室内空气质量检测系统软件设计与实现.doc

北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计室内空气质量检测系统软件设计与实现室内空气质量检测系统的软件设计与实现摘 要本设计基于C52单片机，运用KEIL以及Proteus设计了一种室内空气质量检测系统，该系统包含以下模块：检测模块、显示模块、报警模块、GSM模块该系统可对温度、湿度、甲醛浓度、PM2.5、甲烷浓度、一氧化碳浓度进行检测并在显示屏上实时显示，每个检测功能都可调整其报警值，当前检测值大于报警值时，报警模块工作，与此同时，GSM模块发送报警短信给指定用户，实现远距离报警本文提出了基于向量范数的中值滤波法，运用数字滤波算法中的中值滤波法将AD转换器采集的数据进行祛杂处理，克服因为偶然因素对采集数据所产生的干扰此外，中值滤波法还配合冒泡算法，更加容易获得采样数据的中值同时,对相邻两次经过中值滤波的采样结果进行向量范数的计算实验结果证明该方法使得系统鲁棒性得到显著提高本设计还搭载了GSM模块，运用该模块的无线通讯网实现了数据的远程显示关键词：中值滤波法；冒泡算法；向量范数；鲁棒性Indoor air quality detection system’s software design and implementationAbstract The design is based on C52 SCM, using KEIL and Proteus to design an indoor air quality detection system. This system includes the following modules: detection module, display module, alarm module and GSM module. This system could be used for temperature, humidity, formaldehyde concentration and the concentration of PM2.5, the concentration of methane, carbon monoxide for testing as well as display them on the display screen in real time. Each detection function can adjust its alarm value. When the readings are greater than the alarm value, system’s alarm module works. Besides, the GSM module will sends alert messages to the designated mobile users to achieve remote alarm.This paper presents a median filtering method based on vector norm, which using the method of digital filtering algorithm of median filter to remove noise with the data of the AD converter, overcome by an accidental factors on the acquisition data generated by the interference. In addition, it also combined with the bubble algorithm to obtain the median of the sampled data more easily. At the same time, the vector norm is calculated for the sampling results of two adjacent passes through the median filter, which significantly improves the robustness of the system. This design is also equipped with GSM module, using the module of the wireless communication network to achieve long-distance communication.Keywords: Median filtering; Bubble algorithm; Vector norm; Robustness目 录1 前言 11.1目的、意义及应达到的技术要求 11.2国内外的发展概况 21.3拟解决的主要问题 32 开发平台 42.1开发平台的选择 42.2开发平台的使用 43 软件总体设计 73.1系统流程 73.2软件流程 84 软件详细设计 94.1主板核心模块 94.2检测模块 104.3远距离报警模块 114.4改进型数值滤波 125 系统实现 135.1程序实现 135.1.1编码 135.1.2测试 165.1.3调试 175.1.4运行 185.2仿真实现 185.3运行结果 195.4实物验收 236 系统总结 346.1系统特点 346.2不足与改进 346.3未来展望 35参考文献 37谢辞 38附录 391 前言室内空气质量检测系统是一种可以对周围气体进行识别并检测其浓度的装置，它具有检测模块、显示模块、报警模块与GSM模块。

其主要功能是识别周围气体浓度并实时显示，当浓度达到危害人体健康或有重大安全隐患时，发出报警信号，可搭载远距离数据传输模块，进行远距离报警，实现检测与报警无时差一体化亦可并入其他系统，如物联网与智能家具系统等，实现更加可靠与智能的检测随着各国合作的步伐日益紧密，人们的生产力水平越来越高然而，人们在追求生活的同时，却对地球环境造成的不可磨灭的破坏，尤其是环境的污染会对人的身心健康造成不可逆转的伤害，同时也严重影响着经济的发展人们总是一味地追求经济的一时发展，只顾眼前的利益，不断的制造工厂，不经处理的有害气体随地排出，不考虑地球生态平衡，不考虑后代的生态环境习总书记更是提出“绿水青山就是金山银山”的环保理念，以提醒我们爱护环境的重要性故本设计将开发实现一种可以检测：温度、湿度、甲醛、甲烷、PM2.5与一氧化碳六种功能与气体的系统，并在显示屏上实时显示各气体浓度，亦可更改各气体报警值，当前浓度大于预警值时，报警模块工作，搭载远距离传输模块后，完成远距离报警，实现更有效的检测报警系统1.1目的、意义及应达到的技术要求室内空气质量检测系统软件的设计与实现，目的在于搭载一个良好的检测平台，提供齐备的功能实现代码，并实现仿真的正常运行，为后续硬件的设计与实现以及最终实物的完成打下良好的基础，并将软件设计经行模块化处理，方便日后增减功能。

