家装装修甲醛粉尘检测系统设计

-1-第1章绪论在该章节中的第一部分，对系统的设计意义进行介绍，第二部分对国内外的发展状况进行叙述，第三部分对该论文的整体构成进行分析，论述其意义。在本章的最后组成结构进行论述。1.1研究目的及意义家装装修甲醛粉尘监测系统的设计目的是为了监测室内甲醛和粉尘的浓度，确保室内环境的安全和健康。在家装装修过程中，常常会产生大量的甲醛和粉尘，如果长期处于高浓度的环境中，会对人体健康造成很大的危害，如引起过敏、呼吸道疾病、癌症等。因此，安装甲醛粉尘监测系统可以及时发现和解决问题，降低家居环境对人体健康的影响。监测系统的设计要充分考虑监测数据的准确性、实时性和可靠性，可以根据实际情况选择不同的监测器和采样方式，确保监测数据的有效性。家装装修甲醛粉尘监测系统的设计有以下几个意义：保障居民健康：家装装修会产生大量甲醛和粉尘，这些物质长期处于高浓度的环境中会对人体健康造成危害。安装甲醛粉尘监测系统可以及时发现和解决问题，保障居民健康。提高室内环境质量：监测系统能够实时监测室内甲醛和粉尘的浓度，帮助居民及时采取有效的措施，提高室内环境质量。预防和控制污染源：监测系统可以追踪和分析污染源的位置和产生的时间，及时采取控制措施，预防和控制污染源。降低环境治理成本：监测系统可以帮助家装装修企业及时发现污染问题并进行处理，降低环境治理成本。推动可持续发展：监测系统可以推动家装装修企业采用环保材料，推动可持续发展1.2国内外现状分析对室内空气净化国际上的研究人员在这领域对技术不断去探索创新。在2020年，国内的研究人谢檬等人在《基于LabVIEW的甲醛浓度监测系统设计》中针对目前空气污染物中甲醛对人体的危害很大,需要实时监测室内甲醛浓度是否超标,急需研制一种价格低廉、安装简单、操作方便、便于移动,测试结果可靠的室内甲醛监测仪,设计了甲醛监测系统,以STC12C5A60S2单片机为硬件电路的主控芯片,CJMCU—1100传感器构成数据采集电路[7]。上位机面板设计采用LabVIEW图形编程方式,用指针和曲线形象地表示了当前甲醛浓度情况,用彩色指示灯进行了浓度超标的报警。测试结果表明:该监测系统准确度等级为0.5,分辨率为0.05,可以方便地完成甲醛浓度的实时监测。在同年，高翔等人的团队在《基一种采用RS485总线分布式布局的多点甲醛连续监测系统》中针对部分工厂生产过程易产生致癌物甲醛,设计一种采用RS485总线分布式布局的多点甲醛监测系统,以ADuC834单片机作为甲醛传感器控制核心,并利用Wi-Fi无线通信将数据上传远程PC的控制软件,客户端软件使用的MicrosoftVisualC++完成设计.系统同时实现了对多点甲醛的连续监测,结构简洁,运行稳定可靠[9]。王晓庆等人在《基于Arduino的室内环境监测系统设计》中，提出了一种基于Arduino的室内环境监测系统，可以监测室内环境中的甲醛、PM2.5等污染物浓度，同时还可以测量温度、湿度等参数，具有实时监测、数据可视化、多种通信方式等特点[10]。郑强等人在《基于Wi-Fi模块的室内空气质量监测系统设计》中，提出了一种基于Wi-Fi模块的室内空气质量监测系统，可以监测室内环境中的甲醛、PM2.5等污染物浓度，同时还可以测量温度、湿度等参数，具有数据实时上传、多用户远程监测等特点[11]。在2022年PataranutapornPat的团队在《Fluorescentcarbondotsbasedphytosensorforindoorformaldehydepollutionmonitoring》旨在利用观赏植物作为基于植物的生物传感器或植物传感器来监测/检测室内甲醛暴露。本研究合成的氮掺杂碳点(N-dopedCDs)对甲醛表现出大的"turn-off"显著响应和高选择性。网纹草(NeuroPlant)肉眼可观察到荧光猝灭信号的最低甲醛浓度为50.0?μg/L,低于世界卫生组织规定的暴露限值80.0?μg/L。结果表明,在N掺杂CDs的辅助下,观赏植物可以发展成为甲醛检测的植物传感器。此外,这项研究的结果将有助于开发用于其他室内空气污染监测的植物生物传感器[12]。在同年AyaElkamhawy的研究团队在《PerformanceEvaluationofHybridAirPurificationSystemwithVegetationSoilandElectrostaticPrecipitatorFilter》描述了设计、制造和评估一种生态友好的模块化空气净化系统，以提高城市公共空间，特别是热点地区的细颗粒物(PM)的去除效率。该系统由人工土壤基植被和静电除尘器(ESP)过滤器组成。不同于所谓的仅依靠植物叶片吸附细颗粒物的被动去除方法，基于多层不同人工土壤的植被土壤滤器采用的是在土壤自身进行空气净化，利用土壤中的空气循环风机绕过外界空气的主动去除方法。设计和评估的ESP过滤器具有很高的细颗粒物去除效率，即使在高吸气速度下，也能去除大量的室外细颗粒物。通过对植被土与ESP复合空气净化系统的实验测量，发现在入口风速为0.15m/s时，植被土过滤器对PM2.5的削减效率为78.5%，对PM10的削减效率为47%。在入口风速为3m/s时，ESP过滤器对PM2.5和PM10的降低效率分别为73.1%和87.3%。基于植被土壤过滤器和ESP过滤器的性能评估，每个单独的模块将应用于具有垂直扩张的空气净化塔，并安装在市中心的细颗粒物高浓度区域，以促进社区中的细颗粒物减少[13]。S.Najafi等人在《DesignandImplementationofanIndoorAirQualityMonitoringSystem》中提出了一种基于ZigBee通信协议的室内空气质量监测系统，可以监测室内环境中的甲醛、PM2.5等污染物浓度，同时还可以测量温度、湿度等参数，具有数据实时上传、远程监测等特点[14]。M.J.Blázquez等人在《DesignandDevelopmentofaPortableAirQualityMonitoringSystemBasedonArduino》中提出了一种基于Arduino的便携式空气质量监测系统，可以监测室内和室外环境中的甲醛、PM2.5等污染物浓度，同时还可以测量温度、湿度等参数，具有实时监测、数据可视化、移动性强等特点[15]。1.3主要研究内容本次主要设计一种家装装修甲醛粉尘监测系统。