5.1 PROTUES软件介绍 ....................................... 21 5.2 仿真结果............................................... 21
总结 ............................................................................................................................. 24 致谢 ............................................................................................................................. 25 参考文献 ..................................................................................................................... 26
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第1章 引言
1.1 设计背景及意义
伴随着社会日新月异的发展与人类生活水平的极大提高，家居环境质量的好快逐渐成为我们关注的重点。而在我们家居生活中温度湿度、可吸入颗粒物PM2.5含量、有害气体含量等以上数据因与我们健康密切相关因为而最为被关注。据相关资料显示，人体的健康会极大的被温度湿度环境所影响。专家指出：日常家居中，温度控制在 17℃-26℃，湿度控制在43％-67％RH的情况下人体最为感到舒适。而长期生活在湿度低于43％RH 的空气环境中，人体的各项器官，特别是呼吸呼吸系统会产生极大的损害。鼻腔，呼吸道乃至肺部的黏膜纤毛生理功能受到极大损害，纤毛的蠕动减缓，从而很难清理掉粘膜上的灰尘、细菌等附着物的，给细菌与病毒滋生提供了良好的环境，从而损害人体健康。而在湿度较大的环境下，特别是大于 65％RH时，松果激素大量产生，促使人体肾上腺素，甲状腺素含量减少，造成人体兴奋度降低，疲惫，没有活力。同时，高湿度环境会损害人体免疫力，容易产生各种疾病，危害人体健康。PM2.5又叫细颗粒物，指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物。由于本身质量微小，可悬浮在空气中，大量的PM2.5颗粒物存在空气中会对环境造成极大的污染，是检测环境质量的重要指标。PM2.5在正常的环境中含量极少，但随着我国环境质量的不断变差以及PM2.5的含量不断加大，其对人类健康的危害愈发严重。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。甲醛是近些年伴随着过度装修用料所导致的新型家居污染源。甲醛无色有刺激性气味，随呼吸系统进入人体后会破坏人体细胞蛋白质，进而对人体器官特别是呼吸系统，神经系统造成极大地破坏。甲醛中毒的临床表现为眼红、眼痒、咽喉不适或疼痛、声音嘶哑、喷嚏、胸闷、气喘、皮炎等。严重时引发肾衰竭与癌症。近年来，世界范围内的科学家对甲醛问题展开了全面的讨论与研究。认为家居环境污染是导致甲醛中毒的最直接原因，因而净化家居环境，慎用装饰材料是防范甲醛危害的最使用的办法。我国作为甲醛污染大国，也在近些年制定了相应的防范措施。2003年3月由国家环保总局、卫生部、国家质量监督检验总局共同制定并发布的我国第一部“室内空气质量标准”，此标准严格定义了家居环境质量的各项标准，特别明确了各污染源的含量健康标准，给广大居民鉴定自家家居环境质量提供了科学参考。由此可知，家居环境质量越发受到人们重视，而相应的家居环境质量检测控制仪器也应与而生，并拥有广泛的应用前景与商机。可见，对家居环境监控设备的研究具有重要的意义。
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1.2 家居环境监测系统现状
