室内空气污染物监测设计和工作原理
随着社会的进步和生活水平提高，人们对居住环境提出了越来越高的要求，除了舒适的热环境外，空气的健康清新、调控安全便捷也引起了人们越来越广泛的关注。目前绝大部分建筑物中仅配有简单的通风换气设备，无法实现人性化的智能调控。如何实现室内空气污染物的监测与报警以及智能调节，已成为智能家居领域的研究热点。
1 系统结构和工作原理 1．1 系统结构
该系统由传感器模块、无线模块、单片机控制模块、步进电机模块、短信模块5部分组成，结构框图如图1所示。
1．2 工作原理
传感器模块检测到气体浓度超标时发出报警信号，通过无线发射、接收后传送到单片机控制模块，启动控制程序，并向电机模块及短信模块发出工作信号，整个过程依赖于主控制模块程序的运行，通过添加传感器模块及编写不同程序可以实现多种控制功能。
2 硬件部分 2．1 传感器模块
选取3种常见的气体及相应的传感器：甲烷(传感器mq5)，氨气(传感器mq137)，二氧化碳(传感器(mg811)。3种传感器具有高灵敏度、高稳定性、使用寿命长、驱动电路简单等优点，适合于家庭中使用。
电路部分选用lm393比较器，其工作电源电压范围宽，单电源(2～36 v)；消耗电流小，输入失调电压小，vio=±2mv；输出与ttl，dtl，mos，cmos等兼容；当监测气体浓度达到既定值时a、b两端电压变化，经lm393比较，输出低电平，由单片机控制部分采集。电路如图2所示。
2．2 无线模块
无线发射电路以micrf102为核心，micrf102采用sop(m)-8封装，芯片内包括由基准振荡器、相位检波器、分等构成的合成器；发射偏置控制；rf功率放大器；无线调谐控制和变容二极管等电路，实现数据输入一无线输出。
无线接收电路以micrf007为核心，micrh107采用sop9(m)-8封装，芯片电路可分为uhf下变换器、ook解调器和基准控制3部分。
2．3 单片机控制模块
采用stc89c52单片机，stc89c52是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系统可编程flash存储器，单芯片上拥有8位cpu，内带4 k字节eeprom存储空间，兼容标准mcs-51指令系统及80c51引脚结构。单片机接收来自传感器模块的低电平信号，通过程序运行后转换为电机模块及短信模块的控制信号，控制整个系统的运行。
2．4 电机模块
此部分选用28by j48型号步进电机，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；驱动芯片使用uln2003，驱动转速较低，适合排气扇打开使用。模块收到信号后工作，通风换气。此部分电路如图3所示。
2．5 短信模块
选用西门子公司的tc35短信模块，tc35型模块是终端的主要功能部件，由gsm基带处理器、电源专用集成电路、射频电路和闪速存储器等部分组成，负责处理gsm蜂窝设备中的音频、数据和信号。终端系统的工作电压为5 vdc。由于tc35的突发耗电电流峰值可达3 a，故外加稳压器件必须达到足以提供该额定电流的条件。在该终端中，采用lm2596型开关电源完成12 v到5 v的转换，作为tc35终端的电源。必须注意的是，由lm2596完成开关电源转换需要大功率的电感器和电容器，以提高储能能力，满足tc35的耗电要求。
2．6电源模块
系统需提供5 v(甲烷、氨气传感器模块，电机模块，短信模块等部分)、6 v(二氧化碳传感器模块)直流电源，设计电源模块电路，通过220 v转9 v变压器及三端稳压器7805、7806产生所需的电源电压以供传感器、电机、单片机使用。辅助电源原理图如图4，变压器产生9 v左右的交流电，辅助电源的输入端电源由变压器辅助线圈提供，经过整流桥整流和电容后滤成9 v作为三端稳压器输入电源。
3 软件部分 该部分为短信模块的调试运行。tc35模块采用at贺氏指令。单片机通过at指令对tc35模块进行初始化和短消息的接收发送。对短消息的控制共有3种模式：block模式、pdu模式和text模式。本系统使用pdu模式进行短消息的接收和发送。
3．1 初始化指令
1)设置短消息发送格式at+cmgf=1；2)设置短消息中心at+csca=“+8613800250500”(短消息中心，不同地区不同，此为南京)；3)设置短消息到达自动提示at+cnmi=1，1，0，0，1，。
3．2 发送短消息
先发送短消息数据的长度，at+cmgs=。等待tc35模块返回ascii字符“>”，则可以将pdu数据输入，pdu数据以作为结束符。
3．3 接收短消息
短消息到来后，单片机接收到指令+cmti：“sm”，index(信息存储位置)。读取pdu数据的at命令为at+cmgr=index，则模块返回刚刚收到的pdu格式的短消息内容。
3．4 pdu数据示例
如需要发送汉字“煤气泄漏”到手机15365181385，则首先发送数据串at+cmgs=0，然后等待ascii字符“>”，然后输入pdu数据00 11 00 0d 91 685163151883f5 00 08a9 0a71646c146cc46fof1a。
(以上几步中操作成功则模块返回ok)
软件部分流图如图5所示。
4 系统运行 传感器模块检测到相应气体后通过无线模块向控制中心发送信号，电机模块收到控制中心信号开始运行，排气扇工作，实现气体交换。短信模块收到控制中心指令后启动，向指定用户发送短信警报，以便用户及时采取措施。整个系统各部分工作互不影响，很好的实现的既定功能。
5 结束语 文中设计的以stc89c52单片机为控制中心的室内空气智能调节系统，在软硬件的结合下，可以达到所要求的性能指标，运行稳定可靠。测试表明，传感器部分具有较高的灵敏度，可以成功检测到低浓度的气体。对于电机的类型，依不同需求而定，监测的气体也可以通过跟换传感器而增减，短信模块可以作为家用电话使用，因而此系统具有广阔的应用前景和实用价值。
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选取3种常见的气体及相应的传感器：甲烷(传感器mq5)，氨气(传感器mq137)，二氧化碳(传感器(mg811)。3种传感器具有高灵敏度、高稳定性、使用寿命长、驱动电路简单等优点，适合于家庭中使用。
电路部分选用lm393比较器，其工作电源电压范围宽，单电源(2～36 v)；消耗电流小，输入失调电压小，vio=±2mv；输出与ttl，dtl，mos，cmos等兼容；当监测气体浓度达到既定值时a、b两端电压变化，经lm393比较，输出低电平，由单片机控制部分采集。电路如图2所示。
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