基于STM32单片机通过甲醛传感器、粉尘传感器以及温湿度传感器对室内空气进行监测并在Android平台上利用Java语音和SQL数据库设计。采用手机端作为上位机系统可实时监测甲醛浓度、粉尘状况以及室内温湿度，显示并发送上位机；手机端可以设置甲醛浓度、粉尘阈值，超过阈值蜂鸣器示警并开启通风设备，通风设备采用继电器模拟。实现的功能如下：1.上位机（1）接收下位机数据，并显示；（2）设定阈值：甲醛浓度、粉尘阈值；（3）接收到警告信息并显示。2.下位机：（1）系统可实时监测甲醛浓度，显示，并发送上位机；（2）系统可实时监测粉尘状况，显示，并发送上位机；（3）系统可实时监测室内温湿度，显示，并发送上位机；（4）系统监测到甲醛浓度过高，蜂鸣器示警，开启通风设备；（5）系统监测到粉尘浓度过高，开启通风设备。1.4论文构成论文在开始部分对系统管理开发背景中，使用相应的开发技术进行论述，在对系统的生产和市场需求等分析，完成详细的论述，最后实现系统各个模块的设计、编辑，实现对功能模块的搭建，最后在这些基础上，对其开发流程完成论述。本论文的组织结构如下。第1章主要的内容是完成系统开发状况的分析，对当前国内外的状况分析，研究其开发的意义。第2章主要内容是系统开发过程中所用到的核心技术以及、系统开发过程中使用的开发平台以及需求分析。第3章主要是对系统的硬件进行了分析。第4章主要是系统软件设计逻辑说明。第5章主要是系统功能实现的测试说明。第6章主要是对系统设计的总结和展望。

第2章系统总体结构设计在功能结构模块设计的基础上，系统设计会详细展现每个功能模块具体的实现流程，并详细描述出系统功能模块的输入、输出和处理过程，这可以有效避免在系统实施阶段对程序进行设计时，用特定传感器进行硬件设计，从而实现系统的整体功能。2.1设计方案为实现家装装修甲醛粉尘监测系统，是以STM32F103C8T6单片机为控制核心，使得甲醛传感器、温湿度传感器、粉尘传感器、蜂鸣器、继电器、蓝牙通信模块、OLED屏幕模块等硬件与单片机通信。保障家居环境的健康和舒适。系统框图如下图：图2-1结构框图2.2功能需求分析所谓系统的功 能 分析，就是分析用户提出的 具 体的功 能需求，分析这些 功能是否​  合理 ，通 过现有的 技术能实现这些需求。为了系统的完整性需求 分析是必 不可少的 ，因 此，在需求分 析过程中，分 析的  问题越透 彻系统就越完整[16]。传感器与计算机技术和通信技术被称为信息技术的三大支柱，因此硬件系统中获取数据信息常常通过传感器来实 现。传感器在硬件系统中将 测量测得的生物量，化学 量等。 利用生物，物理和化学效应将其转换为 需的电量[17]。本系统采用的模块如下。甲醛传感器模块：甲醛传感器应具备高精度和高稳定性，以确保测量结果的准确性和可靠性；甲醛传感器应具备足够的灵敏度，能够检测到非常低浓度的甲醛，以便及早发现和处理潜在的危险；甲醛传感器应具备较快的响应速度，能够在短时间内对环境中的甲醛浓度变化做出反应，以便及时采取措施；甲醛传感器应具备较强的抗干扰能力，能够在复杂环境下准确测量甲醛浓度，避免外界因素对测量结果的干扰；甲醛传感器应具有较高的耐久性和稳定性，能够长期稳定地工作，减少维护和更换的次数；甲醛传感器应易于与其他硬件和软件系统集成，以便实现数据采集、处理、分析和可视化等功能；甲醛传感器应具有较小的尺寸和较低的成本，以便降低整个家装装修甲醛粉尘监测系统的成本和便于安装和使用[18]。粉尘传感器模块：粉尘传感器应该具有准确测量室内粉尘浓度的能力，以便检测出室内粉尘是否超标，从而保证室内空气质量；粉尘传感器应该具有高精度和高分辨率，以确保测量结果的准确性和可靠性；粉尘传感器应该具备较快的响应速度，能够在短时间内对环境中的粉尘浓度变化做出反应，以便及时采取措施；粉尘传感器应该具有较强的抗干扰能力，能够在复杂环境下准确测量粉尘浓度，避免外界因素对测量结果的干扰；粉尘传感器应该具有较高的耐久性和稳定性，能够长期稳定地工作，减少维护和更换的次数；粉尘传感器应该易于与其他硬件和软件系统集成，以便实现数据采集、处理、分析和可视化等功能；粉尘传感器应该具有较小的尺寸和较低的成本，以便降低整个家装装修甲醛粉尘监测系统的成本和便于安装和使用。总之，粉尘传感器应该具备高精度、高分辨率、高响应速度、较强的抗干扰能力、较高的耐久性、易于集成和成本低廉等特点，以确保监测系统可以准确地检测室内粉尘浓度，从而保障家居环境的健康和舒适[19]。温湿度传感器模块：温湿度传感器应该具备准确测量室内温度的能力，以便检测出室内温度是否过高或过低，从而保证室内的舒适性；温湿度传感器应该具备准确测量室内湿度的能力，以便检测出室内湿度是否过高或过低，从而保证室内的舒适性和防止家居用品受潮损坏；温湿度传感器应该具有高精度和高稳定性，以确保测量结果的准确性和可靠性；温湿度传感器应该具备较快的响应速度，能够在短时间内对环境中的温度和湿度变化做出反应，以便及时采取措施；温湿度传感器应该具有较强的抗干扰能力，能够在复杂环境下准确测量温度和湿度，避免外界因素对测量结果的干扰；温湿度传感器应该具有较高的耐久性和稳定性，能够长期稳定地工作，减少维护和更换的次数；温湿度传感器应该易于与其他硬件和软件系统集成，以便实现数据采集、处理、分析和可视化等功能；温湿度传感器应该具有较小的尺寸和较低的成本，以便降低整个家装装修甲醛粉尘监测系统的成本和便于安装和使用[20]。蜂鸣器模块：当甲醛、粉尘等监测指标超过预设阈值时，蜂鸣器应该能够自动发出声响警报，提醒用户及时采取措施；当甲醛、粉尘等监测指标接近预设阈值时，蜂鸣器应该能够发出低频声响，提醒用户注意室内环境的情况；蜂鸣器应该具备调节音量的功能，以适应不同使用环境的需要；蜂鸣器应该具备稳定的性能，以避免误报或漏报；蜂鸣器应该具备较高的耐久性，以满足长期使用的需求。总之，蜂鸣器在家装装修甲醛粉尘监测系统中的功能需求主要包括报警功能、提醒功能、调节功能、稳定性和耐久性等方面，以提高用户对室内环境状况的感知能力，并保障家居环境的健康和舒适。显示屏模块：显示屏应该能够实时显示监测到的甲醛、粉尘、温度、湿度等数据，以便用户能够及时了解室内空气质量的状况；显示屏应该能够显示历史数据的趋势图，以便用户可以对室内环境进行长期监测和分析，并且能够发现和解决可能存在的问题；显示屏应该能够设置警报阈值，并在监测数据超过预设阈值时自动发出警报，提醒用户及时采取措施；显示屏的界面应该简单、直观、易于操作，以方便用户使用和掌握；显示屏应该具有可调的亮度、对比度等参数，以适应不同环境的使用需求；显示屏应该具有防水、防尘、防撞等功能，以便在使用过程中能够保证显示屏的稳定性和耐用性。