基于单片机的空气质量检测仪的设计与实现
基于单片机的空气质量检测仪设计
基于单片机的空气质量检测仪设计文章设计了一种空气质量实时检测报警系统，通过单片机发送指令给PM2.5激光检测传感器实现对当前PM2.5值的读取，经过单片机的处理后，在LCD1602的液晶显示当前PM2.5值，用户可以根据实际需要通过按键，设置报警阈值，从而实现对当前PM2.5的检测报警。
使用该仪器可以针对不同环境需要，设定阈值报警，操作使用简单、灵活多变。
标签：单片机；自动检测；90C516RD+；PM2.5Abstract：In this paper，a real time air quality detection and alarm system is designed. The current PM2.5 value is read by sending instructions to PM2.5 laser detection sensor by single chip microcomputer. After processing by single chip computer，the current PM2.5 value is displayed on the LCD1602. According to the actual needs，the user can set the alarm threshold by pressing the button，so as to realize the detection and alarm of the current PM2.5. The instrument can be used for different environmental needs to set a threshold alarm，so the operation is simple，flexible and changeable.Keywords：single-chip microcomputer；automatic detection；90C516RD+；PM2.51 系统设计（1）总体设计包括液晶显示、微处理器、PM2.5激光传感器总体框图如图1所示。
基于单片机空气质量检测仪设计毕业设计
基于单片机空气质量检测仪设计毕业设计
目录
前 言 ................................................. 1 第 1 章 本课题的主要研究容、方法及总体设计 ............. 3
§1.1 课题设计的容 ................................... 3 §1.2 课题设计的方法 .................................. 3 第 2 章 空气质量检测仪的硬件设计 ........................ 5 §2.1 空气质量检测仪系统简介 ...................... .
§3.1 系统软件设计思路 .............................. 27 §3.1.1 编程语言的选择 ............................. 27 §3.1.2 软件功能需求 ............................... 27
.参考资料.
. .. . .参考资料.
§2.1.1 系统硬件结构及原理 .......................... 5 §2.2 STC90C51 单片机简介 ............................. 5
§2.2.1STC90C51 主要性能参数： ...................... 6 §2.2.2 时钟电路模块 ................................ 7 §2.2.3 复位电路模块 ................................ 7 §2.3 传感器的选用 .................................... 8 §2.3.1 气体传感器 .................................. 8 §2.3.2 温湿度传感器 ............................... 10 §2.4 模数转换电路设计 ............................... 16 §2.5 声光报警电路设计 ............................... 18 §2.6 液晶显示电路设计 ............................... 