关键词：家居环境；51单片机；温度；湿度；一氧化碳

1  引言

近年来世界经济迅猛发展，生产能力也加速上升，大气污染问题却变得非常严重。尤其是近几年，国内的很多大城市雾霾形式非常严峻，严重影响了人们的身体健康，这引起了社会的持续关注^[1-2]。2019年，我国两会期间着重提出“生态发展、绿色优先”^[3]。而对于大众而言，其接触最多的就是居室（居住或室内）环境。国外很多高等院校、研究部门以及一些政府组织、民同组织、私营公司企业等很多机构都投人了大量的人、物、财力来从事并支持家居环境检测问题的研究和开展等工作。可见国家对于家居环境检测给予的重视与关注。而我国对于家居环境的检测研究开展相对较迟还并不完善。但随着人们对于家居环境的认识越来越多，对于居室环境的健康状态也越来越重视。为使人们对其室内环境内有更数字化的掌握，本文基于51单片机设计一种家居环境多参数检测系统，以51单片机为核心处理器，通过各个模块的连接实现对温度、湿度和一氧化碳（CO）浓度的采集、显示以及报警等基本功能，具有成本低廉、性能强大、外形小巧等优点，市场应用前景较大。

2  系统总体设计

该家居环境多参数检测系统的总体设计在实现对温度、湿度和CO浓度的采集、显示以及报警等基本功能的前提下，兼顾系统成本，确定系统框图如图1所示
^[4-6]。

图1  总体设计框图

3  系统硬件设计

该检测系统硬件方面主要分为以51单片机为核心的数据处理模块、温湿度采集模块、CO气体浓度采集模块、数据显示模块、按键模块以及报警模块^[7]。其中，温湿度采集模块通过DHT11温湿度传感器实现，将采集到温湿度信号由单片机数据处理模块接收并读取；同时，CO气体浓度采集模块由MQ-7一氧化碳传感器实现，采集CO气体浓度信号经模数转换将此信号进行处理，转换后的信号传输给单片机。最后单片机将处理后的数值通过数据显示模块LCD1602显示出来，完成信息的接收、发送及显示功能。按键模块以及报警模块主要用来实现系统的阈值报警功能。当被测的温度、湿度或CO信号超过设定阈值后，与单片机相连的蜂鸣器和发光二极管发出声光报警信号^[8]。系统的硬件电路原理图如图2所示。

图2  系统硬件电路原理图

4  系统软件设计

为了使系统更易维护及程序结构更加清晰，本系统编程软件以Keil uVision2为平台，采用了具有模块化的编程方式，其中各个模块功能的实现是通过调用子程序来完成的^[9]。系统工作之前首先将其进行初始化，然后对温湿度和CO浓度进行采集，采集完温湿度，读取数据发送给显示屏，而采集完CO浓度先进行A/D转换，然后将数据发送给显示屏，检测温湿度或者CO是否达到报警值，若达到则驱动报警，若没有达到则返回继续采集。系统软件设计流程图如图3所示。

图3  系统软件设计流程图

软件设计过程中设定温度、湿度及CO的数值范围，设置温度的范围是10°C~30°C，设置湿度的范围是10％~95％RH，CO浓度报警值为200PPM。

5  系统实物测试

为测试本文所涉及家居多参数检测系统的性能，本文分三种情况对其进行测试。第一种是显示正常温度、湿度和CO浓度；第二种是CO浓度超标，温度、湿度数据正常，蜂鸣器报警，二极管亮；第三种是温度超标，湿度、CO浓度正常，蜂鸣器报警，二极管亮。系统实物测试图如图4所示。

通过对该检测系统测试数据分析可得，该家居环境多参数检测系统可以测量出当前的温度、湿度和CO浓度信息，能实时显示，并且达到报警数值时，发出报警信号，即蜂鸣器鸣响，二极管发光。

6  结论

家居环境检测是近几年来一直受到人们持续关注并加以讨论的研究课题。现在的检测方式已经从人工检测模式变成了自动化检测模式，同时检测到的参数也能根据需要自行选择，使得控制不再单一，达成的效果也十分显著。为使人们对其室内环境内有更数字化的掌握，本文基于51单片机设计一种家居环境多参数检测系统。系统以51单片机作为核心数据分析模块，通过采用DHT11传感器及MQ-7传感器对居室环境温度、湿度及CO浓度的采集，辅以LCD1602、按键、蜂鸣器和发光二极管实现对采集信息的显示及阈值报警功能。通过系统实物测试得：该家居环境多参数检测系统可以实时测量及显示温度、湿度和CO浓度信息且达到报警数值时，发出报警信号。综上，本文提出基于51单片机的家居环境多参数检测系统，能都实现温度、湿度及CO信息的采集、显示与报警功能，具有成本低廉、性能强大、外形小巧等优点，市场应用前景较大。

参考文献：

[1]张小威. ZigBee电路设计及在智能家居中的应用[D]. 南京:南京邮电大学,2013.

[2]于波. 基于单片机的室内环境监测系统设计[D]. 山东:中国海洋大学,2011.

[3] http://www.gov.cn/zhuanti/2019qglh/index.htm.

[4]白慧芳,高强,陆辉山. 基于单片机的温湿度测量系统设计[J]. 电子制作,2015(1):10-11.

[5]秦伟.温湿度监测系统设计[D].西安:长安大学,2013.

[6]刘彦宾,李丽琼. 温湿度控制器的设计[J]. 无线互联科技,2016(10):68-69.

[7]王铭明,陈涛,王建立. 基于Basic⁃RF的家居环境监测预警系统设计[J]. 中国科学院,2013,26(24):99-102.

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[9]王国胜，郭联金. 传感器在室内环境空气质量检测中的应用[C]. 现场检测仪器及技术研讨会, 2013.