家居环境监测系统

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2016 Mouser物联网创新设计大赛 项目报告 题 目： 家居环境监测系统 视频观看地址： /v_show/id_XMTcyMDU5OTA0MA==.html 题 目： 家居环境监测系统 关键词： STM32 空气质量 PM2.5 智能家居 环境监测 摘要 本设计的主要检测对象是室内空气污染中对人体有害的气体，如：硫化物，可吸入颗粒物，一氧化碳，苯和液化气等等。将各传统的空气质量检测模块相关功能可集成可分离单独检测，使得产品的功能更加丰富，更加人性化。该仪器主要包括：MQ2传感器模块、MQ7传感器模块、MQ135传感器模块、PM2.5传感器（GP2Y1010AU0F）模块、STM32F103VET6模块、温湿度检测模块、液晶显示与声光报警模块、OLED显示模块、电源模块，WIFI模块等组成。采用OLED显示及WIFI发射到PC上位机显示。传感器报警值根据《室内空气质量标准》（GB 18883—2002）中的国家标准值设定报警。 引言 近年来,随着环境污染和能源危机的日益严峻,人类在生活和工作中对于环境污染日益重视,做好环境保护工作已成为人们在生活和生产中的一项必不可少的工作环节。与此同时加强室内环境监测的必要性与重要性认识也得到了人们的高度重视,这主要是由于其在分析室内环境污染来源、人体危害方面发挥着不可替代的作用。本设计就目前我国室内环境进行检测和显示报警，从而为人们的室内环境提供以具备良好、健康的生活环境。 该系统包括三部分，一个是检测部分，一个是显示与报警部分，还有一个是WIFI发射PC终端监测部分三个部分组成。 系统方案 如图一为系统的硬件系统结构图： 图1 硬件系统结构图 如图一为系统的软件系统结构图： 图2软件系统结构图 系统硬件设计 3.1主控设计： 采用STM32103VET6作为主控MCU，并以此设计了开发板。兼有USB转TTL下载功能，JLINK调试接口，供电模块，RS232通信接口... ... 下载电路部分： 3.2传感器设计 由于个传感器所需的外围器件较少，可以直接购买相关成品模块以缩短开发周期。故对此部分，我们对各模块原理图进行分析，在该基础上进行程序开发，系统调试。 3.2.1MQ系列气体传感器 我们根据《室内空气质量标准》（GB 18883—2002）中的国家标准值，改变MQ模块的变阻器以调节其报警阈值，使其在检测到有害气体超标时能够及时报警。 下面是该产品所使用的MQ2，MQ7，MQ135气体传感器模块的硬件原理图： 当模块监测到所测气体浓度达到设置的安全阈值时out引脚输出低电平，从而点亮发光二极管进行报警。 3.2.2 PM2.5传感器 光学灰尘传感器（GP2Y1010AU0F）在检测非常细的颗粒，如香烟烟雾，是特别有效的。该装置中，一个红外发光二极管和光电晶体管，对角布置成允许其检测到在空气中的灰尘反射光。该传感器具有极低的电流消耗（最大20mA，11毫安典型的），可以搭载高达7VDC的传感器。输出的是一个模拟电压正比于所测得的粉尘浓度，敏感性为0.5V/0.1mg/m3。其原理是：传感器中心有个洞可以让空气自由流过，定向发射LED光，通过检测经过空气中灰尘折射过后的光线来判断灰尘的含量。 3.2.3 OLED显示 采用中景园的0.96寸OLED显示模块。 利用MCU以SPI方式与OLED模块进行控制和通讯。 3.2.4 DHT22温湿度采集 DHT22数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。温度测量范围-40度到80度，精度小于正负0.5度，完全可以满足现实需要。 3.2.5 WIFI发射及上位机显示 无线WIFI传输模块采用ESP8266芯片作为传输芯片。芯片内部集成32位CPU作为WIFI协议处理器，也作为应用处理器，主频支持80MHz和160MHz两种频率，支持801.11 b/g/n 2.4G~2.5G，并且具有SDIO2.0 HSPI/SPI,UART,I2C,I2S,HW IR Remote,PWM,GPIO等丰富的外设。开发者可以采用官方提供的SDK开发或者使用相应固件，通过其他处理器对其进行控制。 上位机软件主要是实现网络远程状态显示与报警。 系统软件设计 本系统软件设计主要是单片机程序设计，程序流程图如图4-1 图4-1程序流程图 系统上电之后首先进行各个外设模块的初始化工作，主要是相应控制引脚以

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