18 §2.6.1LCD1602 的基本参数及引脚功能 ................ 19 §2.6.2LCD1602 的指令说明及时序 .................... 20 §2.6.31602LCD 的 RAM 地址映射及标准字库表 .......... 23 §2.6.4LCD1602 的一般初始化过程 .................... 24 §2.7 按键电路设计 ................................... 25 §2.8 电路电源设计 ................................... 25 §2.9 本章小结 ....................................... 26 第 3 章 空气质量检测仪的软件设计 ....................... 27
基于单片机控制的空气质量检测系统的设计
《基于单片机控制的空气质量检测系统的设计》在当今社会，空气质量问题日益受到人们的关注。
随着工业化进程的加速和城市化的不断发展，空气污染给人们的健康和生活带来了诸多负面影响。
开发一种能够实时监测空气质量并及时反馈相关信息的系统具有重要的现实意义。
基于单片机控制的空气质量检测系统应运而生，它为人们提供了一种便捷、高效且准确的空气质量监测手段。
一、概述空气质量是衡量环境质量的重要指标之一，直接关系到人们的身体健康和生活舒适度。
传统的空气质量监测方法往往存在监测范围有限、成本较高、实时性较差等问题，难以满足人们对于全面、实时、准确监测空气质量的需求。
而基于单片机控制的空气质量检测系统则能够克服这些局限性，具有体积小、成本低、功耗低、易于实现等优点，能够广泛应用于室内环境、室外环境、工业生产等领域，为空气质量的监测和管理提供了有力的技术支持。
二、系统总体设计（一）系统功能需求分析本空气质量检测系统的主要功能包括：实时监测空气中的多种污染物浓度，如 PM2.5、PM10、甲醛、二氧化碳等；将监测到的空气质量数据通过显示屏进行显示；具备数据存储功能，以便对历史数据进行分析和查询；能够根据设定的阈值发出报警信号，提醒用户采取相应的措施；具有与外部设备通信的接口，如串口、蓝牙等，以便将数据传输到其他设备或进行远程监控。
（二）系统硬件架构设计1. 传感器模块传感器是空气质量检测系统的核心部件，用于采集空气中的污染物浓度数据。
本系统选用了多种传感器，包括 PM2.5 传感器、PM10 传感器、甲醛传感器、二氧化碳传感器等。
这些传感器具有体积小、精度高、响应速度快等特点，能够满足系统的检测要求。
2. 单片机控制模块单片机作为系统的核心控制器，负责对传感器采集到的数据进行处理、显示、存储和通信等操作。
选择一款性能稳定、资源丰富的单片机芯片，如 STM32 系列单片机，能够满足系统的功能需求。
3. 显示模块显示模块用于将监测到的空气质量数据实时显示给用户，以便用户了解当前的空气质量状况。
基于单片机的室内空气质量检测器的设计
随着人们生活水平和质量的不断提高，智能家居新型产业逐渐兴起。
本文设计一种室内空气质量检测器，采用STM32F103ZET6单片机作为主控，监测室内一氧化碳、二氧化碳、甲醛、温度及湿度数据，通过触摸液晶屏进行数据显示。
当检测到室内空气质量不达标时，发出报警信号、提醒人们开窗通风、自动开加湿器等操作，达到改善室内空气质量的目的。
研究表明，现代人类90%的生命周期都在室内度过，室内环境的质量不仅关系到工作效率，更是与身体健康水平密切相关。
本次设计的智能空气检测器，使用多种气体传感器，可以对室内空气中的甲醛、一氧化碳、二氧化碳、温度及湿度数据进行采集，将所测气体浓度实时地显示在液晶屏上，用户可以时时刻刻了解到室内当前的空气质量情况。
该检测器可以给用户提供一个直观的参考，根据实时检测到的各项气体浓度数据，智能开启相关通风设备，帮助用户有效减少室内空气污染对健康造成的危害。
该检测器的数据没有专业检测团队的检测数据权威，优点在于检测成本低，检测时间、地点灵活，检测数据表达简单易懂，能够满足一般家庭、办公场所使用，在降低室内空气污染对室内人群身体健康的影响方面具有一定的意义。
1 系统总体设计方案室内温湿度、CO 、CO 2、甲醛浓度是不断变化的，需要实时监控并显示室内各项空气指标。
当室内温度低于一定值时，自动开启电加热器，提高室内环境温度、CO 、CO 2高于一定值时，将在屏幕上显示报警信息，提醒人们开启窗户进行通风、当湿度低于一定值时，自动开启加湿器，增加室内空气湿度。
