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基于ARM的智能家用空气质量检测系统的研究

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摘要

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 发展方向

1.3.1 行业背景分析

1.3.2 市场分析

1.4 主要研究内容

2 室内空气质量检测系统功能需求和总体方案设计

2.1 系统功能需求

2.2 系统总体方案

3 传感器

3.1 DSM501灰尘传感器

3.1.1 DSM501灰尘传感器工作原理

3.1.2 DSM501灰尘传感器特性

3.2 DHT11数字温湿度传感器

3.2.1 DHT11数字温湿度传感器模块简介

3.2.2 DHT11数字温湿度传感器技术指标

3.3 MQ气体传感器

3.3.1 MQ传感器工作原理

3.3.2 MQ传感器

4 家用空气质量检测系统硬件设计

4.1 系统硬件设计

4.1.1 系统硬件整体结构设计

4.1.2 嵌入式处理器的发展及其分类

4.1.3 嵌入式操作系统

4.1.4 嵌入式系统设计方法

4.1.5 嵌入式操作系统的选择

4.1.6 处理器的选型

4.1.7 CC2530芯片介绍

4.2 ZigBee技术

4.2.1 ZigBee技术的特点

4.2.2 Zigbee协议栈简介

4.2.3 Zigbee协议栈各层功能

4.2.4 ZigBee网络拓扑结构

4.3 传感器接口电路设计

4.3.1 MQ-138传感器接口电路

4.3.2 锂电池充电放电电路

4.3.3 电源电压转换电路

4.3.4 LCD屏供电电路

4.4 无线传输接口设计

4.5 软开关机电路设计

4.6 系统其它外围电路的设计

5 家用空气质量检测系统软件设计

5.1 μC/OS-Ⅲ操作系统的移植

5.1.1 μC/OS-Ⅲ操作系统移植的方案

5.1.2 与内核相关的资源

5.1.3 与CPU相关的资源

5.1.4 编写BSP相关资源

5.2 软件设计

5.2.1 传感器驱动

5.2.2 网络传输

6 室内空气质量检测系统实验结果及分析

6.1 甲醛检测结果分析

6.2 CO2检测结果分析

6.3 温度湿度检测结果分析

6.4 粉尘检测结果分析

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 论文总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果

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摘要

我国目前的经济处于快速发展时期,高污染能源的巨大消耗对环境造成的污染越来越严重。因为很多大城市空气中PM2.5含量很高,还有房屋装修,杀虫剂,甲苯,甲醛,CO2,天然气,液化石油气等伴随的有害气体,对人们身体健康造成的影响不可忽视。随着生活水平的提高,人们对室内环境的空气质量提出了更高的要求。为了能够实时检测室内环境中的空气质量,提高家庭居住环境,需要对室内空气中的PM2.5和其它有害气体进行有效的监测,以便采取有效的预防和改善措施。针对目前市场上室内空气监测的产品价格很贵,功能不完善以及专用性弱的情况,本文以智能家居空气质量检测为切入点,研究和设计一种智能空气质量检测系统。
  本文研究和设计的空气质量检测系统以STM32F107微处理器作为嵌入式的硬件开发平台,操作系统采用的是μC/OS-Ⅲ嵌入式实时操作系统,开发了基于此系统的应用程序,成功实现了对温度、湿度、PM2.5、甲烷、氨气等实时监测。当超过限值时及时报警并且可以与手机通信,把家里的情况及时通知主人。本文在结构上,首先介绍了室内空气质量指标及检测系统的需求分析,给出了空气质量检测系统的硬件总体方案;然后详细地介绍了本文用到的ZigBee技术,传感器的工作原理,以及传感器的性能指标,并且进行了传感器驱动电路、电源电压转换电路、LCD屏供电电路、无线传输接口设计、软开关机电路设计等;最后给出了系统的软件设计和测试结果。
  通过对室内空气质量的检测和分析,系统的各项指标都达到了预期的设计要求。实际测试表明:系统检测精度达到了实际应用的要求,有较高的性价比和较好的应用前景。

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