簡易室內(nèi)溫度及空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

摘要：室內(nèi)溫濕度及顆粒物濃度是人們?nèi)粘Ｉ钪忻芮嘘P(guān)注的空氣指標(biāo)，系統(tǒng)通過DHT11溫濕度傳感器采集室內(nèi)的溫濕度信號，再通過GP2Y1010可吸入肺顆粒物濃度檢測傳感器進(jìn)行室內(nèi)空氣質(zhì)量的數(shù)值檢測，如果PM2.5值超出上限將報警。

引言

　　室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度和可吸入肺顆粒物濃度是人們?nèi)粘Ｉ钪惺株P(guān)心的室內(nèi)空氣質(zhì)量的指標(biāo)?，F(xiàn)今健康成為越來越多的人關(guān)注的話題，但是由于我們周邊生活環(huán)境的日益惡劣，尤其是霧霾天氣的加重，PM2.5值不斷提高，有效監(jiān)測手段非常必要。

　　本文所設(shè)計的簡易的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)可以實時地監(jiān)控房間內(nèi)的溫濕度，對可吸入肺顆粒物的濃度檢測值，在被測定之后，如果超過其最高限定值則會報警以提示。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

　　整個設(shè)計需要完成溫度傳感器電路的制作和傳感器布局，核心控制器的選型及電路設(shè)計，設(shè)計可行的溫度控制算法(可以基于PID或者模糊邏輯)，設(shè)計多點溫度數(shù)據(jù)的采集及轉(zhuǎn)換、溫度實時顯示電路、空氣質(zhì)量監(jiān)測及懸浮物測量的基本方案，并進(jìn)行硬件選型和空氣質(zhì)量基準(zhǔn)標(biāo)定等。

　　為了滿足上述設(shè)計要求，選擇STC89C52RC型單片機(jī)，使用多個DHT11溫濕度傳感器來實現(xiàn)多個地點采樣溫濕度的工作，輔以GP2Y1010型可吸入肺顆粒物傳感器，用來檢測環(huán)境中可吸入肺的顆粒物的濃度，最終通過LCD1602液晶顯示屏進(jìn)行溫濕度和可吸入肺顆粒物濃度的檢測值的顯示，不同控制模式下使用不同方式設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)溫濕度值，通過PID控制溫度控制算法來實現(xiàn)溫度的控制，并且對可吸入肺顆粒物的濃度也設(shè)定一個上限值，如果超過上限值就進(jìn)行報警。

2 溫度傳感器的選擇

　　目前使用的數(shù)字量輸出的傳感器有兩種，即DS18B20和DHT11。

　　方案一：DHT11溫濕度傳感器。DHT11溫濕度傳感器有5V左右的工作電壓，可以檢測的溫度范圍為0℃-50℃，并且可以在該溫度的范圍內(nèi)進(jìn)行濕度的測量。這種傳感器采用數(shù)字信號輸出。

　　方案二：DS18B20溫度傳感器。DS18B20也有5V工作電壓。分辨率調(diào)整范圍為9至12位。其溫度測量范圍從-55℃至+125℃，同樣也是數(shù)字信號輸出，但不能同時進(jìn)行溫度和濕度兩種所需指標(biāo)的檢測。

　　由于傳感器需要在多點測量溫濕度的實際情況當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用，而DS18B20只能實現(xiàn)對一種指標(biāo)進(jìn)行測量，且多點測量的情況下，還需要單純的測量濕度的檢測器件，這樣會增加成本和諸多設(shè)計上需要考慮的問題，因此結(jié)合應(yīng)用需要選擇DHT11更為方便。

3 空氣質(zhì)量傳感器模塊的選擇

　　要進(jìn)行室內(nèi)空氣質(zhì)量的檢測，通過對比和篩選初步選擇了M205型空氣質(zhì)量模塊和GP2Y1010可吸入肺顆粒物濃度檢測傳感器模塊兩種，下面具體對兩種模塊進(jìn)行詳細(xì)的比較。

　　方案一：M205型空氣質(zhì)量模塊。該模塊的優(yōu)點在于其內(nèi)部具有現(xiàn)在技術(shù)非常成熟的片式厚膜半導(dǎo)體氣敏元件，對空氣中的各類的易燃類氣體比如氫氣、一氧化碳、酒精等氣體比較敏感。但該類模塊存在一定的危險性，不適合室內(nèi)溫、濕度監(jiān)測。

　　方案二：GP2Y1010可吸入肺顆粒物濃度檢測傳感器模塊。這是運(yùn)用光學(xué)原理來檢測的可吸入肺顆粒物檢測傳感器，該類傳感器模塊的工作原理是由于空氣中的光線強(qiáng)度受塵埃顆粒的影響比較明顯，通過加載一個光學(xué)傳感器模塊對光線的強(qiáng)度做出感應(yīng)，從而得出濃度檢測的數(shù)值。尤其是可以有效地檢測到像香煙煙霧般非常細(xì)的顆粒。該傳感器的工作方式為通過檢測空氣中粒子半徑為0.5微米的顆粒數(shù)量，具有相當(dāng)高的穩(wěn)定性和靈敏性。

　　對于本方案，是在室內(nèi)中央空調(diào)環(huán)境下的溫濕度及空氣質(zhì)量監(jiān)測，通過上述的比較， GP2Y1010的測量精度和各方面特點更加符合設(shè)計的要求。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計

4.1 總體結(jié)構(gòu)

　　前面的論證將系統(tǒng)方案和各個模塊的選用方面都進(jìn)行了具體的分析，于是，在以上各個模塊元器件選定基礎(chǔ)之上，可初步畫得本設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4.2 DHT11溫濕度檢測模塊

　　其中DHT11溫濕度檢測模塊和GP2Y1010型可吸入肺顆粒物濃度檢測模塊采集完信號后，均傳入STC89C52RC進(jìn)行信號的處理，接著測量的溫濕度數(shù)值和溫度設(shè)定值以及可吸入肺顆粒物濃度即PM2.5的數(shù)值通過LCD1602顯示出來。

　　DHT11的外觀實物圖如圖2所示。

　　DHT11共有4個引腳，其中將四個引腳編號為1號、2號、3號和4號。1號名稱是VCC，是電源引腳，正電源輸入且可輸入3V至5.5V的直流電壓，本設(shè)計具體應(yīng)用的是+5V直流電源;2號引腳名稱是Dout，是輸出引腳，在輸出類型上是單總線數(shù)據(jù)輸出/輸入引腳;3號引腳名稱是NC，是空腳，擴(kuò)展未用;4號引腳名稱是GND，是接電源地的引腳。