基于單片機的家居空氣質量監測系統設計

(山東協和學院機電工程學院 山東 濟南 250000)

一、引言

隨著社會的發展,人們對周圍生存環境的質量狀況越來越重視，而家裝過程中產生的甲醛等有害氣體超標很難被人體感受到，但他們對人體的傷害卻是很大的，如果不能做出及時的應對，長期超標的室內空氣污染必定會帶來難以處理的后果[1-3]。基于此需求，通過基于單片機的空氣質量監控系統設計，終端采用單片機作主控制器，結合傳感器檢測模塊，LCD顯示模塊等實現家居空氣有害氣體的實時監控和預警，從而幫助人們及時了解和評價家庭環境空氣質量狀況,以便采取有效措施進行預防和控制[4-6]。

二、系統的總體設計

基于單片機的家居空氣質量監測系統集采集、處理、報警和顯示于一體，利用MCU對數據進行處理，確保數據的實時性和準確性，有利于進行全面評定。系統以STC12C5A60S2單片機為控制中心，由一氧化碳和甲醛傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器和時鐘顯示模塊，檢測到的家居環境空氣參數經過單片機處理后，在LCD1602液晶顯示屏上顯示。

(一)系統組成框圖

家居空氣質量監測系統的組成框圖如圖1所示，系統主要STC12C5A60S2中央處理單元、液晶顯示模塊、傳感器模塊、用戶輸入模塊、報警模塊(5V蜂鳴器)、時鐘模塊和供電模塊等組成。

圖1 家居空氣質量監測系統組成框圖

(二)系統功能設定

使用LCD1602顯示屏，循環顯示家居環境中的溫度值、煙霧濃度和實時時間，系統時間可以通過按鍵設置。

采用藍、黃、橙、紅四色LED燈顯示空氣質量等級，便于直觀顯示家居空氣情況。

當煙霧濃度超過設定的報警值時，蜂鳴器發出報警信號，報警值可以通過煙霧傳感器模塊電位器調節。

三、系統的硬件設計

(一)系統原理

家居空氣質量監測系統以STC12C5A60S2單片機為主控。空氣中煙霧、CO和甲醛等有害氣體通過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應的電壓信號，經A/D轉換后轉換為對應的數字信號，并送入單片機進行數據的采集和處理。單片機完成數據處理后，驅動LCD顯示屏模塊顯示煙霧濃度，并控制四色LED燈顯示空氣質量等級。如果煙霧濃度超過預設的報警值，則驅動蜂鳴器發出報警信號。為便于實時顯示和測量溫度，加入系統時鐘模塊和溫度傳感器模塊，進一步完善監測系統的功能。

(二)中央處理單元

中央處理單元采用STC12C5A60S2微處理器，進行數據采集、計算、處理后生成實時時間、溫度煙霧濃度和空氣質量等數據結果顯示于LCD屏，并將煙霧濃度數據結果與報警值進行對比。STC12C5A60S2單片機的低功耗、高可靠性，在嵌入式控制系統中具有廣泛應用。其性能包括：片內Flash程序存儲器，擦寫次數在10萬以上；兩個獨立串口；高速10位A/D轉換器，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室內溫度，該傳感器體積小、功耗低、易與微處理器連接等特點。采用MQ-2煙霧傳感器模塊檢測煙霧濃度，工作電壓5V，需30s預熱后讀取模擬輸出電壓，可通過電位器調節報警值，順時針變大、逆時針變小。

四、監測系統的測試

家居空氣質量監測系統Protues仿真電路圖如圖2所示。

圖2 家居空氣質量監測系統Protues仿真電路圖

通過簡單硬件模塊的連接和軟件C語言編程，基本實現了系統的預期功能。LCD1602顯示屏實時顯示時間、溫度和煙霧濃度數值(如圖3所示)，當煙霧濃度超過報警值，蜂鳴器會發出報警信號。CO、甲醛等家居空氣主要污染氣體的濃度不通過LCD1602屏顯示，而是直接顯示于四色LED燈，便于觀察。

圖3 LCD顯示數據

五、結論

設計的家居空氣質量監測系統能夠實現家居空氣的基本監測，對人身安全起到預防保護的作用。因此，市場前景廣闊、推廣價值高。但系統仍存在很多不足之處，有待進一步完善，且具體硬件電路的實現有待進一步完成。

【參考文獻】

[1]吳寧,尚坡歷,蔡卓恩.基于單片機的室內空氣檢測及凈化系統研究與設計[J].自動化與儀器儀表,2015,184(2):105-106.

[2]孫巧明.室內環境空氣污染與防治對策研究[J].安徽預防醫學雜志,2004,(4):65-68.

[3]諶永華,劉沂玲.室內空氣污染及其檢測方法[J].化學分析計量,2004(6).