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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

近年来，随着能源危机和环境污染的日益严峻，人们在日常工作和生活对于环境污染问题日益重视，做好环境保护就成为日常必不可少的环节。与此同时，人们也开始对室内环境的监测高度重视，因为其在分析室内污染来源和对人体的危害方面发挥着不可替代的作用。根据统计可知，人待在室内的时间大概是人的一生的3/4，并且随着社会发展，较多部分人群的生活、工作和学习都是在室内进行。因此就需要有一个舒适、安全的室内环境来满足人们的日常工作生活。而随着人们生活水平的提高，对于各种各样的室内装饰的要求也越来越高，这样就造就了室内空气污染的增多，影响着人们的身体健康 。伴随科学技术的不断发展，环境监测不再局限在传统的监测污染源和污染物，而是可以通过单片机和传感器技术等新手段实时掌握和了解污染物的来源、有害物质的数量和对人类威胁程度的大小。所以本文设计了室内环境参数实时监测系统，对危险做出警报，时刻保护人们的身体健康。

国内外研究现状

室内空气质量监测技术从上个世纪的中后期逐步发展并且分成俩个阶段。第一个阶段是实验室测量，要到被测地点采样气体，并带到实验室检验分析。通常是分光光度法和色谱法，精度高的同时缺点也很明显，操作繁琐，测试的时间长，成本高等等。第二个阶段是现场直接测试，即使用能够定量检测化学成分的便携式仪器，比如试液和试纸等，可以对不同的气体进行测量。以上的俩个阶段都没有实时的监测能力，随着光电气体传感器和电化学气体传感器技术的不断发展，室内空气质量可以实时的采集数据在传感器上。气体传感器主要分为三种类型。第一种是通过放射性气体测量来检测的辐射检测仪器；第二种是通过和气体发生化学反应的电化学检测；第三种是光电气体传感器仪器，它依靠气体吸收光谱的浓度来测量。随着电子微处理器的飞速发展，微处理器可以处理传感器采集的信号进行处理分析，计算出被测气体的浓度值，可以实时监测室内的空气质量。

国内对空气质量监测研究飞速的发展，例如上海怀新环保科技hx-a1空气监测仪器，徐州日盛jc-e1室内空气监测仪器，北京华云的便携式甲醛仪等。都采用了化学的方法测试气体浓度，主要用于专业机构检测，没有实时监测的功能。此外还有宏基的air-monitor的检测仪器，可以检测pm10和pm2.5等指标，当空气质量发生变化时，空气净化仪器会自动开启，以保持室内的空气质量安全。国内的学者也对监测设备的发展做出了重大的贡献，例如周红波等人使用linux和嵌入式技术，设计了室内甲醛、温度监测系统；杨威风团队用stm32研制了更便宜且好用的室内空气质量监测系统等。

在20世纪70年代初期，首先在美国建立了一个室内空气质量研究组织，开始对空气质量进行长期测试，此后，其他国家也开始研究室内空气质量并制定了新的标准规定。之后美国的esc公司设计的气体监测器，能实时的观测气体浓度。仪器符合osha标准，保护着人们的身体健康。不仅如此，监测仪器操作方便易于携带，具备联网功能，能够在手机等移动设备中查看空气质量数值。例如，公司生产的z-zdl系列气体监测仪器可以直接测量空气中的甲醛气体含量。tsi公司与世界各个地方的研究机构合作，在测量仪器的设计生产处于世界的顶尖位置。该公司的7565型号监测仪，可以实时的测试出co、co2等。此外，日本新宇宙的xp-3160可以用于监测可燃气体，英国ppm公司的ppm-400可以监测甲醛等。

2. 研究的基本内容

本课题的研究内容主要是关于环境参数监测系统的硬件电路设计、软件程序设计和系统功能测试。

硬件方面涉及到主控芯片、传感器和显示元件的选取，既要考虑到功能齐全，也要考虑到成本。然后要用altium designer软件设计具体的主控芯片、传感器和显示元件连接的电路。需要兼顾每个模块之间的兼容性整个电路的完整性。软件程序设计则基于μc/os-ii，因此需要划分实现系统功能的任务和任务等级，分别设计传感器采集任务、显示屏显示任务、按键任务和报警任务流程，使用keil μvision5编写程序。

