1、系统的总体设计方案
本项目使用STC89C52RC单片机搭配使用温湿度传感器、粉尘浓度传感器、光敏电阻、ESP8266、LED液晶显示屏、蜂鸣器、继电器、ADC0832、按键、风扇等元器件组成了本设计的硬件电路。总体设计结构框图如图1所示。
图1 系统整体框图
2 系统的硬件电路设计
2.1 温湿度检测电路
本文使用了DHT11温湿度数字传感器来检测所测环境中的温湿度，一号和四号引脚分别和单片机上的VCC和GND引脚相连，在二号数据IO口上连接一个10K的上拉电阻后与单片机的P1.7 IO口相连。单片机通过对P1.7口进行控制和读取数据即可得到当前环境的温湿度数据。温湿度检测电路如图2所示。
图2 温湿度检测原理图
2.2 PM2.5检测电路
单片机不能处理连续变化的模拟值信号所以将传感器的五号引脚口与ADC芯片的CH0管脚相连，通过ADC将模拟的电压值转换成数字信号之后将新数据发送到单片机中。
图3 PM2.5检测电路原理图
2.3 光照强度检测电路
在本次设计中使用了光敏电阻来检测环境中的光照强度。因为光敏电阻元件的阻值与光照强度有关，所以系统会通过光敏电阻来去检测所测环境中的光照强度，然后得到一个模拟的采样电压数据。光照强度检测电路如图所示。
图4 光强检测原理图
2.4 声光报警模块电路
当测量的环境参数不在报警区间内时，系统进行蜂鸣器报警，若该参数为光照强度时，额外进行光报警。电路工作原理为：当系统测量的环境的相关参数不在设置的区间内时，单片机控制P1.5引脚使三极管导通继而使电流流经蜂鸣器使其发出声响，当测量的不在设置的区间中的环境参数为光照强度时，单片机的P1.0引脚口将输出低电平与LED灯珠将会形成一个电流通路，从而点亮LED灯珠。
图5声光报警模块电路原理图
2.5 WIFI模块电路
本次使用的WIFI模块型号选择的是ESP8266 01s，该模块的接线方法为一号引脚接3.3V电压，八号引脚接地线，二号和七号引脚与单片机的串口连接，五号引脚接上拉电阻。
图6 WIFI模块电路原理图
3、系统测试
3.1 主程序流程图
在对单片机进行供电后，主程序首先初始化本系统，然后进入while（1）系统循环，除非按下程序跑飞或者按下复位按键，否则系统将持续循环运行while（1）中的函数，在系统循环中，先进行按键扫描检测，先读取并显示温湿度的数字，再读取显示光照强度的数值，然后读取PM2.5浓度的数据并显示，然后将检测的环境参数的数据发送到手机APP显示，在本次循环的最后先判断是否需要进行报警程序和控制程序中等。主程序流程图如图7所示。
图7 主程序流程图
3.2 系统测试及实物展示
在给实物供电之后可以在LCD12864液晶屏上可以看到环境温度：27C；环境湿度：66%；环境光度：045；PM2.5:079；系统通电后可以用手机搜索和链接ESP8266模块的WIFI信号，WIFI信号名称为ESP8266-MN，系统通电与手机搜索连接WIFI如图所示。
图8 系统开机显示
（2）通过手机APP观察系统测量的数据
系统上电后WIFI模块会产生一个名为“ESP8266-MN”的WIFI信号，如图所示，手机连接该信号后打开名为“室内空气质量检测系统”的APP，点击链接按键后将显示“连接成功”，此时在APP下方将看到系统实时检测到的环境参数。如图所示。
图9 APP连接成功示意图
4 结论
本系统是基于多参数融合的空气质量环境检测系统设计，本设计中加入了WIFI无线传输模块来将检测到的数据传输到手机APP 上显示，增加了本系统的实用性。使用LCD12864液晶显示模块可以读取当前的空气质量环境情况。同时可以在系统中添加一些辅助系统来增强系统的实用性，当系统检测到的环境参数超出预设的报警区间时，除了发出报警以外还能驱动继电器或者风扇来调节当前测量环境的情况。
作者简介：袁浩骏，学生
通信作者： 乔欣（1988-），女，副教授