总之，显示屏应该具备实时显示、趋势图、警报功能、友好的界面、可调性和防护能力等特点，以方便用户使用和了解室内环境的情况，并能够及时发现和解决可能存在的问题，保障家居环境的健康和舒适。2.2.1技术路线（1）硬件部分需要的有温湿度传感器、粉尘传感器、单片机STM32F103c8t6、继电器、蜂鸣器、蓝牙通信模块、甲醛传感器、OLED屏幕；（2）软件平台程序用keil5；（3）画原理图用AD；（4）编程语言用C语言；（5）用户信息显示查看。2.2.2预期结果作品展示，完成一个家装装修甲醛粉尘监测系统，并且该设计能实现的功能如下：基于STM32单片机通过甲醛传感器、粉尘传感器以及温湿度传感器对室内空气进行监测并在Android平台上利用Java语音和SQL数据库设计。采用手机端作为上位机系统可实时监测甲醛浓度、粉尘状况以及室内温湿度，显示并发送上位机；手机端可以设置甲醛浓度、粉尘阈值，超过阈值蜂鸣器示警并开启通风设备，通风设备采用继电器模拟。1.上位机（1）接收下位机数据并且进行显示；（2）设定数据阈值包括甲醛浓度和粉尘阈值；（3）接收到警告信息并且进行显示；2.下位机：（1）系统可实时监测甲醛浓度进行显示并且发送上位机；（2）系统可实时监测粉尘状况进行显示并且发送上位机；（3）系统可实时监测室内温湿度进行显示并且发送上位机；（4）系统监测到甲醛浓度过高然后蜂鸣器示警随之开启通风设备；（5）系统监测到粉尘浓度过高然后开启通风设备；2.3单片机型号选型51单片机的存储器容量较小，只能处理比较简单的应用程序。对于复杂的应用程序，可能需要使用外部存储器或选择其他微控制器。单片机只支持八位处理器架构，这限制了其处理速度和能力，对于需要更高性能的应用程序，可能需要选择其他微控制器。相比其他微控制器，单片机缺乏一些硬件模块，如模拟转换模块、USB接口、以太网接口等，这些模块需要通过外部芯片实现。由于该单片机的开发历史较长，一些新的开发工具和技术可能不支持它。这使得对于一些特定的应用程序，可能需要花费更长的时间和精力来开发和调试。32位单片机使用更宽的数据总线和地址总线，可以处理更大的数据和更复杂的指令，提供更高的处理速度和处理能力。具有更大的存储器容量，可以存储更多的程序和数据，满足更复杂的应用程序的需要。单片机通常配备更多的硬件模块，如多个定时器、控制器、以太网接口、USB接口等，这些硬件模块可以提高系统性能并简化软件设计。该单片机通常提供更多的外设接口，并且该单片机使用更先进的制造工艺，功耗更低、可靠性更高，同时可实现更小的封装，便于集成到更小的设备中。由于该单片机的市场需求日益增加，有很多成熟的开发工具和支持，方便开发者使用和调试。综上所述，32位单片机在处理速度、存储器容量、硬件模块、外设接口、制造工艺和开发工具等方面都有明显的优势，适用于更复杂的应用程序。2.4系统运行环境该家装装修甲醛粉尘监测系统，是基于STM32系列单片机搭载各种硬件设备实现的。2.4.1硬件环境本系统需要一定的硬件设备支持。（1）STM32F103C8T6单片机核心板模块；（2）甲醛传感器、温湿度传感器、粉尘传感器模块；（3）蜂鸣器、显示屏；（4）硬件间排线等若干。2.4.2软件环境系统对软件环境的要求如下。（1）电脑操作系统：Windows10；（2）开发软件：KeiluVision5；（3）程序语言：C语言；（4）程序下载串口软件：FlyMcu；（5）网络协议：TCP/IP。2.5总体方案设计第一步：通过图书馆和网络查询到所需要的资科，要各个硬件器件的详细资料，包括STM32F103C8T6芯片的资料、传感器模块的详细资料及其介绍和各个品种的优缺点。第二步：确定系统各个模块，理清各个模块之间的关系，收集相关得到软硬件资料；第三步：规划课题，确定系统组成结构，勾画出大体系统框架并在结构框架的基础上提出原理框图；第四步：利用软件完成硬件电路部分设计并画出各部分电路图，将系统部件通过接口电路集合在一起，并画出电路图；第五步：根据系统控制过程完成软件设计部分，绘制出主流程图；第六步：进行模拟仿真，检查系统是否能够按照要求实现控制功能，整理论文。

第3章系统硬件部分设计3.1系统总体设计本系统设计一个家装装修甲醛粉尘监测系统设计，全部硬件开发主要包甲醛传感器、单片机STM32F103c8t6、温湿度传感器、蜂鸣器、粉尘传感器、蓝牙通信模块、继电器、OLED屏幕，原理图如图3-1所示。3-1总体原理图3.2系统主要功能模块设计家装装修甲醛粉尘监测系统设计主要包括了甲醛传感器、温湿度传感器、粉尘传感器、蜂鸣器、继电器、蓝牙通信模块、OLED屏幕模块以及单片机最小系统设计。3.2.1甲醛传感器功能模块设计家装装修甲醛粉尘监测系统中甲醛传感器的硬件设计需要考虑到以下几个方面：传感器选型：应根据监测要求，选择合适的甲醛传感器。常用的甲醛传感器有电化学传感器、紫外线吸收型传感器、红外吸收型传感器等。选型时需要考虑到灵敏度、响应时间、稳定性、使用寿命、价格等因素。电路设计：甲醛传感器需要与电路板连接，将采集到的信号转化为数字信号，并通过微处理器进行处理。因此，需要设计相应的模拟信号放大电路、AD转换电路、微处理器接口电路等。在电路设计中，需要注意防止电磁干扰和温度波动对信号采集的影响。供电设计：甲醛传感器需要供电才能正常工作。一般采用直流电源供电，需要设计合适的电源管理电路，保证传感器工作稳定，同时防止过流和过压等问题外壳设计：甲醛传感器需要安装在监测设备内部，需要设计合适的外壳和固定装置，以保证传感器的安全和稳定。总之，家装装修甲醛粉尘监测系统中甲醛传感器的硬件设计需要考虑到传感器选型、电路设计、供电设计和外壳设计等方面，以保证传感器的性能和稳定性，并满足监测要求。3.2.2粉尘传感器功能模块设计家装装修甲醛粉尘监测系统中粉尘传感器的硬件设计需要考虑以下几个方面：传感器类型选择：选择合适的粉尘传感器类型，根据监测系统的实际需求和场景来选择传感器的灵敏度和测量范围。传感器接口设计：设计传感器与主控板的接口，包括电源接口、信号输入接口、传输接口等，确保传感器能够正常工作并与主控板进行数据通信。电路设计：设计粉尘传感器的驱动电路和信号处理电路，使其能够产生稳定的输出信号，并实现对信号的滤波和放大处理，以确保测量精度和稳定性。