本设计控制核心采用STM32F103ZET6单片机作为主控，分别采用ZE08-CH2O 型电化学甲醛模组、ZE16-CO 型电化学一氧化碳模组、MH-Z19B 二氧化碳气体传感器、DHT11温湿度传感器检测室内温湿度、CO 、CO 2、甲醛浓度，通过ALIENTEK 公司的7寸TFTLCD 电容屏进行各项空气指标的数据显示及系统各项参数的设置，各项空气指标超过阈值时，进行相应的外部动作和报警。
基于单片机的空气质量监测仪设计
基于单片机的空气质量监测仪设计
概述
本文档旨在介绍一种基于单片机的空气质量监测仪的设计方案。
该监测仪可以实时监测环境中的空气质量参数，并提供相应的数据
显示和报警功能。
设计方案
硬件设计
* 使用一个单片机作为主控芯片，例如Arduino或者Raspberry Pi。
* 将空气质量传感器连接到单片机，以测量环境中的各种空气
质量参数，如温度、湿度、PM2.5等。
* 将LCD显示屏与单片机连接，用于实时显示监测到的空气质量参数。
* 可选地，可以添加蜂鸣器或者LED灯作为报警装置，当某个空气质量参数超过预设阈值时，触发相应的报警信号。
软件设计
* 使用单片机的开发环境，如Arduino IDE或者树莓派的Python开发环境，编写相应的程序。
* 程序需要读取空气质量传感器的数据，并进行相应的处理和显示。
* 可以设置阈值，当空气质量参数超过预设阈值时，触发报警功能。
使用方法
使用基于单片机的空气质量监测仪非常简单：
1. 将监测仪插入电源，确保单片机和传感器正常工作。
2. 监测仪将自动开始监测环境中的空气质量参数。
3. 实时的空气质量数据将显示在LCD屏幕上。
4. 如果某个空气质量参数超过阈值，报警装置将触发相应的信号。
总结
基于单片机的空气质量监测仪设计方案简单实用，可以提供实时的空气质量监测和报警功能。
通过该监测仪，用户可以及时获得环境中的空气质量信息，从而采取相应的措施保护自身健康。
基于51单片机下的空气质量测试仪
《基于51单片机下的空气质量测试仪》的文献综述项目名称：基于51单片机下的空气质量测试仪项目负责人：杨宽（学号：16012311）项目参加者：白名章（学号：16012312）姚宇（学号：16012628）许珊（学号：16012306）项目指导老师：潘石（所属院系：电气工程学院）一．背景介绍工农业的快速发展使得人们物质生活水平得到前所未有的快速提高，但是随之而来的空气污染问题却愈加严重。
世界银行发布的报告表明，由空气污染导致的过早死亡人数，平均为每天1000人，也就是每年有35至40万的人面临着死亡。
近年来，随着一连串有关空气质量问题的事件的发生，人们对空气污染问题愈加地担忧，对创建绿色健康的生活环境的呼声也日益高涨。
中国环境监测总站2012年5月下发的《PM2.5自动监测仪器技术指标与要求（试行）》确定了三种PM2.5的自动监测方法，分别是β射线方法仪器加装动态加热系统，β射线方法仪器加动态加热系统联用光散射法，微量振荡天平方法仪器加膜动态测量系统。
这些方法固然准确，但是我们只能通过媒体查询获得关于较大范围内，比如整个城市内的空气质量指数，却不能实时地监测身边的尤其是室内的空气质量，从而不能及时注意到身边的空气质量变化，安全健康的生活环境便不能得到有效的保障。
所以，有必要设计一种便携式的用于室内空气质量监测的设备，通过检测设备显示的空气质量的级别高低使用户对室内空气质量有一个定性和定量的了解，为人们拥有一个舒适健康的生活环境提供保障。
二．国内外空气质量检测研究现状在空气质量监测方面，国外做的比较好的有：美国Interscan科技有限公司生产的4000型空气质量分析仪，英国PPM公司生产的PPM-400甲醛检测仪；国内的有：邯郸派瑞气体设备有限公司研制的“派瑞”系列空气健康表，江西南昌贝谷科技股份有限公司生产的“甲保御”牌室内环境污染标定仪等。
但是，目前国内的产品较之国外的产品在功能的完备度，检测精度以及用户体验等方面还有一定的差距，国外产品的功能比较完备，测量精度高，系统交互界面相对人性化，因此价格比较高。
基于STM32的室内空气质量检测仪的设计与实现
基于STM32的室内空气质量检测仪的设计与实现近年来，随着人们对生活质量的重视程度不断提高，室内空气质量逐渐成为大家关注的焦点。
室内空气质量的好坏与我们的健康密切相关，因此设计一种能够实时监测室内空气质量的检测仪显得尤为重要。
本文将介绍一种。
一、设计思路在设计室内空气质量检测仪时，首先需要明确设计的目标与要求。
本次设计旨在实现对室内空气中的温度、湿度、PM2.5、PM10等指标进行实时监测，并以直观的方式展示给用户。
为了达到这个目标，我们选择了STM32微控制器作为主控芯片，并配合相关的传感器和模块进行数据采集和处理。
