基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)研究摘要當(dāng)前人們對(duì)于居住環(huán)境的空氣質(zhì)量提出了更高的要求，城市在建設(shè)過(guò)程中也會(huì)將空氣質(zhì)量參數(shù)作為是否宜居的主要參考。但是當(dāng)前各種工業(yè)生產(chǎn)、車輛行駛所造成的空氣污染情況愈發(fā)嚴(yán)重，為了能夠?qū)崿F(xiàn)城市空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)需要利用當(dāng)前熱門的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本次所研究的基于單片機(jī)技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)使用傳感器作為底層設(shè)備，來(lái)實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量數(shù)值的獲取，再通過(guò)STC89C52微控制器來(lái)對(duì)、GP2Y1010AU0F、DHT11、COZIR-WX等傳感器獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在程序編寫過(guò)程中針對(duì)空氣質(zhì)量參數(shù)、溫濕度數(shù)值、報(bào)警處理分別編輯不同的子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理工作，完成空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)。關(guān)鍵詞:空氣質(zhì)量；物聯(lián)網(wǎng)；STC89C52；GP2Y1010AU0F傳感器

AbstractAtpresent,peoplehaveputforwardhigherrequirementsfortheairqualityofthelivingenvironment,andcitieswillalsotakeairqualityparametersasthemainreferenceforlivabilityduringtheconstructionprocess.However,thecurrentairpollutioncausedbyvariousindustrialproductionandvehicledrivingisbecomingmoreandmoreserious.Inordertorealizeautomaticmonitoringofurbanairquality,itisnecessarytousethecurrentpopularInternetofThingstechnologytoachieve.TheairqualitymonitoringplatformbasedontheInternetofThingstechnologystudiedthistimeusessensorsastheunderlyingequipmenttoobtainairqualityvalues,andthenusestheSTC89C52microcontrollertoanalyzethedataobtainedbysensorssuchasGP2Y1010AU0F,DHT11,andCOZIR-WX.tobeprocessed.Intheprocessofprogramming,differentsubroutinesareeditedforairqualityparameters,temperatureandhumidityvalues,andalarmprocessingtorealizeequipmentmanagementandcompleteairqualityevaluation.Keywords:Airquality;IoT;STC89C52;GP2Y1010AU0Fsensor

目錄一、引言 1（一）課題研究背景 1（二）國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀研究 1（三）課題研究意義 2（四）研究?jī)?nèi)容與組織結(jié)構(gòu) 2二、總體設(shè)計(jì)方案與關(guān)鍵技術(shù) 4（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 4（二）系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 4（三）NB-IoT特性介紹 5（四）空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)技術(shù) 6三、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)終端硬件設(shè)計(jì) 7（一）硬件總體設(shè)計(jì) 7（二）微控制器選型 7（三）傳感器設(shè)計(jì) 9（四）ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介 12（五）通信電路設(shè)計(jì) 12（六）電源電路設(shè)計(jì) 13四、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì) 14（一）系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì) 14（二）設(shè)備工作流程設(shè)計(jì) 15五、監(jiān)控平臺(tái)分析與調(diào)試 18（一）建立工程 18（二）使用Debug進(jìn)行調(diào)試 18（三）仿真調(diào)試 18總結(jié) 21致謝 22參考文獻(xiàn) 23附錄 25一、引言（一）課題研究背景在相當(dāng)時(shí)期全球的工業(yè)產(chǎn)能一直保持著相對(duì)快速的增長(zhǎng)，這一現(xiàn)象是具有兩面性的。產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展促進(jìn)了社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。每年都會(huì)有人被污染的環(huán)境所傳染，最終導(dǎo)致生命的終結(jié)這一悲劇的產(chǎn)生很大程度是因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，并沒有對(duì)所排放的空氣進(jìn)行處理。