基于单片机空气质量检测仪设计(毕业设计)

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基于单片机空气质量检测仪设计毕业设计

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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。

基于单片机的气体检测系统设计..

高等教育自学考试本科毕业论文基于单片机的气体检测系统设计考生姓名：准考证号：专业层次：院（系）：指导教师：职称：重庆科技学院二O一三年九月十五日摘要本论文研究设计了一种用于公共场所及室内具有检测及超限报警功能的室内空气质量检测系统。

其设计方案基于89C51单片机，选择瑞士蒙巴波公司的CH20/S-10甲醛传感器和MQ-5气体传感器。

系统将传感器输出的4~20mA的标准信号通过以AD0832为核心的A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LCD显示甲醛浓度值。

文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。

系统对于采样地点超出规定的甲醛容许浓度和天然气规定浓度时采用三极管驱动的单音频报警电路提醒监测人员。

同时，操作人员对于具体报警点的上限值可以通过单片机编程进行设置。

另外，该系统对浓度信号进行了信号补偿等处理，减少了测量误差，因此，具有较高的测量精度，而且结构简单，性能优良。

本系统的量程为0-10ppm，精度为0.039ppm 。

关键词: 甲醛检测，天然气检测，AT89C52单片机ABSTRACTThis thesis design of a paper for public places and indoor testing and over-limit alarm functions with indoor air quality testing system. Its design is based on 89C51 single chip, with the choice of MQ-5 gas sensors and CH20/S-10 formaldehyde sensor from Switzerland mengbabo company. Sensor system will output 4 ~ 20mA standard signal through the core ADC0832 for A / D conversion circuit after conditioning, by the single-chip microcomputer for data processing, at last display the formaldehyde concentration on the LCD . The article detailed the data acquisition subsystem, data processing and data display and alarm system circuit design method and process. When the sampling sites when the formaldehyde and Natural gas concentration exceeded，To the single-transistor drive circuit audio alarm will sound the alarm，Testing staff to remind. At the same time，The concentration of formaldehyde, Can be set through the single-chip programming.In addition, the system signals a concentration compensation signal processing, a reduction of measurement error, therefore, have a high measurement accuracy, and simple structure, excellent performance. The range of the system for 0-10ppm, accuracy 0.039ppm.Keywords: Formaldehyde detection,Natural gas detection, AT89C52 single-chip目录摘要................................................................................................................................................................ I I ABSTRACT.. (III)1 绪论 (1)1.1 设计的意义 (1)1.2设计的内容 (1)1.3发展背景 (1)２总体方案设计 (3)2.1总体方案设计 (3)2.2总体电路概念图设计 (3)3 硬件设计 (4)3.1主控芯片AT89C52的设计 (4)3.2 传感器设计 (5)3.3 模数转换设计 (7)3.4 按键设计 (9)3.5 外围扩充存储器设计 (10)3.6 时钟芯片设计 (10)3.7 LCD显示器设计 (11)4 软件设计 (13)4.1 主程序模块设计 (13)4.2模数转换设计 (13)4.3按键模块设计 (13)4.4时钟模块设计 (14)4.5LCD显示模块设计 (15)5系统仿真 (16)5.1编译软件介绍 (16)5.2主程序 (16)结论 (22)致谢 (23)参考文献 (24)1 绪论1.1 设计的意义甲醛是一种无色，有强烈刺激性气味的气体。