系统功能测试则需要进行系统采集环境参数的准确性测试、系统长时间工作的稳定性测试等。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案如图片所示，基于st公司的stm32f103c8t6微控制芯片为主控制核心?甲醛传感器和烟雾传感器经过微处理器自带的ad转换将传感器传输的模拟电压值转换成数字值。温湿度传感器则传入高低电平数字信号，并由处理器将信号转换为具体的温湿度值，处理器将烟雾浓度值、甲醛浓度值、温湿度值输出到oled屏显示，同时用按键设置烟雾的报警值，当烟雾浓度超过报警值时，蜂鸣器报警模块将会发出报警。

进度安排如下1.（2月20号-3月1号）首先通过图书馆以及互联网对室内空气质量参数做初步学习，概况出其核心意义，选取几个有代表性的空气质量参数，比如甲醛浓度、温度、湿度、烟雾浓度，并对这几个参数相关的传感器进一步进行学习，明确研究的目的和意义。2.（3月1号-3月15号）其次在各个气体传感器研究学习的基础上，选取监测系统设计的主控芯片和相关气体传感器，学习这些电气元件的知识和使用。3.（3月16号-3月20号）根据主控芯片的引脚来分配各个传感器的i/o端口，使用ad14(alitum designer)画原理图，购买所需元器件，并焊接电路搭建硬件。4.（3月21号-4月5号）建立起软件设计的流程，在keil uvision5上编写程序，学习和使用uc/os嵌入式操作系统，移植uc/os嵌入式操作系统，然后分配不同的任务进程，对各个任务进程进行硬件初始化和软件编写，并建立起任务之间的通信。5.（4月6号-4月10号）最后利用下载烧录软件将程序下载到单片机中，并对系统进行测试调试，使之能完成预定的功能，并保持稳定的工作。6.（4月11号-4月25号）编写论文初稿。7.（4月26号-5月16号）修改论文并认真准备毕业答辩

4. 参考文献

[1] 冯艺.环境空气质量自动监测的发展及优势研究[j].科技资讯，2008，6（4）：229

[2] bai z, wang z, zhu t, zhang j. adeveloping indoor air quality related standards in china [j].journal of asian architecture and building engineering, 2003, 2(1):55-60.[3] 李连东.室内环境空气监测中存在的问题及对策探讨[j].化工设计通讯，2016，28（12）：122[4] 周红波.基于嵌入式的室内空气监测系统的应用研究[d].华东交通大学,2015.[5] 杨威风.基于 stm32 的室内空气质量监测器的设计与研究[d].武汉轻工大学, 2015.[6] 张月雷，董强.基于arm的嵌入式系统硬件设计的研究[j].信息与电脑，2016，28（17）：32-33[7] 赵继文.传感器与应用电路设计[m]. 北京：科学出版社，2002：543-601 658-720[8] 王永虹. stm32系列arm cortex-m3微控制器原理与实践[m]. 北京：北京航空航天大学出版社，2008：412-475[9] 韩明轩，李耀.一种甲醛检测仪[j].电脑知识与技术，2015，22（13）：215-216[10] 王惠军.基于stc89s52与dht11的温湿度采集系统的设计[j].中国电子商务，2011，12（1）：264-265[11] 周熊. 基于at89c52单片机的烟雾报警器设计[j].电子设计工程，2013，20（1）：164-165[12] 盛春明.stm32f10x一键串口下载的电路设计与调试[j].单片机与嵌入式系统应用，2018，18（5）：67-70

[13] 赵继文. 传感器与应用电路设计[m].北京： 科学出版社， 2002：543-601 658-720[14] 陈是知. μc/os-Ⅱ内核分析、移植与驱动程序开发[m]. 北京：人民邮电出版社， 2003：127-163[15] 周航慈. 基于嵌入式实时操作系统的程序设计技术[m]. 北京：北京航空航天大学出版社， 2011：181-205[16] jean j. labrosse.嵌入式实时操作系统ucos-ii[m].邵贝贝，译.北京：北京航空航天大学出版社，2007：126-168[17] 王登宏，厉佳男，贺雪辉，毛天翔，张水英.基于gprs的无线室内空气质量监测系统的设计[j].工业控制计算机，2017，29（7）：39-40[18] ehsan asadi, manuel c. a systematic indoor air quality audit approach for publicbuilding[j].environmental monitoring and assessment, 2013, 185(1):865-875.