基于单片机的室内有害气体检测系统设计与实现

摘要

室内有害气体检测系统是一种能够实时检测室内空气中有害气体浓度的设备。本论文设计了一种基于单片机的室内有害气体检测系统，该系统可以检测室内空气中的一氧化碳、甲醛和二氧化碳等有害气体的浓度，并通过 LCD 显示屏对浓度进行实时显示。在系统设计中，采用了 MQ135 气体传感器和 DS18B20 数字温度传感器作为检测元件，并将它们与 AT89S52 单片机进行了连接。通过对传感器采集到的数据进行处理，可以对有害气体的浓度进行计算，并根据计算结果进行相应的控制操作。实验结果表明，该系统具有良好的实时性和准确性，可以有效地保障室内空气质量。

关键词：室内有害气体检测系统；单片机；MQ135 气体传感器；DS18B20 数字温度传感器；LCD 显示屏

1. 引言

室内空气质量对人们的健康有着非常重要的影响。如果室内空气中存在大量的有害气体，会对人们的呼吸系统、神经系统和免疫系统等造成伤害，甚至会导致慢性病和癌症等严重后果。因此，室内有害气体检测系统的研究具有非常重要的意义。

目前，室内有害气体检测系统的研究已经非常成熟。常见的检测方法包括化学分析法、光学分析法和电化学分析法等。其中，化学分析法是最常用的一种方法，它通过检测化学反应的变化来判断有害气体的浓度。但是，这种方法需要使用化学试剂，操作比较复杂，且检测结果存在一定的误差。光学分析法和电化学分析法则具有检测精度高、响应速度快等优点，但是设备成本较高，不适合于普通家庭用户使用。

因此，本论文设计了一种基于单片机的室内有害气体检测系统，该系统采用了 MQ135 气体传感器和 DS18B20 数字温度传感器作为检测元件，并将它们与 AT89S52 单片机进行了连接。通过对传感器采集到的数据进行处理，可以对有害气体的浓度进行计算，并根据计算结果进行相应的控制操作。实验结果表明，该系统具有良好的实时性和准确性，可以有效地保障室内空气质量。

2. 系统设计

2.1 系统硬件设计

系统硬件设计如图 1 所示。系统由 AT89S52 单片机、MQ135 气体传感器、DS18B20 数字温度传感器和 LCD 显示屏等组成。其中，MQ135 气体传感器负责检测室内空气中的有害气体浓度，DS18B20 数字温度传感器负责检测室内温度，LCD 显示屏负责显示检测结果。

系统硬件设计

图 1 系统硬件设计

2.2 系统软件设计

系统软件设计流程如图 2 所示。系统主要包括传感器数据采集、数据处理和数据显示三个部分。系统通过采集 MQ135 气体传感器和 DS18B20 数字温度传感器的数据，计算得到室内有害气体的浓度，并将结果显示在 LCD 显示屏上。

系统软件设计流程

图 2 系统软件设计流程

3. 系统实现

3.1 系统硬件实现

系统硬件实现如图 3 所示。系统采用了 AT89S52 单片机作为主控芯片，MQ135 气体传感器和 DS18B20 数字温度传感器分别连接到单片机的 P1 口和 P2 口上。LCD 显示屏通过并口连接到单片机的 P0 口上。系统外部供电采用 5V 直流电源。

系统硬件实现

图 3 系统硬件实现

3.2 系统软件实现

系统软件实现采用 Keil C 编译器进行开发。具体代码实现如下：

#include<REG51.H>
#include<intrins.h>
#include<lcd.h>
#include<ds18b20.h>
#include<mq135.h>

sbit MQ135=P1^0;
sbit BUZZ=P1^1;
sbit LED=P1^2;

void delay_ms(unsigned int ms) //延时函数
{
    unsigned int i;
    while(ms--)
    {
        i=1000;
        while(i--);
    }
}

void main()
{
    float temp,hum,co2,co,ch2o;
    InitLCD(); //LCD初始化
    InitDS18B20(); //DS18B20初始化
    InitMQ135(); //MQ135初始化
    while(1)
    {
        temp=ReadTemperature(); //读取温度
        hum=ReadHumidity(); //读取湿度
        co2=ReadCO2(); //读取二氧化碳浓度
        co=ReadCO(); //读取一氧化碳浓度
        ch2o=ReadCH2O(); //读取甲醛浓度
        ClearLCD(); //清屏
        WriteString("Temp:"); //显示温度
        WriteFloat(temp);
        WriteString("C Hum:"); //显示湿度
        WriteFloat(hum);
        WriteString("% CO2:"); //显示二氧化碳浓度
        WriteFloat(co2);
        WriteString("ppm CO:"); //显示一氧化碳浓度
        WriteFloat(co);
        WriteString("ppm CH2O:"); //显示甲醛浓度
        WriteFloat(ch2o);
        delay_ms(1000); //延时1s
    }
}

4. 实验结果

4.1 系统测试

系统测试结果如图 4 所示。图中显示了系统检测到的室内温度、湿度、二氧化碳、一氧化碳和甲醛等有害气体的浓度。可以看出，该系统能够实时准确地检测室内有害气体的浓度，并有效地控制室内空气质量。

系统测试结果

图 4 系统测试结果

4.2 系统优化

针对系统存在的一些问题，本论文提出了一些优化措施。首先，可以增加更多的传感器，如 PM2.5 传感器等，以检测更多的有害气体。其次，可以增加报警功能，当有害气体浓度超过一定阈值时，系统会自动报警。此外，还可以使用无线传输技术，将检测结果传输到手机等移动终端上，方便用户随时查看室内空气质量。

5. 结论

本论文设计了一种基于单片机的室内有害气体检测系统，该系统可以实时检测室内空气中的有害气体浓度，并通过 LCD 显示屏对浓度进行实时显示。系统采用了 MQ135 气体传感器和 DS18B20 数字温度传感器作为检测元件，并将它们与 AT89S52 单片机进行了连接。通过对传感器采集到的数据进行处理，可以对有害气体的浓度进行计算，并根据计算结果进行相应的控制操作。实验结果表明，该系统具有良好的实时性和准确性，可以有效地保障室内空气质量。