供电电路设计：为粉尘传感器提供稳定可靠的电源，保证其正常工作。壳体设计：设计合适的壳体和安装结构，保护粉尘传感器，同时确保粉尘可以顺畅进入传感器进行测量。总之，家装装修甲醛粉尘监测系统中粉尘传感器的硬件设计需要考虑到传感器类型选择、接口设计、电路设计、供电电路设计和壳体设计等方面，以实现精准测量、可靠性和稳定性。同时需要与系统的其他硬件和软件进行配合，保证整个系统的正常工作。3.2.3温湿度传感器功能模块设计家装装修甲醛粉尘监测系统中的温湿度传感器可以采用数字式温湿度传感器，例如DHT11或DHT22。这些传感器具有数字输出和封装紧凑的特点，易于集成到家居装修监测系统中。其硬件设计如下：供电电路：数字式温湿度传感器工作电压一般在3.3V~5V之间，因此需要一个稳压电路来为其提供稳定的电压。数字信号读取电路：数字式温湿度传感器一般采用单总线通信协议，需要一个单片机或微控制器来读取传感器输出的数字信号。PCB设计：为了保证信号的稳定性和可靠性，需要对温湿度传感器的供电和信号读取线路进行良好的布线和PCB设计。环境保护：由于家装装修甲醛粉尘监测系统中的温湿度传感器需要在室内环境中工作，因此需要考虑防尘、防潮等环境保护措施，以确保传感器的正常工作。总的来说，温湿度传感器在家装装修甲醛粉尘监测系统中的硬件设计相对简单，主要需要考虑供电电路、信号读取电路、PCB设计和环境保护等因素。3.2.4显示屏功能模块设计显示屏通常是通过串口或并口与单片机进行通信的，具体的硬件设计如下：通信接口：根据显示屏的类型，选择‎‏相应的通信接口。常‎‏见的通信接口有串口、并口、I2C等。串口通信电路：如果使用串口通信，‎‏需要添加串口通信电‎‏路。串口通信电路包‎‏括电平转换电路、电‎‏流限制电路、保护电‎‏路等。如果使用单片‎‏机自带的串口通信，‎‏则不需要添加这些电路。并口通信电路：如果使用并口通信，‎‏需要添加并口通信电‎‏路。并口通信电路包‎‏括数据线驱动电路、‎‏控制线驱动电路、电‎‏平转换电路、保护电路等。显示屏供电电路：显示屏需要供电，通常可以通‎‏过单片机供电或者外‎‏部电源供电。需要设‎‏计相应的电源管理电路。显示屏控制电路：显示屏的控制‎‏电路包括数据传输控‎‏制电路、命令控制电‎‏路、背光控制电路等‎‏。这些电路需要根据‎‏具体的显示屏型号和‎‏接口进行设计。以上是显示屏的‎‏基本硬件设计，具体‎‏实现需要根据具体的‎‏显示屏型号、通信接‎‏口和系统要求进行调‎‏整和优化。3.2.5蜂鸣器功能模块设计家装装修甲醛粉尘监测系统中蜂鸣器的硬件设计通常包括以下几个方面：选型：选择适合系统要求的蜂鸣器型号，一般包括共阳极和共阴极两种类型。连接电路设计：根据所选的蜂鸣器型号和系统要求，设计相应的连接电路。对于共阳极蜂鸣器，需要将蜂鸣器的阳极连接到电源正极，而对于共阴极蜂鸣器，则需要将蜂鸣器的阴极连接到电源负极。驱动电路设计：为了让蜂鸣器发出声音，需要在电路中加入一定的驱动电路。常用的驱动电路包括单片机控制的驱动电路和555计时器驱动电路等。电路保护设计：为了避免蜂鸣器在工作过程中因为过电流或者过压而损坏，需要在电路中加入适当的保护电路，例如二极管、电阻等。PCB布局设计：将上述设计内容通过软件工具绘制成PCB电路板，进行布局设计，并保证线路的正常走向、线宽、线间距等要求，保证电路板的可靠性和稳定性。需要注意的是，在实际设计过程中，还需要考虑蜂鸣器的声音大小、持续时间等因素，以及系统中其他模块的控制逻辑，保证蜂鸣器在适当的时候发出相应的声音信号。3.3本章小结基于STM32单片机的家装装修甲醛粉尘监测系统系统分析，基于现有的技术和经济条件系统功能均可实现；将整个系统划分为两个功能模块进行分析，使得对系统的分析能够细致入微，同时也有利于后续工作的进行。

第4章软件系统设计功能模块系统功能的设计是满足需求设计的，如果能告诉所有处理特别程序需要的设备，如果该系统对投入、产出和模块作了准确的描述，就能使程序更有效地避免该系统的应用阶段。4.1软件主流程图主程序首先对单片机进行初始化，使得相应的IO口以及中断寄存器置位，以满足接下来的操作。图4-1系统软件主流程图4.2甲醛传感器程序的设计家装装修甲醛粉尘监测系统中甲醛传感器的软件设计需要考虑到以下几个方面：数据采集和处理：软件需要实现采集甲醛传感器输出的模拟信号，并进行模数转换和滤波处理，得到精确的甲醛浓度值。数据存储和传输：软件需要将采集的数据存储到本地或者云端，并支持数据上传和实时监控。同时，需要实现数据的格式化和解析，以便后续的数据分析和处理。报警机制：软件需要实现报警机制，当甲醛浓度超过设定阈值时，能够发出警报或者触发其他安全保护措施。同时，还需要实现远程报警和实时提醒等功能，以便用户及时采取措施。用户界面设计：软件需要提供用户友好的界面，以便用户查看实时数据和历史数据，设置阈值和警报规则，调整系统参数等。界面设计需要符合人机工程学原理，易于操作和理解。总之，家装装修甲醛粉尘监测系统中甲醛传感器的软件设计需要考虑到数据采集和处理、数据存储和传输、报警机制和用户界面设计等方面，以实现精准监测、及时报警和便捷操作等功能。同时，软件需要与硬件配合，保证系统的稳定性和可靠性。4.3粉尘传感器程序的设计家装装修甲醛粉尘监测系统中粉尘传感器的软件设计需要考虑以下几个方面：异常处理：在软件中加入异常处理模块，对传感器的异常情况进行检测和处理，例如传感器损坏或故障等情况，需要进行报警处理。用户界面：设计友好的用户界面，包括实时数据显示、历史数据查询、设置阈值等功能，方便用户使用。总之，家装装修甲醛粉尘监测系统中粉尘传感器的软件设计需要考虑数据采集、数据处理、数据传输、异常处理和用户界面等方面，以实现数据的准确、稳定、实时性和用户友好性。同时需要与系统的其他硬件和软件进行配合，保证整个系统的正常工作。4.4温湿度传感器程序的设计温湿度传感器的软件设计如下：初始化传感器：设置传感器的通讯参数，如波特率、数据位、校验位和停止位等；配置传感器的工作模式，如测量模式和待机模式；设置传感器的测量精度和采样周期。读取温湿度数据：向传感器发送读取数据的命令；等待传感器返回数据；解析传感器返回的数据，并计算出温度和湿度值。处理温湿度数据：根据测量要求，对温度和湿度值进行处理，如单位转换、数据滤波和校准等；将处理后的数据发送给微处理器或上位机。