目 录
一 绪论 7
1.1 本文的背景及意义 7
1.2 本系统研究现状 7
二 系统方案设计 8
2.1 系统方案概述 8
2.2 器件选型概述 8
2.2.1 单片机的选型 8
2.2.2 温湿度传感器的选型 9
2.2.3 PM2.5传感器的选型 9
2.2.4 气体传感器的选择 10
2.2.5电机驱动模块选择 10
三 硬件系统设计 11
3.1 硬件系统概述 11
3.2 单片机最小系统设计 11
3.3 温湿度采集电路设计 13
3.4 PM2.5传感器电路设计 13
3.5气体传感器 14
3.6电机驱动模块设计 14
四 软件系统设计 1
4.1 软件系统流程设计 1
4.2 温湿度采集程序设计 1
4.3 PM2.5传感器读取程序设计 2
4.4 窗户开关控制程序设计 3
五 系统调试 5
六 总结 6
参考文献 7
致谢 8
附录原理图 9
附录元器件清单 10
附录部分程序 11
一 绪论
1.1 本文的背景及意义
随着社会的发展与进步，越来越多的人们开始使用智能设备改变室内环境。然而大众在实际操作当中，即使是对包括空调等在内的单方面运行设备也会面临许多问题。因为使用者无法掌握室内的真实环境状况，同时无法得知这一类设备启动以及停止运行都是哪个具体的时间点，只是通过人们自己的舒适感来判断室内空气环境的具体情况，因此如果能够设想出一个具有类似功能的装置但又能及时智能监测与自动化控制的系统有着十分关键的意义[1]。对此本人设计出一款利用传感器来对室内环境作出监控的智能换气窗系统，该系统能够根据室内空气状况来做出自动化处理，控制窗户的闭合与开启，以此为改善室内空气、提升民众的居住舒适度保驾护航[2]。
1.2 本系统研究现状
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染加剧，这对民众的生活造成巨大影响，在这种背景下，许多企业利用智能化手段来对空气调节系统进行研发，在这当中，既有集成化系统，也有单个处理系统，种类可谓多种多样。比方说当前空调步入寻常百姓家，我们在使用它的时候通常会用到换风功能，即把房屋内浑浊的空气排放出去，注入房屋外部新鲜的空气，以此提升环境治理。再比方说，当室内湿度非常大时，能够开启干燥模式，这个时候空调散发出的干燥风会与室内空气结合，降低内部湿度。当然，我们使用最普遍的是制冷模式，在炎热的夏季，打开制冷模式能够让我们短时间内就不再酷热难耐。但是，我们所使用的空调一般是空气空调，这一种空调需要手动设置，无法自动控制，故此不可将其列入到智能化产品的行列。与之相反，智能化空气调节系统能够实时检测室内温度、湿度以及空气新鲜度，它利用微处理器来对量化的房屋环境数据作出研究，发现房屋内部的实际情况，从而对其作出相应的处理，该操作过程实现了全自动化，无需人为干预，现已被广泛应用于办公楼建设、高端楼盘当中，比方说安装于智能楼宇当中的重要空气调节器，它就是典型的集成化系统，对楼宇内部的环境进行进行自动化控制，无需单独控制。
二 系统方案设计
2.1 系统方案概述
我是通过搜集相关数据信息、整理剖析数据信息和调控电路这三部分来进行具体的项目策划方案设计。在进行有关数据的搜集时，会通过DTH11型温湿度传感器来对屋里的温湿度进行及时的监测，还有用GP2Y1051AUOF型传感器监测PM2.5的浓度以及用CO2气体传感器能够精确检测出CO2的实时含量，把这些数据都收集起来。再把这些数据都传输到微处理器芯片上，也就是设计系统的主控制芯片，是以STM32单片微控制器为内核的芯片。接着主控制芯片就对收集的数据进行更深入的剖析处理。我设计的这个系统是先把需要监测的不同空气环境指标都先设定好一个参数值，比如温湿度标准参数值等，然后在系统运行时，通过监测实时环境中的指标具体数值与参数值进行对比，然后对比结果将推动系统中早已设计好的功能函数的执行。常规情况下，设计好的功能函数的执行方式有两种，一个就是经常说起的黑盒子，也就是把所有重要核心的电路都聚集在“黑盒子”上，即集结在一个功能模块上，然后在“黑盒子”外面预留一些管脚，以便于直接连起微处理器芯片。这种集成化外设模块的功能函数运行方式通常是为了实现数据间的传递，也就是通过功能模块收集相应的数据，然后将数据传输到微处理器上，处理器经过分析，从而发出指令，执行相应的操作；第二个方式则通过电路控制的手段来为设备提供工作动力，电路控制的方法操作方便，通常被运用于功能单一的设备当中[7]。本项目的系统设计框架如下图所示：


图21 系统架构图
2.2 器件选型概述
2.2.1 单片机的选型
在很多电子电器设备中都会用到控制器，而单片机广泛的存在于各种不同的控制设计中，并且根据实际使用情况，市场上有多种不同型号的单片机。因此我在对本项目进行设计时，需要找到适用的单片机型号。目前市场上存在的单片微控制器的型号具有代表性的有三种，一种是早期的51单片微控制器、一种是STM32型号，还有一种是PLC控制器。第一种的单片微控制器是早期研发出来的一种简易型的单片机，在功能上不够完善，后期在不断改进功能。PLC控制器，是一种可以进行编程设计的控制器，如果说单片机只是一块小元件，那PLC控制器可能就相当于一个产品，因此后来很多时候就将单片机嵌入到PLC控制器中结合使用，在工业上这种用法很常见，这样可以实现1+1>2的效果。第三种STM32型号的单片微控制器，是市场上后期出现的高性能32位的单片机，以高性能低成本而受到追捧。STM32单片机拥有模块化的程序，接口较简单些，工作速度快。还可从外部存储器读取、解码和输出部分信号。但是每款单片机都有自己的优点，选择适合的最有效。

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