【正文】 嵌入式課程設計論文題 目： 室內環(huán)境檢測系統(tǒng)設計 院（系）： 計算機與通信學院 專業(yè)年級： 2011級物聯(lián)網(wǎng) 姓 名 ： 郭盛功 學 號 ： 11280112 指導教師： 馬維俊 日期： 中文摘要隨著我國經濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們對環(huán)境問題及健康問題日益重視，室內空氣品質（IAQ）狀況受到越來越多的關注。人的一生中有三分之二的時間是在居室內度過的。本文研究的室內便攜式智能空氣品質監(jiān)測儀是以室內空氣中有毒有害氣體的監(jiān)測監(jiān)控為背景，是以ATMEL工公司的一款8位超低功耗單片機AT89S52為控制核心，能夠實現(xiàn)對室內溫度，濕度，甲醛，苯和氨的實時采集處理、顯示、報警等功能。儀器采用鋰電池供電，具有良好的便攜性和通用性，并且使用LCD1602點陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機對話界面。同時設計了聲光報警系統(tǒng)，實現(xiàn)在參數(shù)超標時及時的報警。室內智能空氣品質監(jiān)測儀體積小，功耗低，操作簡單，適合應用于家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康保健，能夠實時知道室內空氣的質量。關鍵詞：AT89S52；室內空氣品質；LCD顯示；溫濕度；甲醛ABSTRACTWith the development of our national economy and improvement of people39。s living standard, awareness of environmental issues and health problems increasing emphasis on indoor air quality (IAQ) conditions have been paid more attention to.. Twothirds of people39。s life time is spent in the living room. In this paper, Indoor Air Quality Portable Intelligent Monitor is on the background of toxic and harmful gases,based on an ATMEL 8bit working ultralow power MCU AT89S52 as control core, which can realize realtime acquisition and processing, display ,alarm and other functions of indoor temperature, humidity, formaldehyde, benzene and ammonia. Equipment powered by lithium batteries, has a good portability and versatility, and use the LCD1602 dot matrix LCD screen to display menu, and has a good interactive interface. At the same time sound and light alarm system is designed to achieve a timely manner when the parameter level exceeds the limit. Indoor Air Quality Portable Intelligent Monitor, small size, low power consumption, simple operation, and is suitable for family and munity health care in order to know realtime acquisition of indoor air quality.Key words：AT89S52；IAQ；LCD display；humiture；formaldehyde64 / 62目 錄目 錄 III第一章 緒 論 3 3(IAQ)的重要性 3 3 3 3 3 3 系統(tǒng)結構框圖 3第二章 室內空氣品質基本介紹 32．