、在施工期間隨意排放污染物，各種揚(yáng)塵都會(huì)導(dǎo)致施工環(huán)境當(dāng)中的空氣質(zhì)量降低。尤其是人口稠密的大城市，空氣中的微粒濃度會(huì)超過(guò)一定的標(biāo)準(zhǔn)，這會(huì)導(dǎo)致呼吸道疾病，從而影響到居民日常的生活。并且空氣污染以及二氧化碳的大量釋放加速了全球范圍內(nèi)的氣候變暖，為了確保環(huán)境健康在發(fā)展全球經(jīng)濟(jì)的時(shí)候，也需要更加注重環(huán)保和大氣的品質(zhì)。為了促進(jìn)環(huán)境質(zhì)量提升政府制定了很多的法律法規(guī)，在大氣污染和環(huán)境保護(hù)方面都花了大量的時(shí)間和精力。同時(shí)采用更加優(yōu)化的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)，能夠幫助更早的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。（二）國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀研究1.NB-IOT研究進(jìn)展最開始物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)GPRS技術(shù)進(jìn)行處理，但是該種自組網(wǎng)絡(luò)工作方式需要投入比較大的成本并不利于大范圍推廣。針對(duì)降低成本這一需求所研究的窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)兼容部署，隨著研究的深入NB-IoT系統(tǒng)建設(shè)工作全部完成，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。2.空氣質(zhì)量檢測(cè)平臺(tái)的研究進(jìn)展工業(yè)的發(fā)展雖然推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步，但是在生產(chǎn)過(guò)程中所造成的環(huán)境污染問(wèn)題同樣給人們的生活帶來(lái)了巨大的影響。在不同地區(qū)部署空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)對(duì)工業(yè)園區(qū)、居民區(qū)等場(chǎng)所進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)，能夠更好的排查到空氣污染來(lái)源。同時(shí)大面積的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)最終能夠組成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，更好的保障空氣質(zhì)量。美國(guó)最早研發(fā)出的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)二氧化碳濃度、風(fēng)速等參數(shù)，主要通過(guò)設(shè)立多個(gè)傳感器站點(diǎn)完成參數(shù)監(jiān)控工作。通過(guò)不斷增加監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，組成了完善的檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)建立完善的體系，如圖1-1所示。圖1-1美國(guó)空氣質(zhì)量監(jiān)控體系雖然國(guó)內(nèi)有關(guān)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)研究相關(guān)工作開始的比較晚，最開始也只是采用人工監(jiān)測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)質(zhì)量監(jiān)測(cè)目的。但是隨著國(guó)內(nèi)自動(dòng)化技術(shù)的提高，基于單片機(jī)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)體系被建立出來(lái)，最終實(shí)現(xiàn)了空氣質(zhì)量信息的收集工作。（三）課題研究意義研究設(shè)計(jì)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)，是為了能夠更好的實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)工作。本次研究基于單片機(jī)技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)，擬使用傳感器設(shè)備來(lái)對(duì)監(jiān)測(cè)去的空氣環(huán)境數(shù)值金秀賢獲取，借助設(shè)備對(duì)于環(huán)境的感知能力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)任務(wù)。同時(shí)借助NB-IoT實(shí)現(xiàn)傳感器設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸工作，最終實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的上傳與保存。環(huán)境保護(hù)人員能夠根據(jù)收集到的空氣質(zhì)量變化情況完成環(huán)境因素分析，確保環(huán)境安全。（四）研究?jī)?nèi)容與組織結(jié)構(gòu)本文研究如何借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)空氣污染監(jiān)測(cè)工作，系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)采集工作全部通過(guò)傳感器完成的。為了能夠在環(huán)境監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)獲取到更加精確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，需要通過(guò)大范圍部署的方式采用多個(gè)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)收集，然后通過(guò)NB-IOT進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳輸。