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室内环境质量无线监测系统设计.doc

泰然健康网
2024-12-15 08:02

室内环境质量无线监测系统设计.doc

室内环境质量无线监测系统设计　　摘要：高校实验室在上课期间，人员集中，室内环境质量恶劣，对师生的健康和学习效率有着很大的影响。文中选择高校实验室作为研究对象，通过对实验室室内环境监测技术的研究，为营造健康舒适的高校室内环境提供了一种技术支持，从而为实现高校室内环境质量的健康可持续发展奠定了基础。　　关键词：室内环境质量监测；温湿度；光照；ZigBee 　　中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）01-00-03 　　0 引言　　健康舒适的室内环境对任何一种建筑来说都尤为重要，实验室作为人员密集型建筑，良好的室内环境有助于提高学生的学习效率。如果温度过高或过低，湿度过湿（高于70%）或过燥（低于30%），光照的过明或过暗，都会使学生产生不适感，影响正常排汗和情绪、降低注意力。由此可见，实验室环境的不尽人意，在无形中影响了学生的健康和学习效率。因此，开发了室内环境质量无线监测系统，以便24小时监控实验室的环境质量参数。本无线检测系统的主要特点如下：（1）该系统可以延长实验室里面设备的使用寿命，为设备提供一个安全的使用环境；（2）该系统能够提高管理效率，温湿度数据可以远程传输，管理人员在巡查的时候不必到机房去就可以远程了解实验室的环境问题；（3）本系统可以代替管理人员24小时监控非上班时间实验室存在的安全隐患，达到对实验室远程监控的目的。　　1 系统总体设计　　在日常生活中，由于存在个体差异，在各种条件下要找到一个单一的指标来准确反映人体对环境的舒适性是很困难的。因此，在环境舒适性的检测过程中，我们往往关注三个比较重要的影响环境舒适性的因素：温度、湿度、照度。所以本系统针对实验室的环境分别采集温度、湿度、照度这三个因素来衡量实验室环境的舒适性。系统的总体设计框图如图1所示。　　图1 室内环境无线监测系统的总体设计框图　　本文所述的室内环境无线监测系统分为硬件设计方案和软件设计方案两部分。　　1.1 硬件设计方案　　该系统采用模块化的硬件设计，由STC12系列单片机微控制器、温湿度传感器、光照传感器、CC2530芯片的ZigBee收发模块、液晶显示模块、电源模块等组成。该终端具有室内环境参数的自动采集、计算处理等功能，它可以连续自动地测量温度、湿度、光照这些指标，各种要素经过传感器将模拟量转化成相应数字量，供采集器定时处理后给单片机进行处理，实现数据的采集、显示及无线传输。　　1.2 软件设计方案　　室内环境无线监测系统的软件设计由主程序、温湿度传感器驱动子程序、光照传感器驱动子程序、LCD12864液晶显示子程序、串口通信子程序等组成。对于硬件方案用到的编程软件其中包括对于微控STC12C5A60S2进行C语言程序编译的Keil软件，将Keil软件生成的.hex头文件烧录至MCU中的下载软件STC-ISP中。　　2 室内环境质量无线监测系统的硬件设计　　实验室室内环境质量无线采集系统在硬件设计过程中，使用了模块化的设计方法，分别为微处理器电路设计、数据采集模块电路设计、显示模块电路设计、串口通信电路设计、无线收发模块。在本系统中，对实验室室内环境质量参数数据的采集主要依靠各种传感器，如温湿度传感器AM2301、照度传感器模块GY30。这些传感器的工作原理是利用物质各种物理性质随环境变化的规律把温度、湿度、照度等转换为模拟量或数字量进行输出，通过单片机采集这些电量数据并对其进行计算即可确定各环境参数的数值。在室内环境质量无线监测系统的设计中，本文使用了STC12C5A60S2单片机进行设计。具体包括：单片机最小系统，温湿度接口电路，光照接口电路，接口电路，电源电路，串口通信接口电路。　　2.1 MCU的选型　　本系统设计采用的是STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2 在众多的51系列单片机中，算是国内STC 公司的1T增强系列中更具有竞争力的一种，因为他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内具有Flash工艺的大容量程序存储器。如STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60 K的 FlashROM，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。而且STC系列单片机支持串口程序烧写。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可进行加密，很好地保护了用户的劳动成果。　　2.2 温湿度传感器AM2301 　　DHT21数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。