室内环境是指人们在有限面积的空间里进行各种活动的环境，是为了满足人们社会需要及社会功能的空间，比如写字楼里的办公室、居家卧室、酒店客房、商场店铺、图书馆自习室、学校教师、餐饮店等各种的公共服务设施环境以及面积有限的空间等而室内空气质量的品质对人的生产工作、社会活动、身体健康有直接而长远的影响据不完全统计，人一生时间的80%是在室内而随着城市化、现代化、工业化的迅速增长，人们的工作与生活起居越来越依赖室内空间，所以室内空气的品质于我们而言十分密不可分再加上我国改革开放的步伐推进，以及我国与世界的经济贸易合作不断加深，导致我国的经济快速发展，与此同时各种加工厂以及能源工厂拔地而起，空气质量问题就显得格外引人注目但是这些年来，大家的环保、节约、减排意识有了加强与改进，开始注意自身所处环境的质量 [1]现代生活对人们提出的要求，使我们在家里、工作场合等室内环境停留的时间日益变长而良好的室内空气质量不仅可以激发工作效率、提高身体健康程度，更对婴幼儿、孕妇、患有疾病的人以及老年人的身心健康大有裨益据世界相关组织的统计，在中国， 30%左右的室内空气中都存在有害人体身心健康的气体，对人体的身心健康造成不可磨灭的冲击，而劳动力身心健康的损耗，所带来各企业各行业的经济损失更是数目惊人。

本设计意在对室内空气质量检测系统进行软件的实现开发，使实物达到可以检测多种气体浓度的功能，并进行报警实现这些功能需要高效的开发程序，完整的程序逻辑，以及正常运行的仿真，而这些都是本设计的任务1.2国内外的发展概况国内外许多专家、开发人员都在研发有关空气质量检测装置其中，英国、美国等西方国家在设备自动化领域上起步早，故尚走在前列国外状况：1978 年，“首届室内空气与气候国际会议”，在哥本哈根举办，旨在提高人们对室内空气质量保护的意识目前，国外常用的检测传感器有以下几种：日本的Figaro公司生产的TGS2600空气质量传感器，具有功耗低，使用寿命长，元件小巧等特点，而该公司的同类型其他型号传感器在此基础上做了优化的改进，如TGS2602、TGS2610、TGS2630等美国生产的SPEC Sensors SO2二氧化硫传感器，生产质量可用于工业级检测，体积小巧，常用于手持式空气质量检测仪中英国生产的GSS CO2传感器CozIR-Blink，使用寿命高达15年，是当今可用的最长使用寿命的二氧化碳传感器，可与ZigBee、Wifi和蓝牙等无线物联网构成“智能家居”Mikhaylov K等人设计了基于蓝牙低功耗无线能量传输的智能家庭网关系统，Jovanovic I D等人设计了低成本无线粉尘监测系统。

尤其在近两年，德国和加拿大在这领域都有所建树国内状况：虽然我国设备自动化起步较晚，但动力足，增长快，与国外的差距越来越小我国室内空气质量监测仪，在初期研发时，研究人员多在实验室进行开发调试，处于不成熟期而到了后期，经过实验室的调试，便生产成品在实地进行验收，属验收阶段华东交通大学高海文以STM32F103C8T6为基础，搭载DHT11温湿度传感器，以及甲醛传感器，利用蓝牙模块和GSM通信模块传输监测数据，并开发上位机，具有功能齐全的特点沈阳工业大学杨晨开发了一款基于ARM的手持式的小巧检测仪其主要内核为Linux这些传感器与Linux所完成的检测仪，具有低功耗，操作简便等特点中国民航大学史艳红研究并设计了基于Zig Bee和Lab VIEW的多地无线温湿度监测系统，结合当下热门的智能家居所广泛使用的Zig Bee数据收发模块，以及利用Lab View进行上位机的开发，可以实现远程多地的温湿度监测和报警这些研发大多基于单片机，具有入门简单，使用方便等特点，但与国外产品相比，在嵌入式和数组传感器方面还没有广泛的普及虽然我国设备自动化发展迅猛，但在室内空气质量监测方面，却不尽如人意，国内大多数此类产品功能单一，而且价格昂贵，更有一些需要具备专业的知识才能操作，不够人性化，故设计一款便携、实惠、功能齐全和操作简单的室内空气质量检测仪将成为未来主要研发方向。

1.3拟解决的主要问题（1）调整各传感器模块传输数据与单片机相结合，根据各传感器的工作时序以及工作原理编写相应代码，使其正常工作，并解决可能出现的模块冲突问题，实现与其他模块同时正常工作；（2）编写代码，使各模块可以实现本设计所需功能要求，比如显示屏实时显示当前检。