基于51单片机室内有害气体监测系统的设计与实现

基于51单片机室内有害气体监测系统的设计与实现

姜慧,董香丽

山东协和学院 山东济南 250109

摘要：空气质量的异常给人们的身心和身体都会带来巨大影响，尤其是当空气中的有害气体甲醛，苯，甲烷以及一氧化碳等超标时，一旦不及时发现就会导致人体出现中毒，严重甚至导致死亡，因此在日常生活当中能对有害气体进行精确的检测与控制，对于提高生活质量，保证身心健康具有重要意义。本智能环境检测系统一共设计四个传感器参数检测网络，对环境相关的四个参数苯，一氧化碳，甲烷和甲醛四种有害气体进行检测；4个传感器共同对四个有害气体进行检测，确保环境安全。整个智能环境检测系统围绕对4个参数的检测，显示、报警与控制出发，硬件上以STC89C51单片机为核心，MQ2完成对环境甲烷的检测，MQ7传感器检测环境一氧化碳浓度，两路MS1100模块对环境中的甲醛和苯浓度进行采集，单片机通过引脚读取到数据后在内部对数据进行处理，在LCD1602上显示的同时，并与设定的安全数据进行处理，如果数据有异常那么就输出指令来驱动蜂鸣器同时驱动风扇，来实现报警和调控。软件上以C语言为核心，结合传感器的工作原理与通信特点，通过程序来驱动引脚实现对数据的和指令的输出，实现预期的功能。非常适合在居家环境中应用，提高环境的安全可靠性。

关键词：报警与控制  气体检测  单片机  智能居家环境监测

一、研究背景

空气污染不仅会使得生态环境遭受破坏甚至会直接危害人的生命安全。当前我国的环境污染问题尤其是大气污染情况已经迫在眉睫，在工业生产中排放的有毒有害气体以及发动机尾气中包含的有害气体，使得大气中含有的有害颗粒、有毒气体含量一直在升高，但是空气污染的情况比较难以琢磨，受多方面因素的影响，所处地方不同，空气污染的情况也不一样，所以如果需要掌握当地环境污染的具体情况，还需对当地环境参数进行实时监测，由此才能掌握当地环境污染的各种参数以及其变化规律，并以此为依据来制定整改措施。所以利用多传感器融合技术设计出一种空气质量检测设施显得尤为必要，此款检测设备不仅检测精度有保证而且便于随身携带、使用简单、性价比高。使用者能够用其完成很多有害气体以及颗粒物的含量检测，以此采取措施，提升周围环境，更好的享受生活。

二、系统设计方案

本系统以STC89C51为核心，具有简单、实用、便宜、宽电压、高稳定、难破解等优点。软件开发方面使用Keil开发环境，具有方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具，Keil使用C语言，C语言简洁紧凑、灵活方便，编写的程序可读性强、编译效率高，在结构及维护方面具有很大优势，综上所述本系统具有良好可行性。本系统以单片机为控制核心，检测数据输入模块，包括居家工作环境对人体健康影响较大的甲醛气体，一氧化碳，甲烷以及苯气体，还有提高系统适应性的指令设置模块；单片机接收到这些参数后根据设置的参数与检测到的实际产生进行比对后，输出指令来驱动风扇对环境进行调控和驱动蜂鸣器来进行异常报警，同时驱动LCD1602显示屏来对数据实时显示。系统结构图如图1所示。

图1  系统结构图

三、系统硬件设计

主控芯片为STC89C51开发板，对采集到的室内有害气体的含量进行管理。甲烷与一氧化碳检测传感器采用MQ系列中的MQ7和MQ2来完成对甲烷和一氧化碳数据的采集。甲醛与苯检测传感器采用MS1100来检测室内的TVOC浓度值包括甲醛与苯气体浓度，其能实现对大于0.1ppm的苯、二甲苯等有机气体挥发进行采集，同时具有体积小巧、价格便宜、响应速度快等特点。

四、系统软件设计

本室内有害气体检测系统工作流程如下：上电开机后，检测按键状态，依次读取四个参数值，处理后在LCD上显示，然后内部判断是否出现异常，如果出现异常，就输出指令来驱动蜂鸣器报警，驱动风扇开启工作调控空气质量，依次循环。主程序工作流第一步完成初始化，包括参数初始化；模块初始化，包括LCD，AD模块等；完成三个初始化工作根据按键的信息完成，按照设置好的工作模式的工作流程进行顺序工作，并对对于四个参数界限值初始化辅助，完成整个自动工作过程。开发环境采用Keil C51。它是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起。

五、总结

本系统主要的工作是通过在客户端和服务端之间进行通信，使得用户能在一定范围内通过手机对花卉植物周围的环境进行调节。针对基础理论展开了一系列的研究，针对我们的单片机进行设计以及通信调试等。后期可以考虑结合微灌控制系统直接进行数据反馈而不需要基础处理，使得单个终端可以并行的完成控制反馈，同时又具备数据通讯的功能。

参考文献

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