基于单片机的【室内环境在线远程监测】设计
2019-01-10 15:45:06 admin
20侣· 03/05 设计与研发
基于单片机的室内环境监测设计陈达
（随州职业技术学院，湖北随州，441300）
摘要：本文设计了基于STC12C5A60S2单片机的室内环境监测系统，该系统由室内环境监测模块以及显示模块构成，通过 DHT21温湿度传感器以及MS1100甲醛传感器，实现了对室内环境的监测功能，并将监测数据通过STC12C5A60S2单片机进行转换，从而在显示模块中直观地显示出来。该系统不仅能够有效监测室内环境，更具有轻量、小巧、低耗等诸多优点。
关键词：单片机；室内环境监测；甲醛传感器；温湿度传感器
Indoor environment monitoring design based on single chip microcomputer
Chen Da
(Suizhou Vocational and Technical College，Suizhou Hubei，441300）
Abstract：This paper introduces the design Of the indoor environment monitoring system based on STC12C5A60S2 MCU, the system consists of indoor environment monitoring module and display module, the DHT21 temperature and humidity sensor MS1100 and formaldehyde sensor，realizes the monitoring function Of the indoor environment, and the monitoring data is converted by STC12C5A60S2 microcontroller, which display in the display module out. The system can not only effectively monitor the indoor environment, but also have many advantages，such as I ight，small, IOW consumption and SO on.Key words: single chip microcomputer；indoor environment monitoring；formaldehyde sensor；temperature and
humidity sensor
图1系统总体架构
该室内环境监测系统包括温湿度监测、甲醛浓度监测以及数据显示等三个功能模块，其中，温湿度监测、甲醛浓度监测两个模块分别由若干温湿度传感器以及甲醛浓度传感器构成。整个室内环境监测系统的运作流程为：由温湿度监测模块以及甲醛浓度监测模块中相应的传感器采集当前室内的温湿度、甲醛浓度等环境数据，这些数据进行处理后传输至数据显示模块中进行显示。
《二TN（）铲IC -TEST
可，采用电容式湿敏元件，属于电容式数字传感器，运行能耗非常低，并且通过标准数字单总线输出的方式，能够实现较远距离的数据传输。此外，由于DHT21温湿度传感器采用高精度NTC以及自动化校准技术，因此能够有效、可靠地监测采集室内的温湿度数据。本系统中DHT21温湿度传感器与处理器间的连接方式如图 2所示。
图2 DHT21温湿度监测模块与处理器连接图
原设计与研发
图3 MS1100一Pi l l甲醛浓度监测模块与处理器连接图
本室内坏境监测系统的数据流程如下：首先，在上电后数据显示模块、数据传输模块等各功能模块开始进行初始化，使其做好准备上作：然后，DHT21温湿度监测模块以及MS1100一P111甲醛浓度监测模块开始进行室内环境数据的采集工作，所采集的监测数据由数据传输模块进行A/D模数转换，然后进行存储：此时，系统MCIJ会发出显示室内环境监测信息的命令，数据传输模块收到命令后将实时监测数据传输至显示模块，从而将转换后的数据显示出来。
测试过程如下：将上述实验板在室内环境中进行环境数据监测测试，对测试中所监测到的室内温度、湿度、甲醛浓度等数据进行记录，并与传统室内环境监测手段所监测的数据进行对比分析。在室内温湿度监测方面，传统监测方式采用室内温湿度计，该室内温湿度计的温度监测误差低于± 2 ℃，湿度监测误差为 ±。在室内甲醛浓度监测方面，传统监测方式采用了某品牌的
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空气甲醛自测盒，其甲醛监测最小分辨率为0· 05mg/m3。实验板监测结果与传统监测方式的监测结果对比情况如表1一表3所示
表1温度监测数据对比
0· 00mg/m3 0 · 2mg/m
0 · 2mg/m3 o．00mg/m3 0，2mg/m3 0，2mg/m3 o．00mg/m3 0· 2mg/m3 0· 2mg/m3
通过实验，可以看到本文所设计的基于STC12C5A60S2单片机的室内环境监测系统所监测的室内环境数据，与传统监测方面所监测的数据之间的误差值非常小。由此可以证明，该室内环境监测系统具有良好的精确度以及稳定性，可以满足实际的室内环境监测需求。
罔范奥博铁治欣，吴铭程，刘良桂．室内空气质量监测系统的设计[J].浙江理工大学学报，20巧，33（05）：382一389．
[3]徐见炜．室内环境监测系统的设计阻电子世界，2016（(1)彐69一171.
