zigbee的空气质量监测系统硬件设计(附件)
随着工业化的不断发展，我国在环境方面所付出的代价越来越高，对于人们而言最直观的影响就是空气污染的不断加重，所以针对空气质量的监测问题就显得尤为重要。本设计是硬件部分设计，由ZigBee子节点模块、ZigBee协调器模块等组成，加上相应的软件构成基于ZigBee无线传感网络的室外空气质量监测系统。首先通过相应的传感器对PM2.5等空气污染物以及室外的温湿度状况进行检测，对检测到的数据经过转换，然后将检测参数传送给接收端，随后通过ZigBee无线传感网络将接收的数据传送到上位机，上位机将检测的数据显示出来，并进行实时监控。由于该设计采用ZigBee的无线传感技术，所以可以通过增加检测传感器的数目，并在接收端添加删除ZigBee节点来实现对一个地区的不同地方进行多点检测。关键词 空气质量检测，ZigBee模块，温湿度检测，PM2.5
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 空气质量检测的国内外研究现状 2
1.3 本文研究内容 3
2 基于ZigBee的空气质量监测系统总体设计 4
2.1 系统功能规划 4
2.2 系统设计方案 4
2.3 主要元器件的选用 6
3 硬件设计 9
3.1 最小系统设计 9
3.2 DHT11传感器电路设计 12
3.3 PM2.5传感器电路设计 12
3.4 MQ2传感器电路设计 13
3.5 接口电路电路设计 14
3.6 电机控制电路 14
4 系统调试 15
4.1 系统程序的编写、仿真和下载 15
4.2 实物的调试结果 17
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录A 电路原理图 23
1 绪论
1．1 课题研究背景
在身为发展中国家的中国，环境污染属于一个比较严重的问题。在中国的大地上，我们可以看到很多地方都有着水污染、空气污染的存在，其中，相对于水污染的问题，空气污染问题的形势愈加严峻。
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可以说，大家的衣食住行因为空气污染现象而受到严重影响。为了实现可持续发展，我们需要对环境进行一系列的整治措施。当然，治理污染是一个很耗时间的活动，不可能在一天两天之内完成。在日常生活中，人们几乎每天都可以看到报道说哪个地方的PM2.5值爆表了或者哪个地方“云雾缭绕”。在这里，PM2.5是指颗粒污染物的总称，这种颗粒在自然世界中悬浮着，因而它不会被人们的肉眼所观察到，但是人们却可以通过呼吸感受到它。与其他污染物相比，这种污染对人身体的伤害也比较大，并且会对人的呼吸道产生影响，PM2.5的值越大，就会有越多其他的有害物附着在上面，并进入呼吸道，从而对人的身体健康产生不良影响。
随着生活水平的提高，人们追求的生活质量也越来越高[1]。大家都知道，随着生活节奏的日益加快，很多人需要更加经常性地外出，而在外面呆的时间越长，人们所可能呼吸到的PM2.5就越多，人的身体所受到的影响也就越大。因此，人们需要对空气污染进行检测，以确定出行安全。随着中国工业化的发展，这几年来PM2.5的值直线上升。很多城市都为此采取了一些相关的措施。但是很多措施也只是短期的办法，更长远的防护措施就是大家要想办法减少空气污染，从根源上解决问题。
现在大气污染如此严重，为尽量减小它所造成的伤害，在日常生活中，大家从以下几个方面入手可以有效地减少PM2.5对人体造成的伤害。
第一种就是采用过滤法。例如，人们在日常出门的时候可以带上口罩，这样就能减少呼吸到PM2.5的可能性。这种方法非常的可靠，而且不需要别的一些特别的措施就能够奏效。
第二种就是种植大量的绿色植物。因为植物的叶子有很大的表面积，它可以对PM2.5的污染物进行吸附，从而降低空气中的污染物[2]。但这个方法也有它的缺点，就是在室内它的吸附能力很小，不过在室外可以大面积的使用。
