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基于ARM的室内环境品质监控系统的设计

作　者: 魏璐
导　师: 任庆昌
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 室内空气质量品质嵌入式 LPC2478 全热交换通风机遗传神经网络算法
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来，我国经济呈现出快速稳定的发展趋势，但由此产生的环境问题也成为了人们关注的焦点。其中室内环境问题最为突出，室内环境品质的好坏将直接影人们的身体健康和工作效率。因此，设计一款可以实时监控室内环境品质状况的设备便显得十分重要。本课题是以西安建筑科技大学智能建筑与楼宇自动化实验室中的全热交换通风机作为实验平台，在此基础上设计了一套基于ARM的室内环境品质监控系统。此系统可以实时监测室内各环境因素，并可综合评价其空气品质等级。当室内空气品质为“差”时，可以及时提醒人们做好防护措施，并自动开启全热交换通风机进行室内环境品质的改善。本文首先介绍了影响室内环境品质的几个重要因素，并对所用到的相关技术及国内外研究现状做了简要介绍；其次，结合智能控制理论，提出了基于遗传神经网络的室内空气品质评价算法；再次，结合实际案例将遗传神经网络模型应用于室内空气品质评价中，并进行Matlab仿真，结果显示此算法不但可以很好的判断室内空气品质等级，而且还可以对不同房间的空气品质等级进行排序，为下一章节的智能控制提供了可靠的依据；之后，对系统的总体设计方案、各传感器模块、ARM嵌入式系统，及全热交换通风机的硬件接口设计做了详细的介绍；最后本文采用ADS1.2嵌入式集成开发环境对软件进行编写，并对整个设备进行测试，测试结果表明此监控系统具有很强的可用性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1.绪论  9-18
  1.1 选题背景与研究意义  9-10
  1.2 相关技术的国内外研究现状及发展趋势  10-16
    1.2.1 室内环境质量监控系统的国内外研究现状及发展趋势  10-11
    1.2.2 全热交换通风机的国内外发展现状  11-13
    1.2.3 室内空气品质研究的国内外发展现状  13-15
    1.2.4 室内环境品质评价方法  15-16
  1.3 课题研究的主要内容和要解决的主要问题  16-17
  1.4 小结  17-18
2.遗传算法及神经网络的理论概述  18-35
  2.1 遗传算法  18-23
    2.1.1 遗传算法的发展  18
    2.1.2 遗传算法的基本原理  18-19
    2.1.3 标准遗传算法  19-22
    2.1.4 遗传算法的主要特点及其应用  22-23
  2.2 人工神经网络理论基础  23-32
    2.2.1 人工神经网络概述  23
    2.2.2 神经网络的模型结构  23-25
    2.2.3 人工神经网络的分类  25-27
    2.2.4 神经网络的训练  27
    2.2.5 BP 神经网络的基本原理  27-28
    2.2.6 BP 神经网络的算法推导  28-32
  2.3 遗传神经网络  32-34
    2.3.1 遗传算法优化神经网络的权重  32-33
    2.3.2 GA-BP 网络算法的实现步骤  33-34
  2.4 本章小结  34-35
3.遗传神经网络算法在室内空气品质等级评价中的应用  35-45
  3.1 室内空气品质等级评价体系的建立  35-37
    3.1.1 选择室内空气等级评价指标  35-36
    3.1.2 确定室内空气品质等级标准  36
    3.1.3 确定各因素的评价等级  36-37
  3.2 污染物的检测  37-38
  3.3 基于遗传神网络的室内空气品质等级评价  38-44
    3.3.1 建立遗传神经网络的室内空气品质评价模型  38-40
    3.3.2 基于 GA-BP 神经网络的室内空气品质等级评价 MATLAB 仿真  40-44
  3.4 本章小结  44-45
4.空气品质监控系统的设计与实现  45-62
  4.1 嵌入式智能监控系统的开发流程  45-46
  4.2 硬件系统的总体方案设计  46
  4.3 传感器的选择与硬件接口设计  46-51
    4.3.1 温度传感器模块  46-47
    4.3.2 CO_2传感器模块  47-49
    4.3.3 NO_2、甲醛传感器模块  49-50
    4.3.4 TVOC 有机化合物传感器模块  50-51
  4.4 主控制器概述  51-52
  4.5 最小系统硬件电路设计  52-58
    4.5.1 电源模块电路设计  53
    4.5.2 时钟电路设计  53-54
    4.5.3 复位电路设计  54
    4.5.4 NAND FLASH 存储器接口电路  54-56
    4.5.6 JTAG 调试接口电路  56
    4.5.7 TFT 液晶显示模块电路  56-57
    4.5.8 串行通信接口电路  57-58
    4.5.9 报警系统模块电路设计  58
  4.6 全热交换通风机与单片机接口电路设计  58-61
  4.7 本章小结  61-62
5.监控系统的软件设计  62-78
  5.1 软件设计思路  62
  5.2 系统软件总设计  62-63
  5.3 引导程序  63-64
  5.4 ZLG_GUI 的介绍  64-67
    5.4.1 ZLG_GUI 的组织文件  64-65
    5.4.2 ZLG_GUI 在 LPC2478 上的移植  65-67
  5.5 数据采集及处理模块设计  67-70
    5.5.1 A/D 采集模块程序设计  67-69
    5.5.2 数据处理（评价算法程序）模块的设计  69-70
  5.6 LCD 显示模块的程序设计  70-72
  5.7 声音报警及风机启动模块的设计  72
  5.8 调试运行  72-75
    5.8.1 软件开发工具  72-73
    5.8.2 系统集成开发环境的设置  73-74
    5.8.3 系统监控界面  74-75
  5.9 设备测试  75-77
  5.10 本章小结  77-78
6.总结与展望  78-79
  6.1 总结  78
  6.2 改进与展望  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-84
附录  84-85
  1 图标索引  84-85
  2 软件文档另存  85
  3 硕士研究生阶段发表论文  85

基于ARM的室内环境品质监控系统的设计

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