文章主要介紹了空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)研究的全部?jī)?nèi)容，分為五個(gè)部分進(jìn)行介紹。介紹空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)課題研究背景，介紹了NB-IoT與空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展情況。對(duì)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則以及總體方案內(nèi)容設(shè)計(jì)，并介紹了當(dāng)前常用的氣體傳感器分類設(shè)備。介紹硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括負(fù)責(zé)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備工作監(jiān)測(cè)的單片機(jī)選擇以及傳感器、報(bào)警電路等硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容。介紹空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備控制程序的設(shè)計(jì)，分析軟件工作流程。對(duì)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行功能分析與調(diào)試，通過(guò)串口模擬接收空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判斷程序設(shè)計(jì)是否準(zhǔn)確。

二、總體設(shè)計(jì)方案與關(guān)鍵技術(shù)（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則1.功能要求本次研究空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)是要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)的收集，系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、空氣數(shù)據(jù)展示與控制端等幾部分內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)空氣質(zhì)量參數(shù)的收集。同時(shí)為了確保收集到的空氣質(zhì)量參數(shù)具有一定的代表性，還會(huì)通過(guò)分析平均數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量判斷工作，針對(duì)空氣當(dāng)中的顆粒物含量、二氧化碳濃度等參數(shù)進(jìn)行分析收集，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)當(dāng)前環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)的采集工作。為了能夠?qū)⒖諝赓|(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)揮出更大的價(jià)值，需要監(jiān)測(cè)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸工作，使用ADC0832模塊完成模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)相互之間的轉(zhuǎn)換工作。通過(guò)STC89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)傳感器硬件設(shè)備的管理，用戶的控制指令也需要通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行處理。根據(jù)預(yù)設(shè)在系統(tǒng)當(dāng)中的報(bào)警值與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，能夠得出當(dāng)前環(huán)境空氣質(zhì)量是否符合要求。2.性能要求空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)部署之后，需要能夠完成空氣質(zhì)量監(jiān)控需求。為了確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的開展工作，在設(shè)備選擇以及連接設(shè)計(jì)時(shí)需要按照模塊進(jìn)行處理，從而確保空氣監(jiān)控平臺(tái)發(fā)生工作故障時(shí)能夠更快的排查到問(wèn)題的所在。同時(shí)系統(tǒng)性能方面的要求還包括通信鏈路穩(wěn)定等內(nèi)容。（二）系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本次所研究的基于單片機(jī)技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)主要是為了輔助完成監(jiān)測(cè)空氣污染的數(shù)據(jù)，并及時(shí)的將收集到的實(shí)時(shí)環(huán)境信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器當(dāng)中，協(xié)助有關(guān)部門開展工作。在這個(gè)空氣質(zhì)量采集以及數(shù)據(jù)傳輸處理的過(guò)程中，感知層、傳輸層和應(yīng)用層必須聯(lián)合在一起開展工作，最主要的是借助感知層當(dāng)中的大量顆粒、粉塵、二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備采集數(shù)據(jù)，然后通過(guò)NB-IOT網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器上。