室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　摘 要：高校實(shí)驗(yàn)室在上課期間，人員集中，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量惡劣，對(duì)師生的健康和學(xué)習(xí)效率有著很大的影響。文中選擇高校實(shí)驗(yàn)室作為研究對(duì)象，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的研究，為營造健康舒適的高校室內(nèi)環(huán)境提供了一種技術(shù)支持，從而為實(shí)現(xiàn)高校室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的健康可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 　　關(guān)鍵詞：室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測；溫濕度；光照；ZigBee 　　中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）01-00-03 　　0 引 言 　　健康舒適的室內(nèi)環(huán)境對(duì)任何一種建筑來說都尤為重要，實(shí)驗(yàn)室作為人員密集型建筑，良好的室內(nèi)環(huán)境有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。如果溫度過高或過低，濕度過濕（高于70%）或過燥（低于30%），光照的過明或過暗，都會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生不適感，影響正常排汗和情緒、降低注意力。由此可見，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的不盡人意，在無形中影響了學(xué)生的健康和學(xué)習(xí)效率。因此，開發(fā)了室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量無線監(jiān)測系統(tǒng)，以便24小時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境質(zhì)量參數(shù)。本無線檢測系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：（1）該系統(tǒng)可以延長實(shí)驗(yàn)室里面設(shè)備的使用壽命，為設(shè)備提供一個(gè)安全的使用環(huán)境；（2）該系統(tǒng)能夠提高管理效率，溫濕度數(shù)據(jù)可以遠(yuǎn)程傳輸，管理人員在巡查的時(shí)候不必到機(jī)房去就可以遠(yuǎn)程了解實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境問題；（3）本系統(tǒng)可以代替管理人員24小時(shí)監(jiān)控非上班時(shí)間實(shí)驗(yàn)室存在的安全隱患，達(dá)到對(duì)實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。 　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 　　在日常生活中，由于存在個(gè)體差異，在各種條件下要找到一個(gè)單一的指標(biāo)來準(zhǔn)確反映人體對(duì)環(huán)境的舒適性是很困難的。因此，在環(huán)境舒適性的檢測過程中，我們往往關(guān)注三個(gè)比較重要的影響環(huán)境舒適性的因素：溫度、濕度、照度。所以本系統(tǒng)針對(duì)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境分別采集溫度、濕度、照度這三個(gè)因素來衡量實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的舒適性。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。 　　圖1 室內(nèi)環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖 　　本文所述的室內(nèi)環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)分為硬件設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)方案兩部分。 　　1.1 硬件設(shè)計(jì)方案 　　該系統(tǒng)采用模塊化的硬件設(shè)計(jì)，由STC12系列單片機(jī)微控制器、溫濕度傳感器、光照傳感器、CC2530芯片的ZigBee收發(fā)模塊、液晶顯示模塊、電源模塊等組成。該終端具有室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)采集、計(jì)算處理等功能，它可以連續(xù)自動(dòng)地測量溫度、濕度、光照這些指標(biāo)，各種要素經(jīng)過傳感器將模擬量轉(zhuǎn)化成相應(yīng)數(shù)字量，供采集器定時(shí)處理后給單片機(jī)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、顯示及無線傳輸。 　　1.2 軟件設(shè)計(jì)方案 　　室內(nèi)環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)由主程序、溫濕度傳感器驅(qū)動(dòng)子程序、光照傳感器驅(qū)動(dòng)子程序、LCD12864液晶顯示子程序、串口通信子程序等組成。對(duì)于硬件方案用到的編程軟件其中包括對(duì)于微控STC12C5A60S2進(jìn)行C語言程序編譯的Keil軟件，將Keil軟件生成的.hex頭文件燒錄至MCU中的下載軟件STC-ISP中。 　　2 室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量無線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 　　實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量無線采集系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)過程中，使用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，分別為微處理器電路設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì)、顯示模塊電路設(shè)計(jì)、串口通信電路設(shè)計(jì)、無線收發(fā)模塊。在本系統(tǒng)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量參數(shù)數(shù)據(jù)的采集主要依靠各種傳感器，如溫濕度傳感器AM2301、照度傳感器模塊GY30。這些傳感器的工作原理是利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨環(huán)境變化的規(guī)律把溫度、濕度、照度等轉(zhuǎn)換為模擬量或數(shù)字量進(jìn)行輸出，通過單片機(jī)采集這些電量數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算即可確定各環(huán)境參數(shù)的數(shù)值。在室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，本文使用了STC12C5A60S2單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體包括：單片機(jī)最小系統(tǒng)，溫濕度接口電路，光照接口電路，接口電路，電源電路，串口通信接口電路。 　　2.1 MCU的選型 　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是STC12C5A60S2單片機(jī)。STC12C5A60S2 在眾多的51系列單片機(jī)中，算是國內(nèi)STC 公司的1T增強(qiáng)系列中更具有競爭力的一種，因?yàn)樗坏?051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)具有Flash工藝的大容量程序存儲(chǔ)器。如STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部就自帶高達(dá)60 K的 FlashROM，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機(jī)支持串口程序燒寫。顯而易見，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可進(jìn)行加密，很好地保護(hù)了用戶的勞動(dòng)成果。 　　2.2 溫濕度傳感器AM2301 　　DHT21數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。

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