室内空气监测系统

研究生课程考试成绩单

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注：1. 以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语

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2. 任课教师填写后与试卷一起送院系研究生教务员处。

3. 学位课总评成绩以百分制计分。

摘要

目前，人们大约90%的时间在室内环境度过；因此，室内空气质量的好坏，直接关系到人体健康。但是，现在室内空气质量监测设备价格昂贵、测量种类单一、不具有无线传输功能。本课题针对室内空气质量监测设备的现状，结合现在最为热门的嵌入式Linux系统和ARM处理器，设计了一种集监测有害气体和可燃性气体为一体的基于嵌入式Linux的室内空气监测系统。

本文以室内空气监测系统为对象，首先介绍了室内空气质量的现状及存在的问题；

其次论述了嵌入式系统的操作系统、处理器以及本监测系统的整体设计方案；最后重点介绍了监测系统的软、硬件设计与实现。硬件设计方面，选用三星公司的32位的S3C2440A微处理芯片作为监测系统的硬件核心；软件设计方面，采用了嵌入式Linux 操作系统作为软件开发平台。

在室内空气监测系统的软件设计部分，首先实现了LCD、PCF8591、SHT71以及nRF24L01等硬件模块的Linux驱动程序设计；其次，设计了Linux应用程序实现对驱动程序的测试和验证；最后，设计了基于Qtopia的监测系统操作界面。

在本监测系统中采用嵌入式Linux系统，方便用户对系统的升级、移植和裁剪，而且Linux系统具有高稳定性和可靠性。监测系统采用触摸屏技术，减少了按键方面的设计，使监测系统更加便携。监测系统具有无线传输的功能，方便用户在远离恶劣环境的情况下进行室内空气质量的测试；同时解决了用户对室内空气质量进行多点测试时布线困难的问题。

关键词：嵌入式；S3C2440A；Linux系统；气体监测

目录

摘要 (2)

目录 (3)

1 绪论 (6)

1.1研究背景与意义 (6)

1.2国内外研究状况与发展方向 (7)

1.2.1国内外研究状况 (7)

1.2.2发展方向 (8)

2 嵌入式系统介绍与整体方案设计 (9)

2.1嵌入式系统介绍 (9)

2.2常见嵌入式操作系统简介 (10)

2.2.1 VX W ORKS系统简介 (11)

2.2.2W IN CE系统简介 (11)

2.2.3嵌入式L INUX系统简介 (12)

2.3嵌入式ARM微处理器简介 (13)

2.4监测系统的整体方案设计 (14)

3 室内空气监测系统的硬件电路设计 (16)

3.1主控芯片S3C2440A模块设计 (16)

3.2触摸屏及LCD模块设计 (18)

3.3气体采集模块设计 (20)

3.3.1MQ-138气体传感器 (20)

3.3.2TGS2611传感器 (21)

3.3.3PCF8591A/D转换芯片 (22)

3.4温湿度采集模块设计 (23)

3.5无线传输模块设计 (24)

3.6报警模块设计 (26)

4 室内空气监测系统的软件设计 (27)

4.1监测系统的驱动程序设计 (27)

4.1.1GPIO驱动程序设计 (28)

4.1.2气体采集模块驱动程序设计 (31)

4.1.3温湿度采集模块驱动设计 (33)

4.1.4无线传输模块的驱动程序设计 (35)

4.1.5触摸屏及LCD模块驱动程序设计 (39)

4.2监测系统的L INUX应用程序设计 (41)

4.3监测系统的Q TOPIA用户界面程序设计 (43)

4.3.1Q TOPIA简介与Q TOPIA开发平台的搭建 (43)

4.3.2监测系统的开机界面设计 (45)

4.3.3监测系统的主界面设计 (46)

5 室内空气监测系统的测试结果与数据分析 (51)

5.1监测系统的测试结果 (51)

5.1.1传感器MQ-138和TGS2611的测试结果 (51)

5.1.2温湿度传感器SHT71的测试结果 (53)

5.1.1无线传输模块N RF24L01的测试结果 (53)

5.2监测系统的数据分析 (54)

6 总结与展望 (55)

6.1总结 (55)

6.2展望 (55)

1 绪论

1.1 研究背景与意义

近年来，随着人们生活水平的不断提高，室内装修已成为人们改善生活条件、提高生活质量的重要组成部分，而由于装修引发的室内空气污染问题也相继产生，并日

益受到人们的关注和重视。除此之外，我们大部分时间都是生活在室内环境，如办公室、学校以及家庭；因此，室内空气质量的好坏，直接关系到人体健康。大量研究表明，室内空气中已经监测到的有毒有害物质达数百种，常见的也有十多种，其中绝大部分为有机物。加拿大环境卫生组织的研究发现，人类约70%的疾病是由于室内环境的空气污染造成的。目前我国每年由于室内空气污染引起的死亡人数已经达到100多万人，由此所造成的直接和间接经济损失高达200多亿美元。目前，世界卫生组织已经把室内的空气污染列为影响人类健康的十大威胁之一，全球每年因此而导致死亡的人数达1000多万人。因此对室内空气监测系统的研究具有重大的实际意义。

2003年3月1日正式实施的“室内空气质量标准”中是我国第一步关于室内的空气质量标准，该标准把室内的化学污染、物理污染和生物污染列为室内空气中的三项主要控制指标。该标准的实施一方面说明了室内空气污染对人类健康的重要影响，另一方面也说明了国家对室内空气污染问题的极度重视。室内环境监测委员会于2004年从北京地区抽取一千户新装修家庭进行室内空气的监测，其抽检结果显示甲醛超标的占60%；另外，深圳市的计量质量检测研究院也于2004年1-7月份，对全市的500多套房子进行了室内空气的监测，其结果表明90%的房子的甲醛浓度超标。上述数据和行动充分说明室内空气的污染开始引起人们的普遍关注和重视；同时也需要采取相关措施来监测和减少室内空气的污染，提高室内空气质量，为人们提供一个健康的生活环境。

由以上的论述可以得出，室内空气污染问题已经引起全球的广泛关注，也给用于室内空气的监测、监控的仪器仪表带来了巨大市场。因此对室内空气监测系统的研究具有非常重要的意义。

1.2 国内外研究状况与发展方向

1.2.1 国内外研究状况

根据相关的文献和网络资源，针对室内空气质量的监测设备的现状如下：

在检测甲醛等有害气体方面，国外比较出名的公司及产品为：美国ESC公司的ES300手持式甲醛检测仪、英国的PPM400ST甲醛检测仪等。国内比较出名的公司及产品为：深圳市吉顺安科技有限公司的JSAB-CH20便携式甲醛测试仪、中国江苏的兴科仪器XK系列甲醛测试仪、南京鼎顶电子科技有限公司的DDJT-100家用甲醛