設(shè)備收集到的這些被檢測(cè)區(qū)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)被服務(wù)器分析處理然后保存在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)里，根據(jù)用戶的要求從數(shù)據(jù)庫(kù)里獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過(guò)控制終端進(jìn)行展示。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如2-1所示。圖2-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖（三）NB-IoT特性介紹本次設(shè)備通信技術(shù)選擇NB-IoT是經(jīng)過(guò)對(duì)比研究之后確定的，當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所使用的通信方式有很多中，但是無(wú)論是覆蓋面積、工作功耗、投入成本、設(shè)備部署等參數(shù)，都是NB-IoT技術(shù)具備更好的工作性能。特別是與一些傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通信方式相比較之后，能夠發(fā)現(xiàn)當(dāng)前NB-IoT通信技術(shù)能夠更好的排除傳輸過(guò)程中可能會(huì)存在的各種干擾情況。同時(shí)想要獲取到更加準(zhǔn)確的空氣質(zhì)量數(shù)值，需要對(duì)某一個(gè)時(shí)間段范圍內(nèi)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理通過(guò)均值判斷方法才能夠得到需要的數(shù)值，而窄帶物聯(lián)技術(shù)在接入網(wǎng)絡(luò)之后會(huì)一會(huì)保持會(huì)話狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間的在線工作能夠確保管理人員獲取到自己需要的數(shù)據(jù)，NB-IoT設(shè)備通信過(guò)程如圖2-2所示。圖2-2NB-IOT通信（四）空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)技術(shù)1.氣體傳感器選擇標(biāo)準(zhǔn)空氣質(zhì)量對(duì)于人類是否能夠正常生活是存在影響的，為了能夠檢測(cè)到比較準(zhǔn)確的數(shù)值在選擇氣體傳感器時(shí)檢測(cè)精度是最重要的參數(shù)。同時(shí)大范圍的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)需要使用到多個(gè)傳感器硬件設(shè)備，氣體傳感器選擇時(shí)需要從成本的角度考慮選擇性價(jià)比更高的產(chǎn)品進(jìn)行工作。2.氣體傳感器分類根據(jù)工作原理的不同，可以實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的氣體傳感器種類如下所示：1、半導(dǎo)體型傳感器2、電化學(xué)型氣體傳感器3、光學(xué)氣體傳感器4、高分子氣敏材料傳感器5、固體電解質(zhì)型傳感器

三、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)終端硬件設(shè)計(jì)（一）硬件總體設(shè)計(jì)硬件需要使用單片機(jī)最小系統(tǒng)完成控制管理工作，本次空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)硬件設(shè)備控制工作使用STC89C52型號(hào)單片機(jī)進(jìn)行處理。硬件結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，作為整個(gè)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)的核心，在對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)研究對(duì)于信息的收集功能。為了確保空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)在后期的應(yīng)用當(dāng)中能夠有足夠的空整體包括傳感器模塊、按鍵控制、電源模塊、顯示控制模塊等內(nèi)容。粉塵傳感器采用GP2Y1010AU型號(hào)設(shè)備，工作設(shè)備同時(shí)還包括溫濕度傳感器設(shè)備，對(duì)于硬件設(shè)備收集到的內(nèi)容采用ADC0832設(shè)備完成轉(zhuǎn)換工作，最后全部數(shù)據(jù)都會(huì)被封裝成數(shù)據(jù)包在通信線路上進(jìn)行傳輸。報(bào)警設(shè)備會(huì)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷報(bào)警模塊是否正常工作。電源部分電源部分按鍵模塊ADC0832單片機(jī)STC89C52液晶顯示傳感器蜂鳴器報(bào)警 圖3-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖（二）微控制器選型1.方案選擇控制器的選擇對(duì)于后續(xù)開展空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備管理工作是非常重要的，決定系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定的進(jìn)行工作。在方案選擇過(guò)程中采用可編程邏輯期間CPLD作為控制器件來(lái)使用以及選擇STC89C52單片機(jī)作為控制器來(lái)使用，是兩個(gè)比較優(yōu)化的方案。但是在進(jìn)行更加具體的研究時(shí)發(fā)現(xiàn)選擇CPLD作為控制器雖然能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的空氣質(zhì)量傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)收集工作，但是對(duì)于復(fù)雜的設(shè)備管理控制并不能夠很好的完成，同時(shí)設(shè)備部署成本較高并不適合應(yīng)用在大范圍的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作當(dāng)中。