基于单片机的远程家庭环境监测系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

随着人们生活水平的不断提高，人们也提出了更高要求的生活环境和居住环境，更加在意自己周边的环境情况，各种各样的智能家居也相继进入人们的视野。而智能家居表现为利用信息传感设备来感知外界环境情况，并将家居生活有关的要素有机地结合在一起，且与互联网连接起来，进行监控、管理，从而智能家居也将成为未来人类家居生活的一个重要发展方向。

本课题基于上述考虑，要求选用合适的主控芯片和传感器，设计一个基于单片机的远程家庭环境监测系统，结合温湿度传感器、有害气体传感器或粉尘传感器来检测采集室内环境数据，并结合无线通信技术，实现对家庭环境中的空气质量进行远程实时监控和预警提示。本系统结构简单、使用方便、性能优良，具有一定的实用性。

2. 课题关键问题和重难点

本次设计是基于stm32f103单片机的烟雾和温湿度检测系统，通过dht11温湿度传感器检测当前环境温度和湿度，烟雾传感器监测烟雾浓度，将采集的模拟量值通过ad数模转换模块转换成数字量，发送给单片机。单片机控制lcd1602液晶显示屏显示当前检测到的温度、湿度和烟雾浓度值，同时通过按键设置温度、湿度和烟雾浓度的报警上限，当检测到的温湿度或者烟雾浓度超过上限值时，单片机控制蜂鸣器进行报警。此外单片机采用esp8266模块和手机进行通信，将检测到的数据发送给手机端，并展现在app上。

难点：

(1) 空气质量传感器电路与温湿度电路的设计。

3. 国内外研究现状（文献综述）

随着人们生活质量的不断提升，大多数人把工作和生活的空间集中在室内场所。因此，人们对室内居住环境、办公环境的要求也在逐步提升，但由于生活节奏的不断加快，人们大量使用一些虽美观但甲醛超标的装修材料、办公材料和生活用品，让家居环境、办公环境中存在一些安全隐患。安全隐患除了表现在甲醛等无色有害气体的浓度上，也体现在室内环境温湿度的影响上以及当下疫情影响下人们需要时刻注意自己体温^[1]等方面。

随着科学技术的发展，国外从20世纪30年代开始研发各类气体传感器^[2]，相关技术发展迅速。越来越先进的气体传感器为有害气体检测系统的发展提供了强大的硬件基础。现今，气体传感器类型大致包括半导体气体传感器，固体电解质气体传感器，以及光学气体传感器。近年来使用mems技术^[3]开发的气体传感器更是当今工业设计领域的前沿技术。纵观国内外发展，早期的有害气体检测系统^[4]大多使用传统单片机^[5]技术作为控制核心，即单片机通过输入输出引脚连接气体传感器完成对单一类型有害气体的采集。由于有些单片机系统提供的硬件资源很有限，所以实现的功能也比较单一，无法完成复杂的自动化检测和控制^[6]。这类有害气体检测系统大多应用在工业生产领域，如化工厂，炼油厂等，无法走入日常家居使用场景。近年来，嵌入式技术发展迅猛，性能越来越强大，集成度越来越高的嵌入式处理器出现在市场上，这类处理器配合高集成度有害气体传感器设计出来的产品，可以全方位采集检测多种有害气体和家居环境信息，并且具备可联网的属性，很适合家庭智能安全化的应用场景。目前国内外很多互联网和硬件产品公司都推出过相关的产品，如空气净化器，智能空调等，这些产品或多或少都具备家庭室内有害气体检测的功能。但是这些产品都存在一个共性的问题，就是每个产品相对独立，暂时没有构建成完整的应用体系。比如提供报警功能，或者与手机app相联系，优化室内空气质量等。而随着现代无线物联网技术^[7]的发展以及5g通信技术的普及，功能更丰富的家庭有害气体检测系统产品，相信会以雨后春笋般的速度出现在消费电子产品市场。

1、烟雾传感器

4. 研究方案

1、设计方案

本次设计主要分为检测、显示和报警三个部分。单片机采用stm32f103单片机作为cpu处理器，检测部分包括温湿度检测和烟雾浓度检测。温湿度检测采用dht11温湿度传感器进行采集，烟雾浓度值采用mq-2烟雾传感器进行检测，并通过ad0832数模转换成数字量发送单片机。单片机控制lcd1602液晶显示屏显示检测到的温湿度和烟雾浓度，按键用于设置温湿度和烟雾报警上限，蜂鸣器用于报警，esp无线模块用于单片机和手机之间的无线通信，单片机通过无线串口将数据发送给手机，并展示在app上。系统构成框图1所示。

5. 工作计划

第1周（2.20-2.24）接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；翻译相关英文资料；

第2周（2.27-3.3）阅读相关资料，理解有关内容；写出开题报告一份；

第3周（3.6-3.10）进行电路元器件选择、参数计算等，进行软件结构和流程图设计；