二、硬件设计1. 主控芯片选择：STM32F103C8T6是一款性能优越的ARM Cortex-M3内核微控制器，具有高性能和低功耗的特点。
其丰富的外设资源和强大的处理能力，使其成为本次设计的首选。
2. 传感器选择：为了实现对室内空气质量的监测，我们选用了DHT11温湿度传感器和尘埃传感器GP2Y1051AU0F。
DHT11传感器能够实时采集室内的温度和湿度数据，GP2Y1051AU0F传感器则可检测空气中的PM2.5和PM10的浓度。
3. 显示模块选择：为了使用户能够直观地了解室内空气质量数据，我们选用了128x64点阵LCD显示屏。
三、软件设计1. 系统架构设计：在软件设计方面，我们采用了单片机与传感器的直接连接方式。
主控芯片通过GPIO口和传感器进行通信，接收传感器发送的数据并进行处理，最后将处理后的数据通过串口发送给显示屏进行显示。
2. 传感器数据采集：每个传感器都有对应的数据协议和通信方式，我们需要对其进行驱动程序的编写。
例如，对于DHT11传感器，我们需要使用单总线协议进行数据的读取；对于GP2Y1051AU0F传感器，我们需要使用模拟输入通道来读取传感器的输出。
3. 数据处理与显示：主控芯片接收到传感器发送的数据后，进行简单的数据处理和校验。
在LCD显示屏上，我们将温度、湿度、PM2.5和PM10的数值展示出来，并根据不同的数据范围设置不同的背景色，以便用户对室内空气质量有直观的了解。
基于STM32单片机的室内空气监测系统的设计
基于STM32单片机的室内空气监测系统的设计随着人们对健康和环境的关注增加，室内空气质量监测越来越重要。
基于STM32单片机的室内空气监测系统设计是一种有效的解决方案。
本文将介绍该系统的设计原理、硬件组成和软件实现。
一、设计原理室内空气监测系统的设计基于STM32单片机，其主要原理是通过传感器检测室内空气的温度、湿度、气压和二氧化碳浓度，并将数据传输到单片机进行处理和显示。
系统还可以根据预设的标准判断空气质量是否达到安全水平，并通过警报和其他方式提醒用户采取相应措施。
二、硬件组成该系统的硬件组成包括传感器模块、STM32单片机、显示屏和警报部件。
1. 传感器模块：包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器和二氧化碳传感器。
这些传感器可以准确地测量室内空气的各项参数，并将数据传送给STM32单片机。
2. STM32单片机：作为系统的核心控制单元，STM32单片机负责接收传感器数据、进行处理和判断，并控制显示屏和警报部件的工作。
3. 显示屏：用于实时显示室内空气的各项参数，如温度、湿度、气压和二氧化碳浓度。
用户可以通过显示屏了解室内空气质量状况。
4. 警报部件：当室内空气质量达到危险水平时，警报部件会发出声音或光线警报，提醒用户采取必要的措施。
三、软件实现为了使室内空气监测系统能够正常运行，需要编写相应的软件程序。
以下是软件实现的主要步骤：1. 初始化设置：在系统启动时，需要进行传感器模块和STM32单片机的初始化设置，包括配置传感器参数和通讯接口。
2. 数据采集：通过传感器模块采集室内空气的温度、湿度、气压和二氧化碳浓度数据，并将其传送给STM32单片机。
3. 数据处理：STM32单片机根据预设的标准对传感器数据进行处理和判断，判断空气质量是否达到安全水平。
4. 数据显示：将处理后的数据通过显示屏实时显示出来，用户可以清楚地了解室内空气的各项参数。
5. 警报功能：如果空气质量达到危险水平，STM32单片机将触发警报部件，提醒用户采取相应的措施。
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基于单片机的空气质量检测仪的设计与实现作者：彭玲
来源：《科学与信息化》2017年第08期
摘要本文主要介绍了基于arduino单片机和夏普GP2Y1010AUOF粉尘传感器的空气质量PM2.5测量设计系统。
该系统通过传感器多次采集空气粉尘浓度数据，把相应的模拟量传回单片机，系统通过模数转换、滤波算法，最后把检测到PM2.5浓度数值显示到OLED显示屏上，如果检测值超过了污染指标，就发出警报提醒使用者，除此之外，还加入了温湿度和时间，增加了设备的实用性。
该设计对检测空气质量，提高人们的生活质量以及环境意识，促使人们改善环境，具有重要的意义，因此应用前景非常广泛。
关键词单片机；传感器技术；滤波算法；PM2.5
引言
由种种环境空气污染带来的危害是人所皆知的，人们也越来越渴望有个空气干净的居住环境，每天都看不到雾霾天气，呼吸新鲜空气。