错误处理：在读取数据和处理数据的过程中，可能会发生传感器通讯错误、数据异常或其他故障；对于错误情况，需要采取相应的处理措施，如重新读取数据、发送错误信息或者停止系统运行等。4.5本章小结对系统的功能进行分析，对其中功能模块的设计进行流程化，论述各个功能模块的需求，可以使得系统具有完整性，利于后期的系统开发，可以实现相应的功能，简化后期的工作。第5章系统测试在这一部分调试中，因为時间问题相对来说有限，因此只有应用Proteus模拟仿真软件来系统模拟的一部分作用。5.1系统实物图该家装装修甲醛粉尘监测系统的实物图如图5-1所示。图5-1系统完整实物图5.2测试目的软件测试是为了发现系统中可能存在的缺陷，其目的是为了尽可能多地发现软件中的错误，而不是为了演示软件的正确功能。5.3测试原则软件测试应当遵循的四个原则，分别为：；测试要尽早的进行；测试应基于系统的需求；在编写测试用例时，要考虑极端的条件，如特殊值、边界值的输入；测试用例编写应当包括合理的输入条件和不合理的输入条件；充分注意测试中的群集现象。5.4功能测试该系统可以检测甲醛、粉尘、温湿度的信息，并且将结果通过LCD显示出来，如图5-2所示。上位机不仅可以显示采集到的数值，还可以修改检测的阈值。如图5-3所示。图5-2LCD显示测试图5-3上位机测试5.5本章小结在该章中，对系统的功能模块进行测试，对其获得的测试进行详细的记录，并且进行分析，可以使得系统具有正常运行的特性，在模块控制中，通过正常的使用，可以符合要求，使得该系统通过测试。第6章总结与展望本章主要对整个系统的开发过程进行了总结叙述和系统开发完成后的心得体会，完成整个开发工程这使我从中受益匪浅。6.1总结家装装修甲醛粉尘监测系统是一种针对家居环境中甲醛、粉尘等污染物的监测系统，其主要功能是实时监测室内甲醛、粉尘等污染物的浓度，并通过显示屏、蜂鸣器等方式进行警报和提示，以保障家庭居住环境的健康和舒适。该系统主要由甲醛传感器、粉尘传感器、温湿度传感器、主控板、显示屏、蜂鸣器等组成。在硬件方面，甲醛、粉尘、温湿度传感器的设计需要考虑传感器的准确性、响应速度、稳定性、功耗等方面的需求；主控板需要具备较高的计算能力、通讯接口、数据存储等功能；显示屏需要具备高分辨率、低功耗、清晰易读等特点；蜂鸣器则需要发出清晰、响亮的警报声音。在软件方面，系统需要实现实时数据采集、处理、传输和显示，并且需要具备异常处理和用户界面设计等功能。总之，家装装修甲醛粉尘监测系统是一种能够保障家庭居住环境健康和舒适的监测系统，需要在硬件和软件两个方面进行完善的设计，以满足其高精度、高稳定性、高实时性和用户友好性的要求。6.2展望未来，随着人们对室内空气质量的重视程度不断提高，家装装修甲醛粉尘监测系统将有更加广泛的应用场景。同时，随着技术的不断发展，这类监测系统也将朝着更加智能化、便携化、可靠化的方向不断发展。以下是一些可能的发展方向：智能化：通过连接互联网，家装装修甲醛粉尘监测系统可以实现远程监测和控制，以及与其他智能家居设备的联动。便携化：现有的家装装修甲醛粉尘监测系统大多是固定安装在墙面或桌面上的，未来可望出现更小巧、便携的设备，方便随时携带和使用。多功能化：未来的监测系统可能不仅能够监测甲醛和粉尘等有害物质，还能监测其他有害气体、温度、湿度等参数。数据化：随着人们对健康的重视程度不断提高，对室内空气质量数据的收集和分析也将变得越来越重要。未来的监测系统将不仅能够实时监测室内空气质量，还能将数据进行存储和分析，以提供更加全面和详细的分析报告。精准化：现有的监测系统在测量精度和准确性方面还有提升的空间，未来的系统将致力于提高监测精度和准确性，以更好地保障人们的健康。

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附录A总原理图图A-1总原理图

附录B程序#include"sys.h"#include"delay.h"#include"tim.h"#include"port.h"#include"app.h"#include"oled.h"#include"usart3.h" #include"adc.h"#include"pm25.h"#include"dht11.h"intmain(void){ delay_init(); //延时函数初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级 system_Time_Init(9,7199); adc_init(); sys_gpio_init(); pm25_init(); DHT11_Init(); OLED_Init(); //初始化OLED OLED_Clear();OLED_ShowString(0,0,"nihao",12); USART3_Config(9600);//lanyawhile(1) { app(); } }stm32f10x_it.c/*********************************************************************************@fileGPIO/IOToggle/stm32f10x_it.c*@authorMCDApplicationTeam*@versionV3.5.0*@date08-April-2011*@briefMainInterruptServiceRoutines.*Thisfileprovidestemplateforallexceptionshandlerandperipherals*interruptserviceroutine.