摘 要

室内环境(温度、湿度、污染物等)是人类生存的自然环境的重要组成部分，也是人类生存、发展的基本物质基础。随着科学技术、生产条件、生活水平的改善和提高，建筑结构的封闭化室内办公人员的增加，据统计，人的一生有三分之二的时间在室内度过的。室内空气品质的研究吸引了越来越多人的关注。

本设计方案基于ARDUINO单片机开发，利用DTH11数字温湿度传感器以及MQ-7 CO气体传感器等传感器，收集室内环境空气参数，并通过ESP8266 WIFI模块建立局域网，传输传感器采集的空气质量参数，最终由12864液晶显示器对空气质量进行实时显示，实现了对室内空气温度，湿度，有害气体的实时空气监测。

关键词：室内环境；空气质量；传感器；局域网

Abstract

The indoor environment (temperature, humidity, pollutants, etc.) is an important part of the natural environment in which human beings live, and is also the basic material basis for human survival and development. With the improvement of science and technology, production conditions, and living standards, the number of closed indoor office workers in the building structure has increased. According to statistics, people spend two-thirds of their lives indoors. The study of indoor air quality has attracted more and more people's attention.

The design is based on the development of ARDUINO MCU. It uses DTH11 digital temperature and humidity sensor and MQ-7 CO gas sensor to collect indoor ambient air parameters, and establishes LAN through ESP8266 WIFI module to transmit the air quality parameters collected by the sensor. The liquid crystal display displays the air quality in real time, realizing real-time air monitoring of indoor air temperature, humidity and harmful gases.

Key Words：indoor environment; air quality; sensor; LAN

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 室内环境监测系统国内外研究现状 1

1.1.2 WSN发展简介 2

1.2 主要研究内容 3

1.4 研究意义 4

1.4.1 理论意义 4

1.4.2 现实意义 4

1.5 技术方案 5

第2章 系统总体设计 6

2.1 系统功能及其物理结构 6

2.1.1系统功能 6

2.1.2系统物理结构 6

2.2 系统开发方案 7

2.2.1 通讯方案 7

2.2.2 程序开发方案 8

2.2.3 硬件搭建方案 9

第3章 系统硬件搭建 11

3.1 节点结构 11

3.1.1传感器节点结构 11

3.1.2 服务器节点结构 11

3.1.3 网关节点建立 12

3.2 硬件选型 12

3.2.1 开发主板 12

3.2.2 传感器器件 14

3.2.3 人机交互器件 16

3.2.4 无线网络器件 17

第4章 程序设计 19

4.1 主程序设计 19

4.2 传感器节点程序设计 19

4.2.1 传感器模块设计 20

4.2.2 传感器节点WIFI模块设计 28

4.3 服务器节点程序设计 31

4.3.1人机交互模块设计 31

4.3.2 传感器节点WIFI模块设计 34

第5章 场景实验 35

第6章 结论 38

6.1 设计总结 38

6.2 展望 38

参考文献 39

附录 40

致谢 50

第1章 绪论

当今社会，高品质的生活环境成为人们追求的目标之一，在日常生活中，居民对室内环境空气质量的问题也越来越重视^[1]。室内空气中包含的对人体有害的有毒气体，严重影响着居民的健康。另一方面，室内空气相对湿度较低，可吸入颗粒物浓度较高等也会人们的生活造成一定的不适^[2]。因此，研发一套实用、稳定的室内环境监测系统对人们的健康生活来说是很有必要的。

1.1 研究背景

目前，我国经济高速增长，城市工业化的脚步不断加快，空气污染问题日益严重。与此同时，人们在室内办公的时间越来越长，室内空气污染严重影响着当代人民的身体健康^[3]。根据统计数据得知，室内空气污染程度是室外空气污染程度的5-10倍，严重污染，甚至可以达到100倍^[4]。

1.1.1 室内环境监测系统国内外研究现状

科技的进步与人类对日常生活品质的追求，刺激了国内外室内环境检测系统及其产品的相关研发，尤其是在内检测系统传感器与如何降低系统能耗方面做了较多的研究。

早期国内外研发的环境监测系统大多是以农业与畜牧业有关，关注点为如何提高农业和畜牧业的生产值，因此，在下文中介绍国内外室内环境监控发展过程中，以农业与畜牧业为线索进行讲解^[5]。

（1）国内研究现状

我国的农业种植历史悠久，从公元元年开始，我国便开始了对瓜果蔬菜的室内培育^[6]。从上世纪30年代开始。我国经济地区便开始在冬季利用太阳能提供热源的温室，对生鲜瓜果进行培育，在养殖培育的过程中，对室内环境检测提出了较高的要求。受困于当时的科技发展，对冬季栽培生鲜瓜果的室内环境仅限于光线和温度，同时，只能在室内培育一些耐寒程度较高的生鲜瓜果，而不能培育喜温的蔬菜水果。到上世纪60年代初开始，利用塑料大棚对瓜果进行培育^[7]。在1966年，我国第一座简易塑料大棚建造于吉林省长春市，建造之初面积较小，仅有500㎡^[8]。此后十年，以节能为主要目的温室大棚得到高速的发展。根据不完全统计，到上世纪80年代初，我国十多个省和自治区，蔬菜瓜果塑料大棚种植面积达1.6万公顷^[9]。但在同一时期，我国的玻璃型温室发展较为缓慢。一直到1980年之后，才开始大量从欧美地区进口成套的现代化玻璃温室设备，设备配置地区主要集中分布在沿海高新技术开发区和京津翼地区。我国自主研发的现代温室设备，室内环境监控系统不完善，内部配置的设施较为简陋，与同一时期国外产品相比，从质量上和使用性能上都远远低于同类产品。至上世纪80年代中期，我国对原有的温室设备和进口设备在原有的基础上进行二次开发和全方位改进，对室内环境空气质量的监测技术也进行了改进，如增加了对一氧化碳，二氧化碳，湿度等参数的监测。

目前，我国室内环境监控系统主要分为两个方向。前者以江苏理工大学设计的智能化环境系统为代表，通过计算机对模拟量进行分析，将其转化为数字量，并与数据库中设定的参考值进行对比。后者以中国农业大学研发的华北大型连栋温室控制系统为代表，系统利用单片机开发，但目前仍处于单因子控制阶段^[10]。