而采用STC89C52單片機(jī)進(jìn)行傳感器硬件設(shè)備控制的，能夠更加方便的完成空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)傳感器控制工作。無(wú)論是在設(shè)備使用成本還是在功能實(shí)現(xiàn)方面，單片機(jī)都能夠完成設(shè)備控制需求，并且該型號(hào)的單片機(jī)具有比較多的串行接口以及較大的存儲(chǔ)空間，能夠比較及時(shí)的完成空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)處理工作。2.STC89C52單片機(jī)介紹51系列單片機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有了比較完善的指令集來(lái)進(jìn)行設(shè)備工作控制處理，而本次使用的STC89C52單片機(jī)就是在51系列的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展之后演變出來(lái)的。在工作過(guò)程中該單片機(jī)不僅需要完成與外設(shè)的連接，還需要連接通信模塊實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的通信處理工作，同時(shí)結(jié)合鍵盤與顯示模塊完成輸入輸出內(nèi)容處理工作。單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖如3-2所示，該信號(hào)微控制器設(shè)備包括40個(gè)引腳以及多個(gè)并行I/O接口能夠開展工作，同時(shí)也能夠根據(jù)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)需要完成中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置工作。圖3-2STC89C52單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖STC89C52單片機(jī)電路圖如3-3所示，其中的P0~P3既可以被用作輸入端口也可以被用作輸出端口來(lái)使用。作為一個(gè)8位的處理器，其所能夠提供的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量較大，能夠滿足對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、中間結(jié)果以及最終結(jié)果的存儲(chǔ)管理工作。同時(shí)還集成了3個(gè)16為的定時(shí)器與計(jì)數(shù)器設(shè)備，輔助完成相關(guān)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備管理工作。當(dāng)控制器模塊工作異常時(shí)，還能夠通過(guò)復(fù)位電路來(lái)對(duì)當(dāng)中電路進(jìn)行處理優(yōu)化工作速度。其中的XTAL1和XTAL2引腳連接外部晶體和微調(diào)電容，作為時(shí)鐘電路引腳被使用。RST,ALE,PSEN和EA引腳分別作為復(fù)位信號(hào)輸入端、地址鎖存信號(hào)、定時(shí)信號(hào)傳輸來(lái)使用。圖3-3STC89C52單片機(jī)管腳圖（三）傳感器設(shè)計(jì)1、溫濕度傳感器本次選取的溫濕度傳感器設(shè)備型號(hào)為DHT11，它能夠很好的完成溫濕度數(shù)據(jù)采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫濕度數(shù)值監(jiān)控工作。設(shè)備電路圖如3-4所示，使用單片機(jī)當(dāng)中的P2.0口與傳感器的Pin2口進(jìn)行連接，傳感器當(dāng)中包括濕度感應(yīng)與NTC測(cè)溫元件來(lái)使用，在與STC89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)連接之后，能夠更好的完成響應(yīng)處理工作。傳感器工作信號(hào)傳輸距離當(dāng)前已經(jīng)達(dá)到了20米的范圍，能夠適應(yīng)多種場(chǎng)所的信號(hào)檢測(cè)需求，設(shè)備實(shí)物圖如3-5所示。圖3-4DHT11設(shè)備原理圖圖3-5DHT11設(shè)備實(shí)物圖2、PM2.5檢測(cè)傳感器對(duì)于空氣當(dāng)中的粉塵顆粒含量需要使用專門的GP2Y1010AU0F傳感器來(lái)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)內(nèi)容進(jìn)行檢測(cè)處理，如果空氣當(dāng)中的粉塵顆粒含量超標(biāo)會(huì)給人們的呼吸道造成影響。所選擇的監(jiān)控傳感器設(shè)備由紅外線發(fā)光二極管與光電管共同組成，能夠根據(jù)反射光的變化情況判斷出當(dāng)前空氣當(dāng)中的粉塵含量。當(dāng)設(shè)備完成通電之后，就會(huì)正常開始空氣當(dāng)中的粉塵含量數(shù)值檢測(cè)工作，數(shù)值的變化情況會(huì)通過(guò)電壓值變化的方式來(lái)表達(dá)，設(shè)備電路圖如3-6所示內(nèi)部結(jié)構(gòu)如如3-7所示。圖3-6GP2Y1010AU0F粉塵模塊電路圖3-7PM2.5傳感器設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3、ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介傳感器設(shè)備讀取到的數(shù)值是模擬數(shù)據(jù)，想要完成對(duì)該類數(shù)據(jù)的分析處理，需要借助ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)備的輔助才能夠?qū)崿F(xiàn)，該設(shè)備當(dāng)前被廣泛應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目當(dāng)中，具有比較好的穩(wěn)定性與兼容性。并且設(shè)備在工作過(guò)程中功耗只有15mW，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換只需要花費(fèi)32μS的時(shí)間，傳感器工作電路圖如3-8所示。