1室內空氣品質及認識 3 3 3 3 3 3 3 3第三章 室內空氣品質監(jiān)測儀的硬件設計 3 3 3 AT89S52單片機簡介 3 AT89S52單片機與其擴展 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3第四章 室內空氣品質監(jiān)測儀的軟件設計 3 3 3 3 3 3 AD轉換模塊 3 3 3 3第五章 結論與展望 3 3 3參考文獻 3附 錄 3附錄一 原理電路圖 3附錄二 程序清單 3附錄三 外文翻譯 3外文資料 3致 謝 3第一章 緒 論 (IAQ)的重要性隨著科學技術、生產條件、生活水平的改善和提高，建筑結構的封閉化室內辦公人員的增加，Indoor Air Quality（IAQ）室內空氣品質的研究吸引了越來越多人的關注。美國科學家在80年代末的一項調查中發(fā)現(xiàn)，室內有害污染物濃度比室外高，有的甚至高達100倍。我國有關部門在1994年的一次調查中也發(fā)現(xiàn)，城市室內空氣的污染程度比室外嚴重，有的超過室外56倍。據(jù)估計，人的一生平均90%的時間在室內度過，室內作為現(xiàn)代人類最主要的活動場所之一，其環(huán)境品質與人類健康息息相關。由此造成的病態(tài)建筑綜合癥（SBS－Sick Building Syndrome）：現(xiàn)代都市病，包括頭痛、惡心 疲乏、失眠、記憶力衰退 皮膚、粘膜有刺激感（眼紅、流淚、咽干） 呼吸紊亂等也越來越突出。IAQ在健康方面的影響：美國環(huán)保署(EPA)調查表明:在美國，IAQ問題是有關全民健康的首要問題之一，受其影響的美國人口多達3000萬，造成的經濟損失超過了400億美元/年，這些數(shù)字令人觸目驚心[1]；加拿大衛(wèi)生組織調查表明：68%的疾病與室內環(huán)境污染有關，其中80%~90%的癌癥與居住環(huán)境和生活習慣有關。英國科學家漢密爾頓測驗了220名英國人血液中60種化學元素的平均含量，發(fā)現(xiàn)其與地殼中這些元素的含量分布相當。湖南省相關部門對空氣污染區(qū)及清潔區(qū)910歲兒童為調查對象，研究空氣污染對兒童免疫力的影響，結果顯示:污染區(qū)兒童的免疫能力僅為清潔區(qū)兒童免疫能力的1/3。據(jù)統(tǒng)計，我國每年有11萬人因IAQ不好而導致死亡。 從我國“室內環(huán)境監(jiān)測中心”對IAQ監(jiān)測力度越來越大的趨勢也可以看出，此問題在我國也是越來越嚴重。IAQ在工作效率及社會經濟方面的影響：美國“職業(yè)安全及健康管理局”估計因室內環(huán)境質量惡劣而導致每個員工每天損失1415分鐘的工作時間，不僅損失了生產力，使成本上升，而且也導致醫(yī)療費用的增多影響整個社會的經濟利益。美國的另一項調查得知由于IAQ惡劣而導致總經濟成本的損失每年高達4754億美元(沒有包括對建筑材料及各種器材的損失)。香港環(huán)保署的首份IAQ調查表明香港辦公室和公共場所的IAQ不佳，造成醫(yī)療費、生產力和機電費的損失每年高達176億元[2][3]。鑒于此，人們認識到解決IAQ問題的重要性與迫切性，同時IAQ問題已經成為建筑環(huán)境、醫(yī)藥衛(wèi)生、智能監(jiān)測、自動控制等研究領域所關心的問題。 目前由于建筑材料品質不一、劣質燃料、抽煙、通風不良等原因，室內的空氣狀況往往不如室外，盡管大量的空調系統(tǒng)被應用到室內空間，但往往為了節(jié)能，減少自然通風了而利用回風，使IAQ進一步惡化，同時出現(xiàn)的舒適性空調僅著眼于熱舒適，忽視了空氣凈化，從而導致了一些負面作用: SBS(Sick Building Syndrom)建筑物綜合癥、BRI(Building Rolated Illiness)建筑物關聯(lián)癥和MCS(Multiple Chemical Sensitivity)化學物資過敏癥等[4]。隨著人們對IAQ認識程度的加深，以及健康保健知識的發(fā)展，人們不僅希望知道是什么污染物在作怪，更希望知道污染的濃度水平如何?這種濃度會對健康造成什么短期和長期危害?對存在的污染應該如何控制治理? 在這種情況下，設計開發(fā)一套空氣質量監(jiān)測儀表是有現(xiàn)實意義的。目前，對于室內環(huán)境監(jiān)測具儀表已經有很多種，雖然此類儀表成本不是很高，監(jiān)測速度較快，但是絕大數(shù)產品只是用來監(jiān)測，不具備自動控制調節(jié)室內空氣質量的能力。實際上，單純的監(jiān)測不能提供經濟可行的空氣質量調節(jié)措施，因此只有以控制作為監(jiān)測的后備支持，監(jiān)測工作才可以更深入持久地開展下去，才能達到監(jiān)測和控制的有機結合，盡快為人們創(chuàng)造良好的室內環(huán)境。因此，本文基于量化監(jiān)測，提出“室內便攜式智能空氣品質監(jiān)測儀”系統(tǒng)，此系統(tǒng)旨在實現(xiàn)室內空氣溫度、濕度、有害氣體的預警監(jiān)測及自適應智能調節(jié)，利用MCU進行數(shù)據(jù)采集保證了前臺數(shù)據(jù)的及時、準確，有利于進行全方位的評價，為人類營造一個健康的室內生存空間。氣體傳感器測定甲醛成為近年來甲醛檢測研究的新熱點。