簡(jiǎn)易室內溫度及空氣質(zhì)量監測系統設計

摘要：室內溫濕度及顆粒物濃度是人們日常生活中密切關(guān)注的空氣指標，系統通過(guò)DHT11溫濕度傳感器采集室內的溫濕度信號，再通過(guò)GP2Y1010可吸入肺顆粒物濃度檢測傳感器進(jìn)行室內空氣質(zhì)量的數值檢測，如果PM2.5值超出上限將報警。

引言

　　室內環(huán)境的溫度、濕度和可吸入肺顆粒物濃度是人們日常生活中十分關(guān)心的室內空氣質(zhì)量的指標?，F今健康成為越來(lái)越多的人關(guān)注的話(huà)題，但是由于我們周邊生活環(huán)境的日益惡劣，尤其是霧霾天氣的加重，PM2.5值不斷提高，有效監測手段非常必要。

　　本文所設計的簡(jiǎn)易的空氣質(zhì)量監測系統可以實(shí)時(shí)地監控房間內的溫濕度，對可吸入肺顆粒物的濃度檢測值，在被測定之后，如果超過(guò)其最高限定值則會(huì )報警以提示。

1 系統總體設計

　　整個(gè)設計需要完成溫度傳感器電路的制作和傳感器布局，核心控制器的選型及電路設計，設計可行的溫度控制算法(可以基于PID或者模糊邏輯)，設計多點(diǎn)溫度數據的采集及轉換、溫度實(shí)時(shí)顯示電路、空氣質(zhì)量監測及懸浮物測量的基本方案，并進(jìn)行硬件選型和空氣質(zhì)量基準標定等。

　　為了滿(mǎn)足上述設計要求，選擇STC89C52RC型單片機，使用多個(gè)DHT11溫濕度傳感器來(lái)實(shí)現多個(gè)地點(diǎn)采樣溫濕度的工作，輔以GP2Y1010型可吸入肺顆粒物傳感器，用來(lái)檢測環(huán)境中可吸入肺的顆粒物的濃度，最終通過(guò)LCD1602液晶顯示屏進(jìn)行溫濕度和可吸入肺顆粒物濃度的檢測值的顯示，不同控制模式下使用不同方式設定標準溫濕度值，通過(guò)PID控制溫度控制算法來(lái)實(shí)現溫度的控制，并且對可吸入肺顆粒物的濃度也設定一個(gè)上限值，如果超過(guò)上限值就進(jìn)行報警。

2 溫度傳感器的選擇

　　目前使用的數字量輸出的傳感器有兩種，即DS18B20和DHT11。

　　方案一：DHT11溫濕度傳感器。DHT11溫濕度傳感器有5V左右的工作電壓，可以檢測的溫度范圍為0℃-50℃，并且可以在該溫度的范圍內進(jìn)行濕度的測量。這種傳感器采用數字信號輸出。

　　方案二：DS18B20溫度傳感器。DS18B20也有5V工作電壓。分辨率調整范圍為9至12位。其溫度測量范圍從-55℃至+125℃，同樣也是數字信號輸出，但不能同時(shí)進(jìn)行溫度和濕度兩種所需指標的檢測。

　　由于傳感器需要在多點(diǎn)測量溫濕度的實(shí)際情況當中進(jìn)行應用，而DS18B20只能實(shí)現對一種指標進(jìn)行測量，且多點(diǎn)測量的情況下，還需要單純的測量濕度的檢測器件，這樣會(huì )增加成本和諸多設計上需要考慮的問(wèn)題，因此結合應用需要選擇DHT11更為方便。

3 空氣質(zhì)量傳感器模塊的選擇

　　要進(jìn)行室內空氣質(zhì)量的檢測，通過(guò)對比和篩選初步選擇了M205型空氣質(zhì)量模塊和GP2Y1010可吸入肺顆粒物濃度檢測傳感器模塊兩種，下面具體對兩種模塊進(jìn)行詳細的比較。

　　方案一：M205型空氣質(zhì)量模塊。該模塊的優(yōu)點(diǎn)在于其內部具有現在技術(shù)非常成熟的片式厚膜半導體氣敏元件，對空氣中的各類(lèi)的易燃類(lèi)氣體比如氫氣、一氧化碳、酒精等氣體比較敏感。但該類(lèi)模塊存在一定的危險性，不適合室內溫、濕度監測。

　　方案二：GP2Y1010可吸入肺顆粒物濃度檢測傳感器模塊。這是運用光學(xué)原理來(lái)檢測的可吸入肺顆粒物檢測傳感器，該類(lèi)傳感器模塊的工作原理是由于空氣中的光線(xiàn)強度受塵埃顆粒的影響比較明顯，通過(guò)加載一個(gè)光學(xué)傳感器模塊對光線(xiàn)的強度做出感應，從而得出濃度檢測的數值。尤其是可以有效地檢測到像香煙煙霧般非常細的顆粒。該傳感器的工作方式為通過(guò)檢測空氣中粒子半徑為0.5微米的顆粒數量，具有相當高的穩定性和靈敏性。

　　對于本方案，是在室內中央空調環(huán)境下的溫濕度及空氣質(zhì)量監測，通過(guò)上述的比較， GP2Y1010的測量精度和各方面特點(diǎn)更加符合設計的要求。

4 系統硬件設計

4.1 總體結構

　　前面的論證將系統方案和各個(gè)模塊的選用方面都進(jìn)行了具體的分析，于是，在以上各個(gè)模塊元器件選定基礎之上，可初步畫(huà)得本設計系統結構如圖1所示。

4.2 DHT11溫濕度檢測模塊

　　其中DHT11溫濕度檢測模塊和GP2Y1010型可吸入肺顆粒物濃度檢測模塊采集完信號后，均傳入STC89C52RC進(jìn)行信號的處理，接著(zhù)測量的溫濕度數值和溫度設定值以及可吸入肺顆粒物濃度即PM2.5的數值通過(guò)LCD1602顯示出來(lái)。

　　DHT11的外觀(guān)實(shí)物圖如圖2所示。

　　DHT11共有4個(gè)引腳，其中將四個(gè)引腳編號為1號、2號、3號和4號。1號名稱(chēng)是VCC，是電源引腳，正電源輸入且可輸入3V至5.5V的直流電壓，本設計具體應用的是+5V直流電源;2號引腳名稱(chēng)是Dout，是輸出引腳，在輸出類(lèi)型上是單總線(xiàn)數據輸出/輸入引腳;3號引腳名稱(chēng)是NC，是空腳，擴展未用;4號引腳名稱(chēng)是GND，是接電源地的引腳。