够放在家里面能够实时检测家中的空气中的质量。在我们一般居住的房屋室内主要的空气有害成分分为：化学污染有害物、物理污染有害物、放射性的物质以及微生物污染有害物。这其中化学污染有害物主要是人们使用加工合成的产品本身使用的化学添加剂不合格造成的室内空气环境中甲醛超标，一些苯类有害气体成分超标以及TVOC含量超标等等。而物理污染有害物就是不对人身体健康的直接伤害而是通过污染我们的身体的感官系统让人们感觉不舒服例如我们经常会遭遇的光污染以及声音污染等等。放射性的有害物质是对人体危害最大的。微生物污染有害物主要是通过我们的平时吃住通过呼吸道消化道进入我们身体从而引发身体的疾病损害我们身体的健康。
现在国家环保局和卫生部门也发布了很多空气质量的标准用作作为仪器检测空气的一个标准。由于现在室内检测的需求量很大也有很多检测机构专门来检测室内空气，但是室内环境检测这个行业也是这几年才开始兴起很多检测机构检测都是不规范的，很多是带有赚钱更大利益的手段去做室内检测。而且现在很多从事室内环境检测的行业人员的技术水平和对整个室内环境的检测的方法都是不规范甚至是检测的是无效的。所以现在国内的室内检测行业还需要再改进。现在科学技术的不断发展以后室内环境检测可能就不会需要再有人工带着仪器进入室内进行检测分析，而是在每个家庭室内都安装有一台专门检测空气的仪器，能够实时的检测分析家庭空气中的有害成分是否超标，能够实时的显示出来然后居住人能够每天都能了解知道自己生活的空气质量。
第二章 系统方案设计
2.1 本课题设计的目标及内容
本课题研究主要是针对现有的室内环境数据检测不方便，以及很多检测机构没有专业的设备能够精确的检测出数据的，所以设计了一个基于单片机控制的智能化的房间内环境数据采集的控制系统，这个数据采集系统设备以单片机为主控中心能够检测室内的一氧化碳、甲醛、固体粉尘颗粒PM2.5等化学污染有害物，还能够检测室内的温湿度，室内的光照的强度判断是不是光照太强造成了光污染。本课题要能够实现这么多功能就需要有专门的传感器来去识别空气中的这些成分，只有这些专业的传感器模块才能去分析鉴别空气的成分。传感器只是把空气中的成分转化成电信号而想要转化成我们能够直观看到的数据就需要一款高性能的单片机来接收这些传感器采集回来的数据进行分析处理成我们能够直观认识到的数值。单片机要根据环保局和卫生局制定的空气质量标准来设定警戒值，如果通过传感器采集回来的空气某种对人体有害成分超标就通过声光报警来提示居住人空气的某种成分超标了做好应对措施。
本课题的目标就是改变现有的室内空气检测的行业模式，让每个家庭室内都装有一个智能化的室内环境检测仪器能够每天实时的去自动检测环境空气的数据并显示，居住人只需要设定仪器检测成分的警戒值。
参考文献
[1]马东来．电气自动检测技术[M]．电子工业出版社，2001:210-230.
[2]张思新，冯育长．单片机系统设计及工程应用[M].北京电子科技大学出版社，2005:79-85.
[3]张来堂.光电检测技术（第2版）[M].中国计量出版社，2009: 254-259.
[4]谈培源，付扬.光电检测技术与应用[M].北京航空航天大学出版，2006:221-224.
[5]张道德.单片机接口技术（C51版）[M].中国水利水电出版社，2007:112-115.
[6]汪云.基于霍尔传感器的转速检测装置[J].传感器技术，2003：22(10):45-47.
[7]杨路明.C语言程序设计[M].北京邮电大学出版社，2005:1-7.
[8]徐玮，徐富军，沈建良.C51单片机高效入门[M].机械工业出版社，2006.43-45.
[9]王为青，程国钢.单片机Keil Cx51应用开发技术[M].人民邮电出版社，2007:31-38.
[10]林志琦，郎建军，谷会杰，佟大鹏.基于Proteus的单片机可视化软硬件仿真[M].北京航空航天大学出版，2006:1-
[11]丁英丽. 智能光电计数系统的设计[J].计量与测试技术，2004：5(2): 31-32.
[12]陈照章，朱湘临.光电测速传感器及其信号调理电路[J].传感技术，2002：1（8）;53-55.
[13]Car systems integrate more functions (1997, June). J Electronic Components, pp. 186-226.
[14]Burr-Brown Application Handbook (1994), USA.
[15]Data Transmission Design Seminar (1998), Reference Manual, Texas Instruments, USA.