早在1983年，壓電類甲醛傳感器就已問世。這種傳感器可以不需要對樣品進行任何處理就可以測定，但易受水分子的影響而使晶體震動頻率發(fā)生漂移，故基本無實用性。為適應室內空氣甲醛現(xiàn)場快速檢測的要求，目前已開發(fā)出不少甲醛快速測定儀，這些儀器可直接在現(xiàn)場測定甲醛濃度，操作方便，適用于室內和公共場所空氣中甲醛濃度的現(xiàn)場測定，也適用于環(huán)境測試艙法測定木質板材中的甲醛釋放量。但這些儀器的工作原理、響應性能、適應范圍等都不同。在測試甲醛、苯等害氣體方面，國外比較出名的有:美國ESC公司生產的Z一300甲醛檢測儀、英國PPM公司生產的PPM400甲醛檢測儀。國內的有:江蘇安普電子工程有限公司生產的400型甲醛分析儀、北京賓達綠創(chuàng)科技有限公司生產的甲醛測定儀抑一308等[5]。這些儀器可實現(xiàn)對有害氣體的檢測功能，適用于專業(yè)檢測機構或實驗研究機構。準確測定甲醛、苯、氨等有害氣體的設備昂貴(如英國PPM公司生產的PPM400甲醛儀約兩萬多元)，測定時間較長，每隔一段時間就需進行重新標定，需要專業(yè)人員進行操作，很難連續(xù)測定[6]；目前國內外產品的設計差異主要集中在監(jiān)測傳感器和控制單片機芯片的選用，操作方面國外的產品操作界面方便，功能加完備[7]。本課題主要集中在IAQ的監(jiān)測、顯示、報警三個方面。本文內容安排如下:第一章:室內空氣品質監(jiān)測課題的提出及意義，介紹國內外的研究狀況及確定總體方案。第二章:監(jiān)測系統(tǒng)的具體方案的選擇 (1)確定監(jiān)測對象:選擇有代表性的監(jiān)測對象是進行下一步研究的關鍵。(2)布置采樣點:根據(jù)選用的傳感器的特點，及待測指標的精度要求布置傳感器。(3)數(shù)據(jù)的顯示及報警控制系統(tǒng)。第三章與第四章:室內空氣品質監(jiān)測儀的各個硬件模塊的設計，介紹在室內空氣品質實驗裝置基礎上設計的具有實際應用價值的室內空氣品質監(jiān)控系統(tǒng)的硬件與軟件組成。第五章:整個系統(tǒng)的仿真調試。第六章:總結本文研究工作以及在研究方面存在的不足，提出了進一步研究的展望。 本設計集甲醛，苯，氨氣以及溫濕度監(jiān)測，顯示與報警于一體，利用MCU進行數(shù)據(jù)采集保證了前臺數(shù)據(jù)的及時、準確，有利于進行全方位的評價。儀器采用鋰電池供電，具有良好的便攜性和通用性，并且使用LCD點陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機對話界面。 系統(tǒng)結構框圖第二章 室內空氣品質基本介紹2．1室內空氣品質及認識隨著城市人們生活水平的不斷提高，各類裝飾裝修材料、家具和日用化妝品大量進入室內，使室內污染物的來源和種類日益增多，造成室內空氣污染程度在室外空氣污染的基礎上更加重了一層。為了節(jié)約能源現(xiàn)代建筑物的密閉性增加，新風量不足，加上建筑的密閉性越來越好，使用的人工合成材料越來越多，使得室內污染物不能及時排除室外，在室內存儲、蓄積，造成室內空氣惡化。人們在人工環(huán)境中所處的時間越來越長，結果引發(fā)了各種與室內環(huán)境相關的病癥。所謂“兇宅”、“鬼屋”或“風水不好”的房屋，不少是積累了大量有毒有害物質的緣故[8]。 在20世紀70年代末期，認為IAQ代表一系列污染物濃度的指標，采用通風換氣等手段稀釋污染物濃度，使危害降低。近幾年研究表明，IAQ還包含其它因素，如空氣溫度、濕度、及氣流速度等，同時注意到IAQ是一個變量，涉及到設計、施工、和運行管理等多專業(yè)、多學科。污染源控制屬于起點控制，而通風換氣控制屬于終點控制，每種單一的控制都不能解決目前的IAQ問題，因此IAQ成為現(xiàn)代建筑科學、醫(yī)學衛(wèi)生、建筑環(huán)境工程、建筑設計等諸方面的研究課題[9]。: 室內五大污染源種類舉例顆粒物可吸入顆粒物化學污染物甲醛、苯、甲苯、氨氣、二氧化硫等生物污染物生物過敏源（貓狗等）、細菌和病毒放射性污染氡氣及其衰變子體、地板等釋放的γ射線物理污染噪音、照明不足或過亮、溫濕度過高或過低所引起的相關問題 ：來源舉例建筑材料形成石棉、氡、氨等污染物裝飾材料產生化學類污染物人的活動殺蟲劑，清新劑，吸煙，飼養(yǎng)寵物等室外污染物汽車尾氣，工廠廢氣，煙霧等雖然影響IAQ的原因多，但絕大多數(shù)由室內環(huán)境自身原因造成的，隨室內容積、通風量、自然清除等而不同。IAQ對健康的影響有以下的特性:(1)影響范圍大，幾乎涉及所有人群；(2)接觸時間長；(3)污染物濃度低，短期內反應不明顯。(4)污染物種類多。(5)濃度值與健康的關系不明顯[10]。(1)對“室內空氣品質問題”的認識與評價方法、對策措施、解決途徑與以往的“室內污染”完全不同，如果不跳出“室內污染”的老框框，難以使室內空氣品質問題有新進展。(2)由于IAQ問題是由多因子、多途徑誘發(fā)的，