1系统总体设计
本文所设计的系统环境监测系统主要基于STC12C5A60S2单片机，选择该款单片机的原因在于其具有低功耗、应用广、集成 A/D转换模块以及1 /0资源多等优点。基于STC12C5A60S2单片机的室内环境监测系统总体架构设计如下图1所示。图1系统总体架构
该室内环境监测系统包括温湿度监测、甲醛浓度监测以及数据显示等三个功能模块，其中，温湿度监测、甲醛浓度监测两个模块分别由若干温湿度传感器以及甲醛浓度传感器构成。整个室内环境监测系统的运作流程为：由温湿度监测模块以及甲醛浓度监测模块中相应的传感器采集当前室内的温湿度、甲醛浓度等环境数据，这些数据进行处理后传输至数据显示模块中进行显示。
2系统硬件设计
本文中重点针对温湿度监测模块以及甲醛浓度监测模块进行设计。2 · 1温湿度监测模块
本系统设计中，温湿度监测模块选择采用了奥松电子有限公司的DHT21温湿度传感器。该款温湿度传感器的可靠性被广泛认甲寻《二TN（）铲IC -TEST
可，采用电容式湿敏元件，属于电容式数字传感器，运行能耗非常低，并且通过标准数字单总线输出的方式，能够实现较远距离的数据传输。此外，由于DHT21温湿度传感器采用高精度NTC以及自动化校准技术，因此能够有效、可靠地监测采集室内的温湿度数据。本系统中DHT21温湿度传感器与处理器间的连接方式如图 2所示。
图2 DHT21温湿度监测模块与处理器连接图
2 · 2甲醛浓度监测模块
甲醛浓度监测模块硬件设计方面，本设计通过对国内市场当中的多种室内气体传感器产品进行比较筛选，最终选定了技术成熟的MSIIOO一P111传感器。MS1100一PIIl传感器是由龙戈电子有限公司生产的一种挥发性有机化合物传感器，业内普遍对其灵敏度以及稳定性给予好评。性能方面，MS1100-P111传感器的气体监测范围约为0一100ppm浓度之间，能够对大于0 · Ippm浓度的甲醛、苯、甲烷等多种对人体有毒害的气体成分进行较为精确的定性检测，而且对甲醛十分敏感，十分适用于室内环境监测系统的甲醛浓度监测模块。本系统中MS1100-P111甲醛气体采集模块与处理器的连接方式如图3所示。原设计与研发
图3 MS1100一Pi l l甲醛浓度监测模块与处理器连接图
3系统软件设计
本室内环境监测系统的软件设计方面主要遵循模块化理念，设计了上电初始化、温湿度监测、甲醛浓度监测、数据传输、数据转换、数据显示、报警等各功能模块，并且为各功能模块分别编写独立函数的编程方式，从而通过相关函数来实现对各功能模块的控制。本室内坏境监测系统的数据流程如下：首先，在上电后数据显示模块、数据传输模块等各功能模块开始进行初始化，使其做好准备上作：然后，DHT21温湿度监测模块以及MS1100一P111甲醛浓度监测模块开始进行室内环境数据的采集工作，所采集的监测数据由数据传输模块进行A/D模数转换，然后进行存储：此时，系统MCIJ会发出显示室内环境监测信息的命令，数据传输模块收到命令后将实时监测数据传输至显示模块，从而将转换后的数据显示出来。
4实验分析
在本室内环境监测系统设计方案完成理论设计后，通过实验对其性能等进行验证分析。首先，依照本设计方案中的硬件设计部分，将STC12C5A60S2单片机、DHT21传感器、MS1100一P111传感器以及液晶显示器等硬件连接制成实验板；然后，使用Keii u Vision4根据软件设计方案编写出相应的二进制程序，并将编写好的程序通过STC ISP写入STC12C5A60S2单片机；最后对实验板进行上电运行测试。测试过程如下：将上述实验板在室内环境中进行环境数据监测测试，对测试中所监测到的室内温度、湿度、甲醛浓度等数据进行记录，并与传统室内环境监测手段所监测的数据进行对比分析。在室内温湿度监测方面，传统监测方式采用室内温湿度计，该室内温湿度计的温度监测误差低于± 2 ℃，湿度监测误差为 ±。在室内甲醛浓度监测方面，传统监测方式采用了某品牌的
