16230120126_黄琳盈_南京紫金山景区视觉设计的应用探索.doc
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1、1726 度,湿度能够保持在 42%66% 左右的条件下,其人体能够感觉比较舒适。但是如果人们长期生活在湿度小于 43%的 条件之下,其人体的各个器官尤其是呼吸方面功能会出现严重的损害。鼻道呼吸道以 致于肺部的黏膜会出现损害,以及纤毛的运动减缓,导致没有办法去除掉粘膜上沾染 的灰尘,这给细菌的增长和繁殖提供了一个便利条件,导致人体健康遭受损害。如果 人体处长期处于一个湿度非常大的条件下,特别是湿度在大于 64%的条件下,激素的 分泌会变得缓慢,导致肾上腺素分泌不足,导致出现精神萎靡不振的现象。而且如果 长期处于湿度高的环境下,会导致人体免疫力下降,出现各种疾病。人们把 PM2.5 又 叫做细微
2、颗粒物,其基本定义为环境空气之中直径小于 2.5 微米的微小颗粒物,因为其 本身质量不大,导致其能够悬浮在空气之中,而大量的 PM2.5 会对人类的身体健康造 成非常严重的影响,提示评价环境质量好坏的关键指标。Pm2.5,通常情况下环境中含 量不大,但是因为环境的恶化导致 PM2.5 含量上升,这对人类的健康造成了严重的影 响。和一些比较大直径的颗粒物对比,gPM2.5 直径比较小,而且活性比较强,带有毒 性,比如说一些重金属以及微生物等物质,而且其能够悬浮在空气里,能够被广距你 的输送对人体的影响非常大。在此条件下与之对应的家居环境质量把控受到人们广泛 的关注,与此时对应的家居环境质量监测装
3、置也随之诞生,而且拥有着非常大的市场, 所以本文对环境监控设备进行探讨和研究与设计有着非常重要的意义。 1.2 家居环境监测系统现状家居环境监测系统现状 人们对于温温度以及湿度的数字测量,在古代就已经存在在早世纪的欧洲著名的 科学家伽利略,就曾经做过试验。伽利略所制作的简单的温度计,其感应部分有果和 般大的玻璃结构组成其另一端连接有一个敞口。依据热胀冷缩的基本原理,其受热的 水平面会依据其温度的改变而上下发生移动,从而判定其温度的高低,可以测出环境 的大致温度。之后经过科学家对其不断的完善,在此条件之下进行优化改进,将其赶 热的原材料更换成为了水银,让其对温度更加的敏感,这也是温度计的初始模型
4、,其 温度计结构比较简便,而且制作成本低廉,如今,依旧被我国医疗行业所广泛应用但 是极也明显存在着一定的缺陷,不能够在距离较远的地方进行测量,而且没有智能功 广东东软学院本科毕业设计(论文) 2 能。对于 PM2.5 这种物质来说,是 1997 年美国的环保当局制定出的一个比 PM10 更加 微小的物质,同时将其当成空气质量检验的一个关键标准,对于年限度以及日均限度 分别为,21 微克每立方米,5 微克每立方米,但是对 PM10 数值的浓度限制保持不变。 在 2006 年期间,美国环保局对 PM2.5 的浓度限制进行了调整,进一步的降低,也就是 如今的标准数值,其年均数值以及日均数值的浓度限制
5、分别为 15 微克每立方米以及 35 克微克每立方米,同时将 PM10 的年均浓度限制数值舍弃,这表示美国方面对于微小 颗粒物的限制标准值越来越严格。有关卫生数据研究机构,在世界空气指南里指出, 连与日军的浓度的数值分别是 10 微克每立方米与 25 微克每立方米,依据世界各个国 家整体经济的发展状况以及环境的污染特点,将其空气质量分为三个程度以及一个指 导标准值。其等级越高,就对空气环境质量的有关要求就更加的严厉。近几年来许多 的欧美国家都依据自己实际的发展情况,对当时的空气环境质量标准进进行了修订。 现今 20 世纪由于电子科学技术以及信息技术的普遍使用,在环境质量检测方面的 科学技术也有
6、了进一步的进展,有关的电子产品也被应用到人类的生活中。尤其是一 些具有智能显示功能的温度计,PM2.5 净化电子设备。外国在这方面进行的研究时间 上比较早,而且有了一定的成果和进展,早在 80 年代就已经研究出了模拟类型的组合 仪表应用在其温湿度计发明中。在如今的时代,其环境温湿度的控制已经具备自动智 能以及机械化发展,而且其产品逐渐普及。我们国家因为在这方面起步时间比较晚, 导致技术与材料受到一定的遏制,在温度以及湿度方面有一定的成果,但是在整体的 集成性方面还有需要去进行优化和改进,所以在智能家居领域这方面的研究具备着理 论性的意义与研究价值。特别是随着科技的进步,单片机发展逐渐趋于完成,