当然，除了以上这两种处理染物的方法，还有一种更加简单的方法，也就是采用仪器净化的方式来降低空气中的污染物。
综上所述，本次设计的空气质量监测系统希望除了能进行传统的空气温湿度监测、有毒有害气体监测外，还能够监测PM2.5等。
1．2 空气质量检测的国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
世界上对于空气的研究历史已经有好几十年了。空气质量检测于20世纪左右被第一次提出来。从那时起，很多国家就开始成立了一些用于空气质量监测的机构。通常一个国家会放很多的监测点来对空气质量进行监测，并且把监测的结果通过新闻报道出来。当前，印度是世界上所有的国家中空气污染最严重的一个。对于监测到的空气污染数值太高的问题，许多国家都开始采取了一些措施。比如，关停一些污染严重的工厂、做好基础设施建设方面防尘的准备、植树造林等[3]。在采取这些措施后，很多国家因为空气污染而死亡的人数都大大减小。
可以说，空气污染是导致人们换上呼吸疾病的主要原因。不仅如此，与空气污染相关的疾病种类也十分的多。美国是最先研制出空气净化装置的国家。因为进入工业化的关系，在当时他们的空气污染是非常严重的。而当时研制空气净化器的目的就是为了能够消除空气污染。有了空气净化器，就可以很方便很快速地检测出空气中污染物的含量状况等，能及时地提醒人们做好防止污染的准备。
1.2.2 国内研究现状
相比于国外的研究，国内对于空气质量的研究是从近几年才开始的。从最开始的时候起，我们就是对空气污染的状况进行研究的。因为在中国，空气污染问题十分严重，所以这几年来国家加大了对空气污染的治理力度。很多造成的污染比较严重的工厂都因为不符合空气污染物排放的指标要求而被关停[4]。2017年，国家环保部门出台了新的空气质量检测的标准，所有的废气排放都必须按照这个标准来执行。
值得一提的是，我国著名学者，清华大学张寅平教授提出了一种针对干板材料的双面挥发的具体模型。目前对空气质量的检测研究，主要监测的是甲醛等有机物。对诸如甲醛之类的挥发性有机物的监测主要采用仪器法。目前，在国内采用的还多是像色谱仪或色谱质谱联用仪以及各种传感技术为基础的测定仪，而这些测定仪要么方法比较复杂，要么误差比较大。目前的流行趋势是采用传感器结合微型计算机通过显示装置把结果显示出来的方式，并与国家标准进行对比，这是一种比较方便快捷并且结果较为准确的方式。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 空气质量检测的国内外研究现状 2
1.3 本文研究内容 3
2 基于ZigBee的空气质量监测系统总体设计 4
2.1 系统功能规划 4
2.2 系统设计方案 4
2.3 主要元器件的选用 6
3 硬件设计 9
3.1 最小系统设计 9
3.2 DHT11传感器电路设计 12
3.3 PM2.5传感器电路设计 12
3.4 MQ2传感器电路设计 13
3.5 接口电路电路设计 14
3.6 电机控制电路 14
4 系统调试 15
4.1 系统程序的编写、仿真和下载 15
4.2 实物的调试结果 17
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录A 电路原理图 23
1 绪论
1．1 课题研究背景
在身为发展中国家的中国，环境污染属于一个比较严重的问题。在中国的大地上，我们可以看到很多地方都有着水污染、空气污染的存在，其中，相对于水污染的问题，空气污染问题的形势愈加严峻。
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可以说，大家的衣食住行因为空气污染现象而受到严重影响。为了实现可持续发展，我们需要对环境进行一系列的整治措施。当然，治理污染是一个很耗时间的活动，不可能在一天两天之内完成。在日常生活中，人们几乎每天都可以看到报道说哪个地方的PM2.5值爆表了或者哪个地方“云雾缭绕”。在这里，PM2.5是指颗粒污染物的总称，这种颗粒在自然世界中悬浮着，因而它不会被人们的肉眼所观察到，但是人们却可以通过呼吸感受到它。与其他污染物相比，这种污染对人身体的伤害也比较大，并且会对人的呼吸道产生影响，PM2.5的值越大，就会有越多其他的有害物附着在上面，并进入呼吸道，从而对人的身体健康产生不良影响。