对PM2.5进行更深入细致地研究，可以有助于我们了解身边的空气质量。
天气预告往往只能给出某一个地区的近期空气质量大体情况，带有不少的时间、地域局限性。
因此设计出一款轻便、小巧的PM2.5、温湿度检测仪对我们实时了解身边空气质量具有重要的意义和市场价值。
2 总体设计
本设计将单片机与传感器相结合，开发和研究时采用模块化设计的方案，系统架构图如图1所示，实现集成温湿度、空气PM2.5监测为一体的环境质量检测系统。
3 硬件设计
3.1 MCU（微控制单元）
本设计采用Arduino uno R3核心板作为开发单片机，是Arduino USB接口系列的最新版，集成了USB接口贴片芯片ATmega16U2和ICSP在线串行编程接口。
其MCU是使用ATMEGA328P-PU芯片，是一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器。
另外最重要的是它分别集成了6个独立的ADC模拟输入口和6个PWM数字输出口，这极大地方便了传感器等设备在其身上的应用。
3.2 PM2.5粉尘传感器
本设计采用的是一款GP2Yl010AUOF光学空气质量传感器，其内部结构为对角安放着红外线发光二极管和光电晶体管，使其能够探测到空气中尘埃反射光[1]。
相对于同类产品
GP2Yl050AUOF使用串口通信，该传感器更容易调试和拥有更高的灵敏度，即使非常细小的如烟草烟雾颗粒也能够被检测到，通常在空气净化系统中得到广泛应用[2]，PM2.5值低的地区测量的结果也是比较准确的。
4 软件设计
4.1 中位值平均滤波算法
由于PM2.5的采集属于短时间内连续采集类型，为了解决采集数据实时不可能相同的问题，所以采用了中位值平均滤波算法，该算法也称防脉冲干扰平均滤波法，结合了“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”的优点而成。
其方法是连续采样N个PM2.5数据，把其中部分
（2/n）个最大值和部分（2/n）个最小值删除，然后计算N-n个数据的算术平均值[3]。
这种算法优点是消除对于偶然出现的环境干扰所引起的PM2.5采样值偏差，从而实现获得相对较准的检测值。
缺点是比较浪费ARM，因为要对多个采样值进行排序处理（本设计中使用的是快速排序算法），导致测量速度减慢。
4.2 加权递推平均滤波算法
基于本设计中的PM2.5传感器为实时检测类型，而且精确到ug/m3级别，考虑到短时间内空气红PM2.5数值变化较大和不稳定的情况，所以在设计时加入了加权递推平均滤波算法。
这是一种对递推平均算法进行加权处理改进而成的滤波算法。
方法是把连续取N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采集到一个新的PM2.5数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据（先进先出原则）。
把队列中的N个数据进行加权算术平均运算，就可获得新的滤波结果[4]。
其优点是对周期性干扰偏差值有良好的抑制作用，使结果值平滑度更高，缺点是抑制了结果值的灵敏性。
5 测试
本设计在实验时经过多次测试，测试用例输出值为环境部门提供的具有较好公信力的实时PM2.5浓度值。
运行测试的时候以当地PM2.5空气质量数据作为参考数据，PM2.5浓度约为60ug/m3。
测试环境为室内不通风情况下空气检测，本设计系统检测值，大小约为
56.75ug/m3，如图2所示，可见其得到的结果与官方给出的参考值偏差不明显。
6 结束语
本设计实现了对空气PM2.5值和温湿度的采集，计算，显示，警报等功能，具有电路简单、成本低，测量精度高、可达1ug/m³，实用性强等特点，采用了多种滤波算法相结合的软滤
波方法，把采集到的样本值进行有效的处理，从而获得较为准确、客观的PM2.5浓度值。
以多种测试方法对系统运行的稳定性、抗压性、准确性进行了多次测试，从中发现问题，并进行优化改进，力求更为人性化设计。
参考文献
[1] 肖立明，李立明，王恩鸿. 轨道交通站台环境监测系统设计[J]. 上海工程技术大学学报，2015，29（3）：243-248.
[2] 孙滨，姜传林，陈元勇. 基于光学粉尘传感器的车载空气净化装置设计[J]. 电子技术，2013，（4）：83-85.
[3] 杨剑锋，芦国君. 充分利用PLC功能滤波温度数值跳变[J]. 民营科技，2013，（6）：68-68.
[4] 段玲琳，叶明傲. 系留气球拉力传感器数字滤波算法研究[J]. 火控雷达技术，2012，（1）：47-49.。