圖3-8ADC0832傳感器電路圖4、通信電路設(shè)計(jì)想要依靠NB-IoT完成設(shè)備通信，需要建立監(jiān)測(cè)站點(diǎn)與物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)相互之間的連接。NB-IoT是否進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作，需要由微控制器發(fā)出控制指令A(yù)T來(lái)實(shí)現(xiàn)，信息經(jīng)由天線進(jìn)行發(fā)射調(diào)試之后接收端也會(huì)根據(jù)對(duì)應(yīng)的指令完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作，從而建立整個(gè)系統(tǒng)的通信鏈路。通信模塊所選擇的設(shè)備型號(hào)為BC35-G，該芯片能夠支持多個(gè)頻段的通信傳輸工作，同時(shí)支持國(guó)內(nèi)幾大運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)連接，能夠根據(jù)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)搭建需求實(shí)現(xiàn)更加智能化的連接任務(wù)，原理圖如3-9所示。圖3-9NB-IoT連接控制器電路5、電源電路設(shè)計(jì)電源電路原理如3-10所示，該設(shè)備需要負(fù)責(zé)傳感器設(shè)備、控制器設(shè)備以及通信設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸處理任務(wù)。因?yàn)樵谠O(shè)備選擇時(shí)都是以低功耗設(shè)備作為選擇的重點(diǎn)，因此并不需要提供過(guò)大的電源即可使用，設(shè)備當(dāng)中SW1為開關(guān)控制引腳，負(fù)責(zé)控制是否完成整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)通，POWER作為電源指示燈來(lái)使用，來(lái)提示連接是否正常。圖3-10電源接口電路

四、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)（一）系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)1.控制程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)所用設(shè)備的管理工作，需要分別編輯對(duì)應(yīng)的控制子程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)顯示、傳感器設(shè)備工作處理、按鍵處理、報(bào)警控制等模塊內(nèi)容。主控制程序負(fù)責(zé)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)子程序的調(diào)用，同時(shí)將各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示輸出。同時(shí)程序當(dāng)中也會(huì)有輸入位置，管理者根據(jù)實(shí)際情況使用按鍵輸入方式完成報(bào)警值的設(shè)置，之后編輯報(bào)警電路判斷當(dāng)前溫濕度與空氣質(zhì)量傳感器檢測(cè)并傳送過(guò)來(lái)的數(shù)值是否符合安全值。2.控制端功能結(jié)構(gòu)為了能夠讓空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)工作過(guò)程中所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)揮出更大的價(jià)值，可以通過(guò)開發(fā)web監(jiān)控平臺(tái)的方式將其中的內(nèi)容顯示在瀏覽器頁(yè)面當(dāng)中來(lái)使用。監(jiān)控平臺(tái)最主要的是能夠?qū)鞲衅髟O(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，同時(shí)可以根據(jù)不同周期與時(shí)段，將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理通過(guò)折線圖等方式展示出歷史變化區(qū)間，優(yōu)化數(shù)據(jù)分析過(guò)程。同時(shí)針對(duì)歷史數(shù)據(jù)也需要能夠查看，便于分析出空氣質(zhì)量變化情況，所設(shè)計(jì)的軟件功能結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。4-1web監(jiān)控端功能結(jié)構(gòu)圖（二）設(shè)備工作流程設(shè)計(jì)1.傳感器初始化流程空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)傳感器設(shè)備初始化流程如圖4-2所示。發(fā)復(fù)位命令發(fā)復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)ROM命令初始化成功結(jié)束圖4-2傳感器初始化流程2.溫濕度參數(shù)讀取流程監(jiān)測(cè)平臺(tái)當(dāng)中的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與溫濕度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備工作流程是一致的，在完成信息獲取步驟之后都需要將其先暫存到暫存區(qū)當(dāng)中等待傳輸，流程如圖4-3所示。發(fā)復(fù)位命令發(fā)復(fù)位命令發(fā)跳過(guò)ROM命令發(fā)讀取溫度命令移入溫度暫存器結(jié)束圖4-3溫濕度傳感器工作子程序流3.串口初始化系統(tǒng)當(dāng)中使用到的各個(gè)通信串口在工作過(guò)程中也需要將內(nèi)容進(jìn)行初始化設(shè)置處理，工作流程如圖4-4所示。圖4-4串口初始化程序4.空氣質(zhì)量判斷流程空氣質(zhì)量參數(shù)判斷程序如圖4-5所示，為了確保設(shè)備工作狀態(tài)能夠穩(wěn)定在初始化程開始初始化開始初始化延時(shí)空氣質(zhì)量參數(shù)測(cè)量1602顯示數(shù)據(jù)判斷數(shù)值空氣質(zhì)量參數(shù)低于預(yù)設(shè)空氣參數(shù)下限值高于預(yù)設(shè)空氣參數(shù)上限值蜂鳴器聲光報(bào)警蜂鳴器聲光報(bào)警結(jié)束圖4-5空氣質(zhì)量參數(shù)處理流程圖5.主程序設(shè)計(jì)空氣質(zhì)量檢測(cè)平臺(tái)啟動(dòng)工作時(shí)，整個(gè)設(shè)備工作流程如圖4-6所示。設(shè)備首先完成初始化設(shè)置工作，之后等待傳感器經(jīng)常參數(shù)識(shí)別處理并完成基本的內(nèi)容驗(yàn)證工作之后，對(duì)傳感器發(fā)送的數(shù)值進(jìn)行解析，并將其通過(guò)控制端顯示。圖4-6主程序流程圖