7、利用单 片机制作出的空气检测仪器,和当今的智能化家居理念完美的符合。此文就基于此概 念将两者进行融合,设计出一种利用单片机的家居空气质量监测显示系统。 1.3 设计目的及内容设计目的及内容 指纹所设计的空气环境质量监测系统,主要面向受众是现代家居环境,能够检测 出家居环境之中的温湿度以及 PM2.5 的数值,并实时显示。及具有比较高的经济性以 及实用性,和现在目前市场上已有的一些产品相比较具有一定的优化,之后完成了将 单片机当成控制核心,利用多个传感器监测空气环境之中的数据,同时加入了报警装 置,之后这会给自我国智能家居的发展提供理论的依据,本文设计完成的任务如下: (1)对环境监测系统的框架
8、进行设计,以及对设计方案的论证。 (2)设计出控制芯片模块,利用 STC89C52 单片机当成是环境监测装置的控制核 心。 (3)设计出温湿度模块,使用 DHT11 型号的传感器对温湿度信息进行搜集。 (4)设计出空气质量监测模块,使用 PM2.5 监测传感器对信息数据进行收集。 (5)设计出了报警模块,使用蜂鸣器以及指示灯来进行警示,。 广东东软学院本科毕业设计(论文) 3 (6)设计的显示模块使用 LCD 的液晶屏对室内的信息数据进行显示。 (7)对整个系统的程序光图进行了设计。 (8)利用使用 PROTUES 软件对系统进行仿真工作,以此来验证其设计是否可行。 广东东软学院本科毕业设计(
9、论文) 4 第第 2 章章 系统总体方案设计系统总体方案设计 2.1 设计要求设计要求 (1)了解 51 单片机的开发基本环境,并且熟练的使用 c 语言编写系统程序; (2)了解并使用单片机之中内部的结构以及功能以及掌握硬件软件调试的一般方法; (3)搭建出基于单片机的最小控制系统,完成其硬件电路等电路设计; (4)理解家居环境监控系统的原理和掌握实现方法。 2.2 方案选择方案选择 2.2.1 温湿度传感器的选择 方案一:系统使用 DS18B20 温度以及使用,HS1101 湿度信息传感器。对于 DS18B20 来说是一种普遍使用在生活之中的数据温度传感器,即使用了单线类型的接 口模式,测量
10、的温度范围是负 10 摄氏度到 85 摄氏度,相对误差大小为0.5%。而且识 别温度的精度能够达到 0.0625。而 HS1101 是一种电容类型的湿度传感器,其能够 检测到的湿度范围大小是 0100%RH,相对误差为2%RH。 方案二:挑选 DHT11 当成是温度以及湿度的检测传感模块。其实一种复合类型的 数字输出类传感器,其中有一个电阻类型的干式单元以及 NTC 温度检测单元,能够检 测到 2095%的湿度,其相对误差大小为,为5%RH,温度检测范围为 050,其相 对误差大小为2。 对比两种方案可以发现,虽然方案 1 及检测的范围比较广,而且拥有高精度,但 是此实验设计主目的主要是为了检
11、测居家环境的温湿度,因此挑选方案二之中的 DHT11 温湿度传感器就能够达到设计的目的,所以选择方案 2 的思维速度传感器,而 且其价格花费比较低廉,所以此模块使用方案 2。 2.2.2 PM2.5 传感器的选择 方案一:使用夏普公司发明的第 1 代 PM2.5 数字监测传感器,“GP2Y1010AU0F”, 此传感器在采集到环境里的信息之后,会对信息进行输出一个模拟类电压,然后利用 ad 转换芯片对信息进行处理,将模拟量转换成数据量,然后再提交给单片机进行计算 显示。 方案二:使用夏普公司发明的新型 PM2.5 传感监测器“GP2Y1051AU0F”,使传感 器对比一代有着一定的提升,是一个
12、升级的监测器,其对信息进行收集之后,会利用 串口直接的对信息进行输出,这时候单片机仅仅只要需要对串口数据进行读取。 经过上述分析,发现方案二之中的二代新型传感器只需要三根接线就能够满足信 息收集功能比一代传感器来说相对较少,其连线电路图较为简便,而且整体的电路比 较稳定,没有 AD 转换模块,能够让测量的实际结果更加的准确,所以 Pm2.5 监测模 广东东软学院本科毕业设计(论文) 5 块使用方案 2。 2.2.3 单片机的选择 方案一:将 DSP 当成系统的控制原件,其是一种性能强大的微型处理器,能够利 用数字信号对信息进行处理。DSP 其功能比较强,对原件值的绒线相对来说不会非常 敏感,以