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。

基于单片机的室内空气质量检测系统设计毕业论文

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华北科技学院毕业设计（论文）
基于单片机的室内空气质量检测系统设计
设计总说明
随着生活质量的提高，人们开始不断改善自己的居住环境，各种室内装饰、装修材料被大量的使用。而这些材料中有大量的甲醛，直接影响着人们的健康。甲醛也叫蚁醛，是一种有刺激性气味的易溶的无色气体，是一种潜在的致癌物质。低浓度的甲醛会导致鼻炎、咽炎、结膜炎等，随着甲醛浓度的增高，甚至会导致人类的死亡。甲醛是人们日常生活和工作环境中严重危害人体健康的气体，它主要存在于人们室内装修材料中，并且会持续挥发很长时间。在人们入住新装修好的房子后，由于室内装修木材以及油漆还有涂料中含有的以甲醛为主的有害人体健康的气体在不断的挥发到室内，如果挥发浓度达到一定值时就会对人的健康产生一定的损害。生活在一个甲醛浓度超标的环境中，人们会出现不同程度的恶心，头晕，失眠等症状影响人们的健康。甲醛它对人们的神经干扰使人们产生一系列的病状反应。在这种环境下，室内甲醛浓度测定仪对我们的生活就显得格外有重要和必要。室内甲醛浓度测定仪它能够对室内甲醛浓度进行检测并且驱动相应的改善控制质量的设备来达到改善室内环境的要求。在人们对生活品质要求提高，更加注重身体健康的今天，人们对家具建材以及各种装修室内材料的要求也提高了很多，人们一是到了甲醛对身体的影响是多么的大。所以人们去找出甲醛的主要来源，首先从根源上尽量减少甲醛在室内环境中出现的可能，然后再通过在室内安装甲醛浓度测量仪和通风设备来改善环境，增加人们的健康指数。人们这种不止追求舒适和视觉上的享受而且注重内在品质的生活态度为甲醛测定系统的发展提供了主要动力。空气中装修材料含有的甲醛等有害气体危害人的健康，癌症的高发可以说很多都和空气质量有关。现代人们重视装修，但是却很少有人在装修之后对自己的室内进行检测，所以要求学生设计一个室内空气质量的检测系统，为及时了解和改善室内空气质量提供依据和可能性。也使人们为重视室内空气质量而做出自己的努力。以空气中装修材料甲醛等有害气体为被测对象。采用单片机为控制中心，完成对空气浓度的实时采集处理、报警和显示等功能。设计的报警系统，能够实现在浓度超标时及时的报警。

基于单片机的空气质量监测系统设计

输出、显示等功能的核心，它的选择直接关系到整个系统的工
④ＬＥＤ
Ｓ－ＧＮＯ
④ｖｏ
壤Ｖｃｃ
作。选择通用性强、功耗小、性能稳定良好的单片机十分重要，
在本系统中我们选用ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２单片机，如图２所示。３．１．１振荡器电路ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２单片机的时钟源在常温下频率是１１ＭＨｚ一图３粉尘浓度传感器的内部结构
５种复位方式：外部ＲＳＴ引脚复位、外部低压检测复位、软件复
位、上电复位、看门狗复位。
基于单片机的粉尘颗粒浓度检测仪的选题充分结合了实际生活应用，通过此次的毕业设计能充分了解更多实际应用方面
的知识，从前期的资料收集，再到中途的硬件电路设计、ｃ语言
＋５Ｖ电源；
③ＧＰ２ＹＩＯＩＯＡＵＯＦ其内部对角安放着红外线发光二极管ＩＲＥＤ和光电晶体管ＰＤ。电源接通后，红外线二极管开始发出红外线，在没有粉尘的情况下，光电晶体管ＰＤ是接收不到发出的红外线的；当有粉尘的时候，粉尘会反射红外线使得光电晶体管能够图４系统主程序流程图在ＬＣＤ的液晶显示中，已经详细介绍了显示的原理，此外还需要知道显示驱动程序。显示驱动程序在进入中断后，对每个定时器赋初值，用来确保显示屏刷新频率的稳定。１／１６扫描显示屏的刷新率计算公式如下：