五、監(jiān)控平臺(tái)分析與調(diào)試（一）建立工程對(duì)于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)當(dāng)中的各種硬件設(shè)備管理，需要通過(guò)Keil建立完整的控制程序。編輯設(shè)置主函數(shù)之后將各個(gè)子控制程序的文件加入到程序當(dāng)中，同時(shí)需要選擇適合的單片機(jī)型號(hào)來(lái)使用，本次選擇STC89C52單片機(jī)開展工作，因此電路板也需要選擇使用對(duì)應(yīng)型號(hào)的設(shè)備。（二）使用Debug進(jìn)行調(diào)試對(duì)于編寫完成的程序，需要通過(guò)Debug設(shè)置的方式來(lái)完成內(nèi)容的調(diào)試工作。通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)的方式，能夠檢查不同位置的數(shù)據(jù)輸出情況是否準(zhǔn)確。在完成基礎(chǔ)的程序調(diào)試處理工作之后，還需要將所使用的開發(fā)板與電腦進(jìn)行連接，啟動(dòng)系統(tǒng)查看傳感器設(shè)備供電情況，以及是否能夠根據(jù)所設(shè)置的范圍值進(jìn)行報(bào)警處理。圖5-1三個(gè)常用的調(diào)試工具（三）仿真調(diào)試考慮到在仿真程序編寫過(guò)程中無(wú)法模擬使用PM2.5傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，因此關(guān)于空氣質(zhì)量參數(shù)獲取需要通過(guò)串口通信方式來(lái)完成。串口輸出過(guò)程中每次發(fā)送一個(gè)字節(jié)，其中包括校驗(yàn)位以及空氣質(zhì)量參數(shù)信息。完成數(shù)據(jù)接收之后需要按照對(duì)應(yīng)的公示進(jìn)行轉(zhuǎn)換才能夠得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參數(shù)。圖5-2串口數(shù)據(jù)設(shè)置當(dāng)檢測(cè)到空氣當(dāng)中的顆粒物含量過(guò)高時(shí)，就會(huì)通過(guò)亮起提示燈的方式進(jìn)行提示，同時(shí)也會(huì)將詳細(xì)的數(shù)值通過(guò)控制端進(jìn)行顯示，仿真調(diào)試如圖5-3所示。圖5-3PM2.5報(bào)警提示對(duì)于溫濕度報(bào)警處理，需要使用溫濕度傳感器輔助完成。對(duì)于讀數(shù)的顯示可以直接使用LCD顯示模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)同時(shí)也會(huì)使用發(fā)光二極管進(jìn)行提示。根據(jù)當(dāng)前檢測(cè)到的數(shù)值進(jìn)行判斷，溫度過(guò)高或是溫度過(guò)低時(shí)都能夠正常使用。仿真調(diào)試如圖5-4所示。圖5-4溫度報(bào)警對(duì)于基于單片機(jī)技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)硬件連接模擬，需要通過(guò)編輯仿真調(diào)試實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的目的。最小系統(tǒng)有專門的復(fù)位電路，用于完成設(shè)備控制工作。通訊設(shè)備連接直接通過(guò)與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接的方式實(shí)現(xiàn)控制，仿真調(diào)試界面如圖5-5所示。圖5-5仿真調(diào)試界面

總結(jié)當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)成為連接世界的網(wǎng)絡(luò)，讓人們能夠通過(guò)更快的速度完成信息通信工作，給人們的生活帶來(lái)了巨大的改變。隨著技術(shù)的深入研究，當(dāng)前信息交互處理已經(jīng)不再局限在人與人而是向萬(wàn)物互聯(lián)的程度增長(zhǎng)。不同的業(yè)務(wù)需求需要用不同的網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行支撐，通信網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)成為了當(dāng)前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的兩個(gè)主要業(yè)務(wù)方向。本次針對(duì)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)的研究是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)所實(shí)現(xiàn)的，微控制器選擇STC89C52產(chǎn)品來(lái)使用，所涉及到的傳感器設(shè)備包括DHT11傳感器、GP2Y1010AU0F傳感器、COZIR-WX傳感器、JXM-CH2O傳感器來(lái)完成空氣質(zhì)量與環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)的檢測(cè)工作，并將所檢測(cè)到的內(nèi)容通過(guò)ADC0832傳感器設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，之后通過(guò)NB-IoT方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信傳輸工作。當(dāng)前所設(shè)計(jì)的監(jiān)控平臺(tái)