随着生活水平的提高，人们追求的生活质量也越来越高[1]。大家都知道，随着生活节奏的日益加快，很多人需要更加经常性地外出，而在外面呆的时间越长，人们所可能呼吸到的PM2.5就越多，人的身体所受到的影响也就越大。因此，人们需要对空气污染进行检测，以确定出行安全。随着中国工业化的发展，这几年来PM2.5的值直线上升。很多城市都为此采取了一些相关的措施。但是很多措施也只是短期的办法，更长远的防护措施就是大家要想办法减少空气污染，从根源上解决问题。
现在大气污染如此严重，为尽量减小它所造成的伤害，在日常生活中，大家从以下几个方面入手可以有效地减少PM2.5对人体造成的伤害。
第一种就是采用过滤法。例如，人们在日常出门的时候可以带上口罩，这样就能减少呼吸到PM2.5的可能性。这种方法非常的可靠，而且不需要别的一些特别的措施就能够奏效。
第二种就是种植大量的绿色植物。因为植物的叶子有很大的表面积，它可以对PM2.5的污染物进行吸附，从而降低空气中的污染物[2]。但这个方法也有它的缺点，就是在室内它的吸附能力很小，不过在室外可以大面积的使用。
当然，除了以上这两种处理染物的方法，还有一种更加简单的方法，也就是采用仪器净化的方式来降低空气中的污染物。
综上所述，本次设计的空气质量监测系统希望除了能进行传统的空气温湿度监测、有毒有害气体监测外，还能够监测PM2.5等。
1．2 空气质量检测的国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
世界上对于空气的研究历史已经有好几十年了。空气质量检测于20世纪左右被第一次提出来。从那时起，很多国家就开始成立了一些用于空气质量监测的机构。通常一个国家会放很多的监测点来对空气质量进行监测，并且把监测的结果通过新闻报道出来。当前，印度是世界上所有的国家中空气污染最严重的一个。对于监测到的空气污染数值太高的问题，许多国家都开始采取了一些措施。比如，关停一些污染严重的工厂、做好基础设施建设方面防尘的准备、植树造林等[3]。在采取这些措施后，很多国家因为空气污染而死亡的人数都大大减小。
可以说，空气污染是导致人们换上呼吸疾病的主要原因。不仅如此，与空气污染相关的疾病种类也十分的多。美国是最先研制出空气净化装置的国家。因为进入工业化的关系，在当时他们的空气污染是非常严重的。而当时研制空气净化器的目的就是为了能够消除空气污染。有了空气净化器，就可以很方便很快速地检测出空气中污染物的含量状况等，能及时地提醒人们做好防止污染的准备。
1.2.2 国内研究现状
相比于国外的研究，国内对于空气质量的研究是从近几年才开始的。从最开始的时候起，我们就是对空气污染的状况进行研究的。因为在中国，空气污染问题十分严重，所以这几年来国家加大了对空气污染的治理力度。很多造成的污染比较严重的工厂都因为不符合空气污染物排放的指标要求而被关停[4]。2017年，国家环保部门出台了新的空气质量检测的标准，所有的废气排放都必须按照这个标准来执行。
值得一提的是，我国著名学者，清华大学张寅平教授提出了一种针对干板材料的双面挥发的具体模型。目前对空气质量的检测研究，主要监测的是甲醛等有机物。对诸如甲醛之类的挥发性有机物的监测主要采用仪器法。目前，在国内采用的还多是像色谱仪或色谱质谱联用仪以及各种传感技术为基础的测定仪，而这些测定仪要么方法比较复杂，要么误差比较大。目前的流行趋势是采用传感器结合微型计算机通过显示装置把结果显示出来的方式，并与国家标准进行对比，这是一种比较方便快捷并且结果较为准确的方式。
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