基于人工智能的环境参数检测仪的设计

毕业设计题目：基于人工智能的环境参数检测仪的设计专业：电子信息工程作者：学号：指导教师(职称)：二0一五年四月六日1基于人工智能的环境参数检测仪的设计【摘要】在众多空气污染问题中，雾霾是最‘接地气’的，而作为雾霾‘大家庭’中重要的一员的PM2.5更是‘家喻户晓’。这种颗粒物不仅直径微小、还包含毒素，最让人揪心的是它能在大气中长期停留，能严重影响人类的健康。所以，不间断的检测大气中PM2.5的浓度是势在必行之事。在本次设计中，将以单片机STC12C5A60S2为控制核心，利用复合型温湿度传感器DHT11测量环境温湿度，利用粉尘传感器GP2Y10采集空气粉尘浓度，并用LCD1602显示屏实时显示当前空气粉尘浓度及环境温湿度。若空气粉尘浓度、温度或湿度超过设置的限值时由WT588D芯片构建的语音模块会自动报警，无线传输技术将报警信息发送到指定手机。通过实践，证明该检测仪的稳定性好、准确性高、时效性强，有一定的开发价值。【关键词】PM2.5STC12C5A60S2温湿度Basedonthedesignoftheartificialintelligenceenvironmentparametersofthedetector【Abstract】:Amongthemanyproblemsofairpollution,hazeisthemost'groundgas',butasPM2.5haze,oneofthemaincomponentsisthe'household'.Theparticlediameteroftiny,alsocontainstoxin,notonlythemostconcernisthatitcanstayintheatmosphereforalongtime,canseriouslyaffecthumanhealth.So,itisimperativetoreal-timedetectionofPM2.5concentrations.ThisdesignwillSTC12C5A60S2microcontrollerasthecore,thedigitaltemperatureandhumiditysensorstomeasuretemperatureandhumidityDHT11bydustcollectingairbornedustconcentrationsensorGP2Y10andLCD1602displaywithreal-timedisplayofthecurrentairtemperatureandhumidityanddustconcentration.Iftheairdustconcentration,temperatureorhumidityexceedsthelimitofthesetWT588Dvoicechipautomaticalarm,wirelesstransmissiontechnologytothedesignatedmobilephonetosendoutalarminformation.Throughpractice,provesthatthedetectorhasgoodstability,highaccuracy,timelinessstrong,hasthecertaindevelopmentvalue.【Keywords】:PM2.5STC12C5A60S2Temperatureandhumidity2目录第1章引言..............................................................31.1环境参数检测仪的研究意义.........................错误!未定义书签。1.2环境参数检测仪的发展历程和现状...................错误!未定义书签。1.3环境参数检测仪的研究内容和关键问题...............错误!未定义书签。第2章环境参数检测仪系统的总体概述......................................42.1系统总体框图.....................................................42.2系统各模块的功能.................................错误!未定义书签。2.3系统各模块的特点.................................错误!未定义书签。第3章系统硬件电路设计..................................错误!未定义书签。3.1单片机最小系统模块设计...........................错误!未定义书签。3.2语音模块设计.....................................................73.3LCD1602液晶显示模块设计..........................错误!未定义书签。3.4温湿度采集模块设计..............................................123.5PM2.5检测模块设计................................错误!未定义书签。3.6按键电路设计.....................................错误!未定义书签。3.7GPRS模块设计.....................................错误!未定义书签。第4章系统软件设计......................................错误!未定义书签。4.1软件设计的总体思路...............................错误!未定义书签。