******************************************************************************/*Includes*/#include"stm32f10x_it.h"voidNMI_Handler(void){}voidHardFault_Handler(void){/*GotoinfiniteloopwhenHardFaultexceptionoccurs*/while(1){}}voidMemManage_Handler(void){/*GotoinfiniteloopwhenMemoryManageexceptionoccurs*/while(1){}}voidBusFault_Handler(void){/*GotoinfiniteloopwhenBusFaultexceptionoccurs*/while(1){}}voidUsageFault_Handler(void){/*GotoinfiniteloopwhenUsageFaultexceptionoccurs*/while(1){}}voidSVC_Handler(void){}voidDebugMon_Handler(void){}voidPendSV_Handler(void){}voidSysTick_Handler(void){}/******************************************************************************//*STM32F10xPeripheralsInterruptHandlers*//*AddheretheInterruptHandlerfortheusedperipheral(s)(PPP),forthe*//*availableperipheralinterrupthandler'snamepleaserefertothestartup*//*file(startup_stm32f10x_xx.s).*//******************************************************************************/system_stm32f10x.c/*********************************************************************************@fileGPIO/IOToggle/system_stm32f10x.c*@authorMCDApplicationTeam*@versionV3.5.0*@date08-April-2011*@briefCMSISCortex-M3DevicePeripheralAccessLayerSystemSourceFile.**1.Thisfileprovidestwofunctionsandoneglobalvariabletobecalledfrom*userapplication:*-SystemInit():Setupsthesystemclock(Systemclocksource,PLLMultiplier*factors,AHB/APBxprescalersandFlashsettings).*Thisfunctioniscalledatstartupjustafterresetand*beforebranchtomainprogram.Thiscallismadeinside*the"startup_stm32f10x_xx.s"file.**-SystemCoreClockvariable:Containsthecoreclock(HCLK),itcanbeused*bytheuserapplicationtosetuptheSysTick*timerorconfigureotherparameters.**-SystemCoreClockUpdate():UpdatesthevariableSystemCoreClockandmust*becalledwheneverthecoreclockischanged*duringprogramexecution.**2.AftereachdeviceresettheHSI(8MHz)isusedassystemclocksource.*ThenSystemInit()functioniscalled,in"startup_stm32f10x_xx.s"file,to*configurethesystemclockbeforetobranchtomainprogram.**3.Ifthesystemclocksourceselectedbyuserfailstostartup,theSystemInit()*functionwilldonothingandHSIstillusedassystemclocksource.Usercan*addsomecodetodealwiththisissueinsidetheSetSysClock()function.**4.ThedefaultvalueofHSEcrystalissetto8MHz(or25MHz,depedningon*theproductused),referto"HSE_VALUE"definein"stm32f10x.h"file.*WhenHSEisusedassystemclocksource,directlyorthroughPLL,andyou*areusingdifferentcrystalyouhavetoadapttheHSEvaluetoyourown*configuration./**@addtogroupCMSIS*@{*//**@addtogroupstm32f10x_system*@{*//**@addtogroupSTM32F10x_System_Private_Includes*@{*/#include"stm32f10x.h"/***@}*//**@addtogroupSTM32F10x_System_Private_TypesDefinitions*@{*//***@}*//**@addtogroupSTM32F10x_System_Private_Defines*@{*//*!<UncommentthelinecorrespondingtothedesiredSystemclock(SYSCLK)frequency(afterresettheHSIisusedasSYSCLKsource)IMPORTANTNOTE:==============1.AftereachdeviceresettheHSIisusedasSystemclocksource.2.PleasemakesurethattheselectedSystemclockdoesn'texceedyourdevice'smaximumfrequency.3.Ifnoneofthedefinebelowisenabled,theHSIisusedasSystemclocksource.4.TheSystemclockconfigurationfunctionsprovidedwithinthisfileassumethat:-ForLow,MediumandHighdensityValuelinedevicesanexternal8MHzcrystalisusedtodrivetheSystemclock.