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空气甲醛自测盒，其甲醛监测最小分辨率为0· 05mg/m3。实验板监测结果与传统监测方式的监测结果对比情况如表1一表3所示
表1温度监测数据对比| 传统监测手段 | 实验板 | 误差值 |
| 25．5 ℃ 26 ℃ 27 ℃ |
25 · 3 ℃ 25 · 9 ℃ 26· 8 ℃ |
0 · 2 ℃ o．1 ℃ 0· 2 ℃ |
| 表2湿度监测数据对比 | ||
| 传统监测手段 | 实验板 | 误差值 |
| 72%RH 68%RH 70%RH |
70%RH 6& 5%RH 71 %RH |
2%RH 0 · 5%RH 1%RH |
| 表3甲醛浓度监测数据对比 | ||
| 传统监测手段 实验板 | 误差值 | |
0 · 2mg/m3 o．00mg/m3 0，2mg/m3 0，2mg/m3 o．00mg/m3 0· 2mg/m3 0· 2mg/m3通过实验，可以看到本文所设计的基于STC12C5A60S2单片机的室内环境监测系统所监测的室内环境数据，与传统监测方面所监测的数据之间的误差值非常小。由此可以证明，该室内环境监测系统具有良好的精确度以及稳定性，可以满足实际的室内环境监测需求。
5总结
本文提出了基于STC12C5A60S2单片机的室内环境监测系统设计方案，所设计的系统能够对室内温度、湿度以及甲醛浓度等数据进行精确、稳定的监测。在此基础上，该系统还具有扩展的潜力，通过增加二氧化碳传感器等其他类型的传感器，能够监测更多气体成分。此外，还能够通过连接更多设备以及添加相应控制程序的方法，丰富该系统的实用功能。比如将排风扇连接到本系统中，当室内空气中被监测的成分浓度超标时，系统能够自动打开排风扇来提升室内空气质量。参考文献
田陈东杰，许中石单片机的室内环境监测系统设计探讨阻信息技术与信息化，2017（05）：131．133．罔范奥博铁治欣，吴铭程，刘良桂．室内空气质量监测系统的设计[J].浙江理工大学学报，20巧，33（05）：382一389．
[3]徐见炜．室内环境监测系统的设计阻电子世界，2016（(1)彐69一171.
（上接第34页）
4总结
本文针对多道能谱的特点，设计了AD采集电路，并对采集结果进行了时序仿真及硬件仿真，仿真结果表明了所设计的 AD9226和AD9650系统的正确性。AD9226可以完成数据的采集，但山于采样精度较低，导致多道能谱分析仪的能量分辨率不高； AD9650是一个16位精度的高速模数转换器，可以明显提高多道能谱分析仪的能量分辨率，但是由于采样速度较快，采样精度高，数据处理困难。如果在现有的基础上能够提高数据的处理速度，26
将使整个系统的精确度得到很大的提高。参考文献
田王季红，王良厚，房宗良．梯形成形技术在数字多道系统中的应用引·核电子学与探测技术，20凵，（05）：543一546 ·
王水鱼，王伟．基于AD7606的智能电网数据采集系统设计引·微型机与应用，2016，35（22）：8一10．产品推荐
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