家用环境监测系统的设计方案.doc

家用环境监测系统的设计方案 第1章 绪论 1.1 引言 随着现代社会的高速发展，对环境参数的测量监控涉及到工农业生产、国防建设、科学实验、人们生活等各个方面。所以对标准测量室内环境要求越来越高，尤其在人们的日常家庭生活中。人们会需要一个适宜的温度，不是太冷也不是太热。同时，人们对室内空气质量的要求更显重要。抽烟会使室内烟雾弥漫，使用液化气也难免会有泄露，这些气体都是对人体有害的。因此，把握室内的温度、湿度、空气质量的度，来进行妥善调节，从而避免由于这些环境因素的超标对人体造成的伤害就显得尤为重要。为了更好的对这些环境参数进行有效快速的测量，传统的人工控制已经不能满足要求。随着传感器技术的不断发展，单片机的应用不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。现代家庭环境监测中，对家庭环境的温湿度和有害气体浓度会有一定的要求，房主要随时能观看到房间里的温湿度。当温湿度超过或者低于一定的范围的时候，人会感觉到不舒服，有害气体浓度超过一定的值的时候，会对人们的身体健康造成危害。这就需要对家庭环境进行监测，使家庭环境达到人们要求的范围，从享受到到健康舒适的生活。采用51单片机来对这些参数进行控制，具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，从而能大大提高人们的生活质量。本课题要求根据家庭要求的环境参数，设计一个家用环境监测系统，该系统应以单片机为核心，实现对家庭环境的实时监测。 1.1.1 家庭环境监测系统国内外发展趋势 在过去，室内的温湿度主要靠我们的身体感知来感受，对温度的高低没有确切的数值，室内的气体主要靠我们的嗅觉来感受。但随着社会的发展，我们对这些参数的精度要求也在不断提高，我们要知道温湿度的确切值，要知道有害气体是否超标。先是温度计、湿度计和气体检测仪的发明，给我们的生活带来了很大的方便，但是温度计和湿度计在显示上不够明了，精度不够，一些气体检测仪只是仅仅能够检测气体浓度，却不能对有害气体浓度的超标进行报警。所以现在市面上有很多以数码管显示，蜂鸣器报警的环境监测器材问世。目前，国内外开发出了一些基于单片机计算机的环境监测设备，但是价格比较高，其操作系统均为英文，普及性不强。 环境监测的核心部分是传感器，所以环境监测的发展主要体现在传感器的发展上，根据传感器在信号输出方式上的不同，可以分为模拟传感器和数字传感器。下面就模拟输出温湿度传感器和数字输出温湿度传感器进行简单介绍。 1、模拟输出温湿度传感器 模拟输出温湿度传感器信号采用模拟电压输出方式，具有精度高，可靠性高，一致性好，且已带温度补偿，稳定性好，使用方便及价格低廉等特点，适合对质量，成本要求比较苛刻的企业使用。该传感器亮点在于功耗低、体积小、单片机校准线性输出、信号传输距离长，试用于暖通空调，加湿器，除湿机，大气环境监控，测量仪表等应用领域。 2、数字输出温湿度传感器 对于更紧密控制能力、更高精度和更大分辨率的需求带动了数字温度传感器的发展。被测温度信号从敏感元件接收的非电量到转换为微处理器可处理的数字信号，环节较多，而且模拟信号在长距离传输的过程中，受到的干扰较多，误差较大。因此，从非电量转换到数字信号，一般将其处理过程集成在单片IC器件体内部，这样就形成了功能强大，精确的数字传感器。 数字传感器与模拟传感器相比，由于采取高集成度设计和数字化处理，在可靠性、抗干扰能力以及器件微小化方面都有明显的优点，但受半导体器件本身限制，数字传感器还存在以下不够理想的地方： （1）数字传感器测量的是其自身管芯的温度，并且管芯温度接近于引线温度，所以每个传感器必须安置在与被监视环境有良好热耦合的位置。实际应用时会出现传感器所测温度值要小于环境温度，需要加修正值。 （2）数字传感器对温度转换为数字量的时间都较长。 （3）测温范围不宽（均在-40℃至+120℃）。 （4）数字传感器的传递函数存在有一定的非线性，可由软件校正。不过，数字传感器最好在常温下应用，超过常温范围它的误差较大。所以数字传感器目前还不适用于对温度变化敏感、环境恶劣的行业。 （5）眼下，数字传感器的价格比模拟传感器的高，作大范围推广应用时有一定的难度。 由于它们各自有其优缺点，又各有自己的应用范围和市场，数字传感器和模拟传感器会并存很长一段时间，但随着材料科学和半导体技术的深入发展与合作，数字传感器测温精度进一步提高，测温范围拓宽，生产成本和销售价格不断降低，其发展趋势必将取代模拟传感器。 1.1.2 设计的目的和意义 现代家庭环境监测中，对家庭环境的温湿度和有害气体浓度会有一定的要求，房主要随时能观看到房间里的温湿度。当温湿度超过或者低于一定的范