基于单片机控制的空气质量监测系统设计

基于单片机控制的空气质量监测系统设计基于单片机控制的空气质量监测系统设计1. 引言随着现代工业化和城市化的不断发展，空气质量成为人们越来越关注的一个问题。

糟糕的空气质量会对人们的健康和生活质量产生负面影响。

为了实时监测和改善空气质量，开发一种基于单片机控制的空气质量监测系统成为了一个重要的课题。

本文将深入探讨基于单片机控制的空气质量监测系统的设计方案和实现过程。

2. 设计原理基于单片机的空气质量监测系统主要由传感器、单片机、显示屏以及数据存储模块组成。

传感器负责测量环境中的关键指标，如PM2.5、PM10浓度、温度、湿度等。

单片机则用来处理传感器采集到的数据，并将其显示在屏幕上。

数据存储模块可以记录历史数据，以便后续分析和比较。

3. 传感器选择在空气质量监测系统中，选择合适的传感器是至关重要的。

常见的空气质量传感器有光学传感器、化学传感器和声学传感器等。

考虑到系统的精确度和稳定性，本设计选择了光学PM2.5和PM10传感器，以及温湿度传感器。

这些传感器具有高精确度、快速响应和长期稳定的特点。

4. 单片机选择单片机是空气质量监测系统的核心控制部分。

在选择单片机时，需要考虑其计算能力、接口数量和功耗等因素。

本设计选择了一款常用的ARM Cortex-M系列单片机。

这款单片机具有高性能和低功耗的优势，可以满足系统的要求。

5. 系统实现系统的实现包括传感器的连接、数据采集和处理、以及数据显示和存储。

在实现过程中，首先需要连接传感器到单片机的相应引脚上，并根据传感器的规格书来编写对应的驱动程序。

接下来，单片机通过读取传感器的数据，进行数据处理和计算，并将结果显示在连接的显示屏上。

为了方便用户进一步分析和比较数据，系统还需要添加一个存储模块，将历史数据记录下来。

6. 总结与展望基于单片机控制的空气质量监测系统设计可以帮助人们了解周围环境的空气质量状况，并采取相应的措施来改善室内和室外的空气质量。

本文深入探讨了该系统的设计原理和实现过程，并总结了传感器选择、单片机选择以及系统实现的关键步骤。

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摘要随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，人们对环境问题及健康问题日益重视，室内空气品质（IAQ）状况受到越来越多的关注。

人的一生中有三分之二的时间是在居室内度过的。

本文研究的室内便携式智能空气品质监测仪是以室内空气中有毒有害气体的监测监控为背景，是以STC工公司的一款8位超低功耗单片机STC90C51为控制核心，能够实现对室内温度，湿度，VOC气体的实时采集处理、显示、报警等功能。

仪器采用锂电池供电，具有良好的便携性和通用性，并且使用LCD1602点阵式液晶屏显示菜单，有良好的人机对话界面。

同时设计了声光报警系统，实现在参数超标时及时的报警。

室内智能空气品质监测仪体积小，功耗低，操作简单，适合应用于家庭和社区的医疗健康保健，能够实时知道室内空气的质量。

关键词：STC90C51，室内空气品质，LCD显示，温湿度，VOC气体BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTER AIRQUALITY TESTER DESIGNABSTRACTWe paid more attention to the environment and health problems especially, indoor air quality (IAQ) conditions with the development of the national economy and the improvement of people's living standard. In that, about two-thirds of people's life spent in the house. In this paper, Indoor Air Quality Portable Intelligent Monitor which will be studied in this paper, is on the background of toxic and harmful gases, and based on an STC 8-bit working ultra-low power MCU STC90C51 as control core. It can process, display, and alarm the real-time acquisition indoor temperature, humidity, VOC gas and so on.The instrument is powered by lithium batteries with a good portability and versatility. What’s more, it uses 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. With the features of small size, low power consumption, operating easily, Indoor Air Quality Portable Intelligent Monitor is suitable for family and community health care for its real-time acquisition of indoor air quality.KEY WORDS：STC90C51, IAQ, LCD display, Temperature and humidity, VOC gas目录前言 (1)第1章本课题的主要研究内容、方法及总体设计 (3)§1.1 课题设计的内容 (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 (5)§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)§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)§3.2软件模块设计 (28)§3.2.1主程序模块 (28)§3.2.2AD转换模块 (30)§3.2.3液晶显示模块 (30)§3.2.4声光报警模块 (30)§3.2.5按键模块 (30)§3.3本章小结 (31)第4章仿真调试 (32)§4.1系统硬件调试 (32)§4.1.1 常见的硬件故障 (32)§4.1.2硬件调试方法 (32)§4.2 系统软件调试 (33)§4.3本章小结 (34)结论 (35)§1主要结论 (35)§2展望 (35)参考文献 (37)致谢 (38)附录 (39)附录一 (39)附录二 (40)前言一、课题研究的目的及意义空气质量的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。

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人的一生中有三分之二的时间是在居室内度过的。

仪器采用锂电池供电，具有良好的便携性和通用性，并且使用LCD1602点阵式液晶屏显示菜单，有良好的人机对话界面。

同时设计了声光报警系统，实现在参数超标时及时的报警。

室内智能空气品质监测仪体积小，功耗低，操作简单，适合应用于家庭和社区的医疗健康保健，能够实时知道室内空气的质量。

来自固定和流动污染源的人为污染物排放大小是影响空气质量的最主要因素之一。

空气质量检测种类包括装修污染、办公室内空气检测、作业场所有害物质检测、食堂油烟检测、锅炉大气及工业窑炉检测及工厂排放工业废气检测。

当今，人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后，又出现了“室内空气污染”为主的第三次环境污染。

