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單片機開發

室內環境監測系統


基于單片機的室內環境監測設計

本文所設計的系統環境監測系統主要基于STC12C5A60S2單片機,選擇該款單片機的原因在于其具有低功耗、應用廣、集成A/D轉換模塊以及I/O資源多等優點。

該室內環境監測系統包括溫濕度監測、甲醛濃度監測以及數據顯示等三個功能模塊,其中,溫濕度監測、甲醛濃度監測兩個模塊分別由若干溫濕度傳感器以及甲醛濃度傳感器構成。整個室內環境監測系統的運作流程為:由溫濕度監測模塊以及甲醛濃度監測模塊中相應的傳感器采集當前室內的溫濕度、甲醛濃度等環境數據,這些數據進行處理后傳輸至數據顯示模塊中進行顯示。

一、室內環境監測系統硬件設計

本文中重點針對溫濕度監測模塊以及甲醛濃度監測模塊進行設計。

1.1溫濕度監測模塊

本系統設計中,溫濕度監測模塊選擇采用了奧松電子中悦彩票官网的DHT21溫濕度傳感器。該款溫濕度傳感器的可靠性被廣泛認可,采用電容式濕敏元件,屬于電容式數字傳感器,運行能耗非常低,并且通過標準數字單總線輸出的方式,能夠實現較遠距離的數據傳輸。此外,由于DHT21溫濕度傳感器采用高精度NTC以及自動化校準技術,因此能夠有效、可靠地監測采集室內的溫濕度數據。

1.2甲醛濃度監測模塊

甲醛濃度監測模塊硬件設計方面,本設計通過對國內市場當中的多種室內氣體傳感器產品進行比較篩選,最終選定了技術成熟的MSI100一P111傳感器。MS1i00一Pl1i傳感器是由龍戈電子中悦彩票官网生產的一種揮發性有機化合物傳感器,業內普遍對其靈敏度以及穩定性給予好評。性能方面,MS1100一P111傳感器的氣體監測范圍約為O-lOOppm濃度之間,能夠對大于0.1ppm濃度的甲醛、苯、甲烷等多種對人體有毒害的氣體成分進行較為精確的定性檢測,而且對甲醛十分敏感,十分適用于室內環境監測系統的甲醛濃度監測模塊。

二、室內環境監測系統軟件設計

本室內環境監測系統的軟件設計方面主要遵循模塊化理念,設計了上電初始化、溫濕度監測、甲醛濃度監測、數據傳輸、數據轉換、數據顯示、報警等各功能模塊,并且為各功能模塊分別編寫獨立函數的編程方式,從而通過相關函數來實現對各功能模塊的控制。

本室內環境監測系統的數據流程如下:首先,在上電后數據顯示模塊、數據傳輸模塊等各功能模塊開始進行初始化,使其做好準備工作;然后,DHT21溫濕度監測模塊以及MS1i00一P111甲醛濃度監測模塊開始進行室內環境數據的采集工作,所采集的監測數據由數據傳輸模塊進行A/D模數轉換,然后進行存儲;此時,系統MCU會發出顯示室內環境監測信息的命令,數據傳輸模塊收到命令后將實時監測數據傳輸至顯示模塊,從而將轉換后的數據顯示出來。

三、實驗分析

在本室內環境監測系統設計方案完成理論設計后,通過實驗對其性能等進行驗證分析。首先,依照本設計方案中的硬件設計部分,將STC12C5A60S2單片機、DHT21傳感器、MS1100一P111傳感器以及液晶顯示器等硬件連接制成實驗板;然后,使用Kei1uViSi(m4根據軟件設計方案編寫出相應的二進制程序,并將編寫好的程序通過STCISP寫入STCI2CSA60S2單片機;最后對實驗板進行上電運行測試。

測試過程如下:將上述實驗板在室內環境中進行環境數據監測測試,對測試中所監測到的室內溫度、濕度、甲醛濃度等數據進行記錄,并與傳統室內環境監測手段所監測的數據進行對比分析。在室內溫濕度監測方面,傳統監測方式采用室內溫濕度計,該室內溫濕度計的溫度監測誤差低于±2℃,濕度監測誤差為±5%RH。在室內甲醛濃度監測方面,傳統監測方式采用了某品牌的空氣甲醛自測盒,其甲醛監測最小分辨率為0.05mg/m3。實驗板監測結果與傳統監測方式的監測結果對比情況如表卜表3所示。

通過實驗,可以看到本文所設計的基于STC12C5A60S2單片機的室內環境監測系統所監測的室內環境數據,與傳統監測方面所監測的數據之間的誤差值非常小。由此可以證明,該室內環境監測系統具有良好的精確度以及穩定性,可以滿足實際的室內環境監測需求。

總結

本文提出了基于STC12C5A60S2單片機的室內環境監測系統設計方案,所設計的系統能夠對室內溫度、濕度以及甲醛濃度等數據進行精確、穩定的監測。在此基礎上,該系統還具有擴展的潛力,通過增an--氧化碳傳感器等其他類型的傳感器,能夠監測更多氣體成分。此外,還能夠通過連接更多設備以及添加相應控制程序的方法,豐富該系統的實用功能。比如將排風扇連接到本系統中,當室內空氣中被監測的成分濃度超標時,系統能夠自動打開排風扇來提升室內空氣質量。

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