13、及不会遭受到外部环境的影响,比较容易实现高级程度,可以进行分时复用 操作,及信号可用于频率非常低的信号,能够和处理器系数相互配合适应,便于调试。 但是因为电视机电路结构非常复杂,而且价格偏贵及数字系统需要由耗电有源电路进 行支撑,没有无源设备能够提供支撑。 方案二:使用单片机当成是系统的控制器,因为单片机的功能性比较强,而且价 格低廉,使用的电压低,能量损耗比较低,同时单片机计算能力比较强,而且在软件 编程方面也十分的灵活自由,可以利用软件完成各种逻辑功能的编辑,同时单片机自 身就拥有定时器以及技术性,其体积比较小,通过对两种方案的对比分析,选择方案 2,将 stc89c52 单片机当成是控制
14、原件。 广东东软学院本科毕业设计(论文) 6 第第 3 章章 系统硬件设计系统硬件设计 3.1 整体方案设计整体方案设计 3.1.1 系统概述 整个环境监测模块的设计将 STC89C52 单片机刚才是控制原件,同时配合电阻电 容金正等元器件构建出其单片机运行的最小工作系统。整个模块的运行主要围绕其最 小系统进行展开。对于温湿度信息进行传感器使用 DHT11 传感器,能够对环境之中的 温度以及湿度的收入信息进行收集,同时传递给单片机控制芯片;而对环境之中的 PM2.5 数值进行监测,使用了传感器,夏普公司的 GP2Y1051AU0F,只需要利用串口 将环境之中的数字信息传递给单片机,同时其案件部
15、分使用的轻触类型的按键,当成 整个系统的输入方式模块;显示功能使用了 1602 液晶进行显示;数值超标,用于报警 的有蜂鸣器以及 led 灯;系统的电源使用 USB 进行供电,电压大小为 5 伏。 3.1.2 系统框图 3-1 系统框图 3.2 最小系统模块最小系统模块 STC89C52 最小运行系统如图 3-2 所示,其系统主要有三个部分构成,包含有晶振 电路以及,复位电路和电源这三个主要部分。 在晶振电路之中包含有 30pF 大小的,电容 C2 以及 C3。还包含有频率为 11.0592M 的晶振 X1。其电容的功能是帮助其进行震动,电容的数值大小为 15-33pF。 因为本系统的设计过程
16、中需要利用到串口进行通信,所以只能够挑选频率为 11.0592M 的晶振,假如使用频率为 12M 的,就会导致数据传输出现错误,所以在而且在电路进 行有关设计之时,其晶振位置需要靠近单片机。 单片机里的复位电路就类似于电脑的重启按键,假如单片机出现的死机情况,按 一下复位键及程序重新开始运行。单片机的复位电路通过数值大小为 10uF 电容 C1 以 及,10K 数值大小的电阻 R6 所构成。因为电容电压不会发生突变,所以系统一如果得 电,RESET 脚就会拥有一个高电平,同时提高电瓶,持续时间的长短是通过 RC 值 单片机 最小系统 温湿度一体 传感器 1602液晶显示 按键设置输入 蜂鸣器
17、LED指示灯 PM2.5传感器 广东东软学院本科毕业设计(论文) 7 所确定的。普通的,51 单片机假如,RESET 脚持续时间长短是两个机器周期就会执行 复位操作,因此适当的对 RC 的取值就能确保复位功能的可靠。 对于电源方面使用了 USB 电压大小为 5 伏进行供电,可以使用手机的充电头以及 一些移动电源对系统进行供电。 除了单片机最小的功能系统之外,还有一些外部性的电路。 因为,STC89C52 的 P0 所在之处是漏极开路输出类型,所以,在 P0 口位置处连 接了一个数值大小为 10K 的排阻 R1,这能够让 P0 口当成是一般的,I/O 口进行调用, 等系统在设计过程中使用了磁口,
18、当成是液晶显示的数据口。 在这之中需要重视的是,对于 31 脚(EA),属于高电瓶状态时,单片机在复位之后, 其程序是从 ROM 所在位置的 0000H 开始运行;如果处于低电瓶条件下,在复位之后, ROM 的 0000H 开始执行。因为系统的运行程序保存在单片机组成内部,因此,EA 端 口需要接高电平,确保其程序是从内部存储位置进行读取。 图 3-2 单片机最小系统 3.3 DHT11 传感器电路传感器电路 如图 3-3 所示,此电路能够对温湿度信息进行收集。其使用的是 DHT11 传感器, 其信号的信息接收口和单片机管脚的 P3.7 进行连接,用来对环境里的温湿度有关信息 进行测量。 图
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