4.2软件设计主程序流程图............................................164.3部分模块软件设计................................................17第5章系统整装调试.....................................................195.1语音模块测试....................................................195.2温湿度模块测试..................................................195.3PM2.5检测模块测试...............................................195.4GPRS模块测试....................................................195.5综合测试........................................................195.6测试反馈及问题解决..............................................20结束语..................................................................20致谢语...................................................错误!未定义书签。参考文献.................................................错误!未定义书签。附录................................................错误!未定义书签。3第1章引言本章主要介绍了环境参数检测仪的研究意义、发展历程和现状，进而提出本课题主要的研究内容和研究过程中需要解决的关键问题。1.1环境参数检测仪的研究意义科学技术的发展是一把双刃剑，一方面高科技帮助人类探索越来越多的未知领域，另一方面高科技也给人类带来许许多多的问题。如果将这一矛盾具现化到我们的日常生活中，最典型的便是人类能看到的天空越来越大，但能看到的蓝天却越来越少，检测与改善空气质量已经成了当下急需处理的大事。以前，我们判断空气质量的标准是天空是不是蓝色。但是，随着空气问题越来越多，想要清楚的判断我们日常生活中接触的空气是否合格，我们就需要一定的数据支持。在众多空气检测数据中，PM2.5是一个非常有价值的数据。PM2.5在大气中的相对比重并不高，但由于其颗粒直径不大于2.5微米，还包含毒素，最让人揪心的是它能在大气中长期停留，能严重影响人类的健康。有资料显示，长期吸入PM2.5将会影响人体肺部正常的气体交换，轻者会因此患上咳嗽、支气管发炎等气管方面的病症，严重者甚至会因此患上非致命性心脏病。据调查，近些年来欧洲每年因PM2.5致死的人数已经超过3万人，我国越来越多的城市和乡镇居民也正遭受PM2.5之痛。在这样的背景下，检测空气中PM2.5的含量显得十分必要。事实上，不仅要检测PM2.5浓度，还必须做到实时检测，进而为解决PM2.5带来的问题打下坚实的基础。本次设计制作的人工智能环境参数检测仪不仅能检测大气中PM2.5浓度，而且制造结构较为简单，稳定性较强，具有不错的研发生产的前景[4]。1.2环境参数检测仪的发展历程和现状1979年，美国环境保护署将颗粒直径小于或等于10微米的颗粒物定义为可吸入颗粒物，也就是PM10。1994年，美国环境保护署再次定义颗粒物的概念，从此以后，直径不大于2.5微米的颗粒物有了自己的专属名称，也就是我们熟知的PM2.5。实际上，早在十数年前，环境参数检测仪就已经在专业研究领域中得以运用，但直到近些年来雾霾问题愈发的严重，PM2.5渐渐进入大众的视线，科学家们才将以检测PM2.5为主的仪器定义为环境参数检测仪。近些年，我国对于PM2.5浓度的检测的方法主要有测重法，通过滤膜沉淀一定体积的大气中的PM2.5，由滤膜前后质量的相差值来确定PM2.5浓度；天平振荡法，即由滤膜质量变化引发振荡频率的变化，进而计算PM2.5浓度；射线衰减法，这种方法的前期准备和上述两个方法相同，首先都是通过滤膜沉淀PM2.5，再用Beta射线照射滤膜，依据射线通过滤膜的前后对比值来计算确定PM2.5浓度[6]。在PM2.5浓度检测仪的研究制造领域，我国也已取得一定的成就，最具说服力的是我国已经能制造内置滤膜并可在线采样的激光粉尘仪,一方面能实时检测大气中PM2.5的浓度，另一方面能解析相应颗粒物的成分，在专业的技术的支持下获得质量浓度转换系数K。1.3环境参数检测仪的研究内容和关键问题4本次设计制作的是人工智能环境参数检测仪，即以STC12C5A60S2单片机为中心构建系统，由粉尘传感器GP2Y10采集大气中PM2.5的浓度，由复合型温湿度传感器DHT11采集当前环境的温度与湿度，并用LCD1602显示屏实时显示当前空气粉尘浓度及环境温湿度。若空气粉尘浓度、温度或湿度超过设置的限值时语音模块自动报警，无线传输技术将报警信息发送到指定手机。针对实时环境参数的采集，对器材的灵敏度和稳定性有较高的要求，但考虑到该检测仪研发的目的是为大众服务，因此需要选用性价比较高的器件。除此之外，本次设计从人工智能角度出发，需要考虑数据反馈的及时性和用户体验，因此需要解决非单一报警器件和信息反馈器件加装于本系统的问题。第2章环境参数检测仪系统的总体概述2.1系统总体框图本系统硬件主要包括了PM2.5传感器、GPRS通信模块、语音模块、单片机最小系统、LCD显示、温湿度传感器、用户按键等。系统的整体硬件设计框图如图2-1所示，各组成部分结构设计及相应功能在下文中分点介绍。图2-1系统整体硬件设计框图2.2系统各模块的功能本系统可细分为三个部分：第一、硬件设计与制作，处理好硬件结构是检测仪满足设计要求的前提。第二、环境参数检测