美国专家检测发现，在室内空气中存在500多种挥发性有机物，其中致癌物质就有20多种，致病病毒200多种。

危害较大的主要有：氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等。

大量触目惊心的事实证实，室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”，也成为全世界各国共同关注的问题。

据统计，全球近一半的人处于室内空气污染中，室内环境污染已经引起35.7%的呼吸道疾病，22%的慢性肺病和15%的气管炎、支气管炎和肺癌。

本课题主要研究设计基于量化检测的“空气质量检测仪”系统，此系统旨在实现室内空气温度、湿度、有害气体的预警监测，有利于进行全方位的评价室内空气质量，为人类营造一个健康的室内生存空间。

空气质量检测仪体积小，功耗低，操作简单，适合应用于家庭和社区的医疗健康保健，能够实时知道室内空气的质量。

二、国内外的研究状况气体传感器测定甲醛成为近年来甲醛检测研究的新热点。

早在1983年，压电类甲醛传感器就已问世。

这种传感器可以不需要对样品进行任何处理就可以测定，但易受水分子的影响而使晶体震动频率发生漂移，故基本无实用性。

为适应室内空气甲醛现场快速检测的要求，目前已开发出不少甲醛快速测定仪，这些仪器可直接在现场测定甲醛浓度，操作方便，适用于室内和公共场所空气中甲醛浓度的现场测定，也适用于环境测试舱法测定木质板材中的甲醛释放量。

但这些仪器的工作原理、响应性能、适应范围等都不同。

在测试甲醛、苯等害气体方面，国外比较出名的有:美国ESC公司生产的Z一300甲醛检测仪、英国PPM公司生产的PPM-400甲醛检测仪;国内的有:江苏安普电子工程有限公司生产的400型甲醛分析仪、北京宾达绿创科技有限公司生产的甲醛测定仪抑一308等。

这些仪器可实现对有害气体的检测功能，适用于专业检测机构或实验研究机构。

准确测定甲醛、苯、氨等有害气体的设备昂贵(如英国PPM公司生产的PPM400甲醛仪约两万多元)，测定时间较长，每隔一段时间就需进行重新标定，需要专业人员进行操作，很难连续测定；目前国内外产品的设计差异主要集中在监测传感器和控制单片机芯片的选用，操作方面国外的产品操作界面方便，功能加完备。

第1章本课题的主要研究内容、方法及总体设计§1.1 课题设计的内容以单片机为核心，选择合适的传感器，实现对空气质量的检测。

§1.2课题设计的方法查阅相关资料，应用电脑软件进行仿真、调试，制作硬件设备，在实际环境中测试并进行修改、调试，直至达到课题要求。

§1.3总体方案设计本设计集VOC气体及温湿度监测，显示与报警于一体，利用MCU进行数据采集保证了前台数据的及时、准确，有利于进行全方位的评价。

仪器采用锂电池供电，具有良好的便携性和通用性，并且使用LCD点阵式液晶屏显示菜单，有良好的人机对话界面。

§1.3.1系统框图图1-1 系统总框图§1.3.2功能设定（1）显示部分采用LCD1602显示屏，循环显示各项测量值的上下限及实际浓度、实际温度、湿度。

并在按键选择情况下连续显示一个测量值的变化。

（2）当有害气体浓度超出安全范围时进行声光报警。

（3）按键操作可进行测量值范围的调整，及手动和自动测量的转换。

第2章空气质量检测仪的硬件设计§2.1 空气质量检测仪系统简介基于STC90C51的室内便携式智能空气质量监测仪是以室内空气中有毒有害气体的监测监控为背景，能够实现对室内温度，湿度，VOC气体的实时采集处理、显示、报警等功能。

仪器采用锂电池供电，具有良好的便携性和通用性，并且使用LCD点阵式液晶屏显示菜单，有良好的人机对话界面。

同时设计了声光报警系统，实现在参数超标时及时的报警。

室内智能空气品质监测仪体积小，功耗低，操作简单，适合应用于家庭和社区的医疗健康保健，能够实时知道室内空气的质量。