-ForLow,MediumandHighdensitydevicesanexternal8MHzcrystalisusedtodrivetheSystemclock.-ForConnectivitylinedevicesanexternal25MHzcrystalisusedtodrivetheSystemclock.Ifyouareusingdifferentcrystalyouhavetoadaptthosefunctionsaccordingly.*/#ifdefined(STM32F10X_LD_VL)||(definedSTM32F10X_MD_VL)||(definedSTM32F10X_HD_VL)/*#defineSYSCLK_FREQ_HSEHSE_VALUE*/#defineSYSCLK_FREQ_24MHz24000000#else/*#defineSYSCLK_FREQ_HSEHSE_VALUE*//*#defineSYSCLK_FREQ_24MHz24000000*//*#defineSYSCLK_FREQ_36MHz36000000*//*#defineSYSCLK_FREQ_48MHz48000000*//*#defineSYSCLK_FREQ_56MHz56000000*/#defineSYSCLK_FREQ_72MHz72000000#endif/*!<UncommentthefollowinglineifyouneedtouseexternalSRAMmountedonSTM3210E-EVALboard(STM32HighdensityandXL-densitydevices)oronSTM32100E-EVALboard(STM32High-densityvaluelinedevices)asdatamemory*/#ifdefined(STM32F10X_HD)||(definedSTM32F10X_XL)||(definedSTM32F10X_HD_VL)/*#defineDATA_IN_ExtSRAM*/#endif/*!<UncommentthefollowinglineifyouneedtorelocateyourvectorTableinInternalSRAM.*//*#defineVECT_TAB_SRAM*/#defineVECT_TAB_OFFSET0x0/*!<VectorTablebaseoffsetfield.Thisvaluemustbeamultipleof0x200.*//***@}*//**@addtogroupSTM32F10x_System_Private_Macros*@{*//***@}*//**@addtogroupSTM32F10x_System_Private_Variables*@{*//********************************************************************************ClockDefinitions*******************************************************************************/#ifdefSYSCLK_FREQ_HSEuint32_tSystemCoreClock=SYSCLK_FREQ_HSE;/*!<SystemClockFrequency(CoreClock)*/#elifdefinedSYSCLK_FREQ_24MHzuint32_tSystemCoreClock=SYSCLK_FREQ_24MHz;/*!<SystemClockFrequency(CoreClock)*/#elifdefinedSYSCLK_FREQ_36MHzuint32_tSystemCoreClock=SYSCLK_FREQ_36MHz;/*!<SystemClockFrequency(CoreClock)*/#elifdefinedSYSCLK_FREQ_48MHzuint32_tSystemCoreClock=SYSCLK_FREQ_48MHz;/*!<SystemClockFrequency(CoreClock)*/#elifdefinedSYSCLK_FREQ_56MHzuint32_tSystemCoreClock=SYSCLK_FREQ_56MHz;/*!<SystemClockFrequency(CoreClock)*/#elifdefinedSYSCLK_FREQ_72MHzuint32_tSystemCoreClock=SYSCLK_FREQ_72MHz;/*!<SystemClockFrequency(CoreClock)*/#else/*!<HSISelectedasSystemClocksource*/uint32_tSystemCoreClock=HSI_VALUE;/*!<SystemClockFrequency(CoreClock)*/#endif__Iuint8_tAHBPrescTable[16]={0,0,0,0,0,0,0,0,1,2,3,4,6,7,8,9};/***@}*//**@addtogroupSTM32F10x_System_Private_FunctionPrototypes*@{*/staticvoidSetSysClock(void);#ifdefSYSCLK_FREQ_HSEstaticvoidSetSysClockToHSE(void);#elifdefinedSYSCLK_FREQ_24MHzstaticvoidSetSysClockTo24(void);#elifdefinedSYSCLK_FREQ_36MHzstaticvoidSetSysClockTo36(void);#elifdefinedSYSCLK_FREQ_48MHzstaticvoidSetSysClockTo48(void);#elifdefinedSYSCLK_FREQ_56MHzstaticvoidSetSysClockTo56(void);#elifdefinedSYSCLK_FREQ_72MHzstaticvoidSetSysClockTo72(void);#endif#ifdefDATA_IN_ExtSRAMstaticvoidSystemInit_ExtMemCtl(void);#endif/*DATA_IN_ExtSRAM*//***@}*//**@addtogroupSTM32F10x_System_Private_Functions*@{*//***@briefSetupthemicrocontrollersystem*InitializetheEmbeddedFlashInterface,thePLLandupdatethe*SystemCoreClockvariable.