人类对于温湿度的测量由来已久，早在中世纪的欧洲，著名科学家伽利略就曾有过尝试。他所制作的简易温度计，感热部分由果核大的玻璃泡构成，另一端则连有敞口的玻璃管。根据热胀冷缩原理，受热水平面会根据变化上下移动，从而判定出温度的变化，并可大致测出温度的高低。后来，经过科学家们的不懈努力，又在此基础上进行可改进，对感热材料换成了水银，使温度变化更加敏感，这也为后来温度计的形成提供了基础。水银温度计结构简单，制作方便，计量稳定，目前依旧被我们广泛使用，但缺点是材料易碎，并且不能实现远距离测量，不具备智能化等功能。目前在家居使用中，对有害气体的过滤，特别是甲醛气体的去除以活性炭居多。所谓的活性炭，顾名思义主要以炭构成，在制作过程中，将炭打磨成细小的炭粒。炭粒表面具备有较大的表面积，而炭粒的内部则有极为细小的穿孔。正是这种构造，让活性炭颗粒与空气有着充足的接触空间，并具备极大的吸附能力，从而实现对空气的过滤与净化。活性炭的制作需要较为精细的讲究，对于消除特定的有害气体时，活性炭的孔隙结构要适合有害气体的分子结构，从而最大限度的发挥活性炭的吸附能力。活性炭在对甲醛、苯系物、氨、氡等有害气体的过滤有着极强的作用。此外，活性炭购买方便，使用简洁非常适合家居环境下的空气净化。但活性炭使用条件较为严苛，需要在流动的空气环境中方可起到较好的过滤作用，并且过滤空间面积较小，过滤后若要循环使用，则必须在日光下进行暴晒处理，使活性炭内部吸附的气体分子挥发掉。方可再次使用。
对于PM2.5, 1997年美国环保局制定颁布了比PM10更小的颗粒物，即PM2.5作为空气质量标准，并规定年均和日均浓度限值分别为21ug/m3、65ug/m3，而PM10年均和日均浓度限值不变。2006年美国环保局进一步缩小PM2.5的日均浓度限值，也就是现在的标准限值，即年均和日均浓度限值分别为15ug/m3、35ug/m3并且废除了PM10的年均浓度限值，可见，美国对颗粒物的限值标准越发严格。年月世界卫生组织在《全球大气质量指南》中力推的年均和日均浓度限值分别为10ug/m3、25ug/m3、根据全球各国的社会经济发展水平和环境空气污染特征的差异，将环境空气质量分为三个阶段目标和一个指导值。阶段等级越高，对环境空气质量的要求越严格。近年来，越来越多的发达国家和地区已根据各自发展状态对其环境空气质量标准作了相关的修订。
进入20世纪，伴随着电子技术的飞速发展与日益广泛的应用，空气环境检测技术有了更深层次的发展，相关电子产品也得到了极其广泛的应用。特别是电子化的温度计、湿度计、甲醛测量仪、PM2.5净化设备等。国外在这方面研究较早也取得了较为显著的成果。早在上世纪80年代模拟式组合仪表已应用在温湿度检测中。进入新世纪国外的温湿度控制已全面向自动化、智能化、无人化方向靠拢，并将成果转化为产品投入市场。
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我国在此方面发展较晚，受困于技术与材料方面的限制，仅在温度、湿度单一方面取得了一定成果，在集成性方面还有待进一步发展。在有害气体的检测方面，国外的发展也走在我国前面。目前相当一部分公司开发出的产品已在相关气体检测方面占有重要的市场，如英国 Tsl 公司生产的 PPM40OTM 甲醛检测仪、德国生产的 TG2000 系列固定式有害气体检测仪。我国公司的产品尽管与国外知名厂商存有一定差距，但产品发展仍取得了不错的效果，如深圳市赛纳威环境科技有限公司生产的赛纳威甲醛检测器，北京ECO-5(琥珀金)居家智能甲醛监控装置，天津福民科技有限公司生产的优耐特甲醛全时段检测净化器等。以上这些空气检测装置虽然在检测有害气体方面有不错的性能，但其应用范围主要适用于工业领域，并不适用与家居环境空气的质量检测，可见在家居领域，此项研究仍有极大地研究价值。特别是伴随着单片机技术的不断成熟。电子化的空气检测仪器与家居智能化的发展完美契合。本文正式尝试将两者的结合，设计出一种基于单片机的家具空气质量监控系统。
1.3 设计目的及内容
本文所构建出的家居空气质量监控系统面向于现代家居环境能够检测并显示出温度，湿度，甲醛，PM2.5各项实时数据。集实用性，高效性，经济性于一身。通过比较市场现有的产品以及环境质量现有的研究成果。最终设计出了以单片机为控制核心，多传感器检测多项数据，并加入了液晶显示及声光报警模块，将家居环境至来年个检测和智能控制有机的结合起来，为今后智能家居的发展提供了新的思路。本文主要完成的设计内容如下:
（1）完成了系统设计方案论证和总体框架设计。
（2）控制模块，使用 AT89C51单片机作为系统核心控制器。 （3）温湿度模块，使用传感器 DHT11 采集温湿度数据。
（4）气体检测模块，使用PM2.5传感器及甲醛气体传感器采集气体浓度。 （5）报警模块，采用蜂鸣器，指示灯来进行报警处理。 （6）显示模块，采用LCD液晶显示屏显示室内空气实时数据。 （7）设计了系统整体和各模块工作的程序框图。
（8）利用PROTUES对构建系统进行仿真，验证设计的可行性。
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