*@noteThisfunctionshouldbeusedonlyafterreset.*@paramNone*@retvalNone*/voidSystemInit(void){/*ResettheRCCclockconfigurationtothedefaultresetstate(fordebugpurpose)*//*SetHSIONbit*/RCC->CR|=(uint32_t)0x00000001;/*ResetSW,HPRE,PPRE1,PPRE2,ADCPREandMCObits*/#ifndefSTM32F10X_CLRCC->CFGR&=(uint32_t)0xF8FF0000;#elseRCC->CFGR&=(uint32_t)0xF0FF0000;#endif/*STM32F10X_CL*//*ResetHSEON,CSSONandPLLONbits*/RCC->CR&=(uint32_t)0xFEF6FFFF;/*ResetHSEBYPbit*/RCC->CR&=(uint32_t)0xFFFBFFFF;/*ResetPLLSRC,PLLXTPRE,PLLMULandUSBPRE/OTGFSPREbits*/RCC->CFGR&=(uint32_t)0xFF80FFFF;#ifdefSTM32F10X_CL/*ResetPLL2ONandPLL3ONbits*/RCC->CR&=(uint32_t)0xEBFFFFFF;/*Disableallinterruptsandclearpendingbits*/RCC->CIR=0x00FF0000;/*ResetCFGR2register*/RCC->CFGR2=0x00000000;#elifdefined(STM32F10X_LD_VL)||defined(STM32F10X_MD_VL)||(definedSTM32F10X_HD_VL)/*Disableallinterruptsandclearpendingbits*/RCC->CIR=0x009F0000;/*ResetCFGR2register*/RCC->CFGR2=0x00000000;#else/*Disableallinterruptsandclearpendingbits*/RCC->CIR=0x009F0000;#endif/*STM32F10X_CL*/#ifdefined(STM32F10X_HD)||(definedSTM32F10X_XL)||(definedSTM32F10X_HD_VL)#ifdefDATA_IN_ExtSRAMSystemInit_ExtMemCtl();#endif/*DATA_IN_ExtSRAM*/#endif/*ConfiguretheSystemclockfrequency,HCLK,PCLK2andPCLK1prescalers*//*ConfiguretheFlashLatencycyclesandenableprefetchbuffer*/SetSysClock();#ifdefVECT_TAB_SRAMSCB->VTOR=SRAM_BASE|VECT_TAB_OFFSET;/*VectorTableRelocationinInternalSRAM.*/#elseSCB->VTOR=FLASH_BASE|VECT_TAB_OFFSET;/*VectorTableRelocationinInternalFLASH.*/#endif}/***@briefUpdateSystemCoreClockvariableaccordingtoClockRegisterValues.*TheSystemCoreClockvariablecontainsthecoreclock(HCLK),itcan*beusedbytheuserapplicationtosetuptheSysTicktimerorconfigure*otherparameters.**@noteEachtimethecoreclock(HCLK)changes,thisfunctionmustbecalled*toupdateSystemCoreClockvariablevalue.Otherwise,anyconfiguration*basedonthisvariablewillbeincorrect.**@note-Thesystemfrequencycomputedbythisfunctionisnotthereal*frequencyinthechip.Itiscalculatedbasedonthepredefined*constantandtheselectedclocksource:**-IfSYSCLKsourceisHSI,SystemCoreClockwillcontaintheHSI_VALUE(*)**-IfSYSCLKsourceisHSE,SystemCoreClockwillcontaintheHSE_VALUE(**)**-IfSYSCLKsourceisPLL,SystemCoreClockwillcontaintheHSE_VALUE(**)*orHSI_VALUE(*)multipliedbythePLLfactors.**(*)HSI_VALUEisaconstantdefinedinstm32f1xx.hfile(defaultvalu