【《基于STM32主控芯片的厨房安全监测系统设计》14000字（论文）】

基于STM32主控芯片的厨房安全监测系统设计摘要厨房安全是家庭安全的重要的组成部分，对厨房环境的温度、湿度、CO浓度和甲醛含量的实时监控可以有效的防止厨房如：由天然气引起的爆炸或者明火使用不当造成的火灾等事故的发生，极大地提高了广大民众的生命财产安全。本文设计一款满足人们厨房环境安全要求的监控设备。本系统以STM32为主控芯片，设计了一款厨房安全远程监控系统。该系统包括控制模块、采集模块通信模块、显示模块。控制模块实现了厨房安全环境要求的参数个性化设置；采集模块能够实现对温度，湿度，厨房常见有害气体（甲醛和一氧化碳）的数据，并且当监测数据超出安全数据时通过蜂鸣器发出警报；通信模块实现了由设备采集到的信息传输到手机APP的实时监控；显示模块实现了采集到的环境数据通过OLED电子屏显示实时数据，并且还能显示时间信息。本设计具有很好的实用性，能够在大部分家庭厨房，饭店和户外炊事活动中应用，满足了厨房常见环境安全隐患的数据检测和显示，并且可以个性化调整环境安全报警数值，能满足不同厨房场合的安全要求。检测的温湿度误差为0.5，能够比较准确的检测温度湿度以提醒用户火灾发生的可能。该设计系统稳定，选用的各个模块在常见安全厨房环境，常见厨房火灾环境，常见厨房有毒气体泄漏环境中都能正常工作，在后续的开发中可以不断优化硬件和软件部分的功能使系统更加完善，用户体验更好，实用性更强。关键词：STM32；有害气体；火灾报警；远程监控目录1引言 32总体方案 32.1硬件方案 42.2算法设计 42.3服务器和数据库设计 53硬件采集电路 53.1单片机最小系统 63.1.1电源电路 63.1.2晶振电路 73.1.3复位电路 93.2DS18B20温度模块 93.2.1DS18B20测温原理 103.2.2DS18B20的主要特性 113.3湿度模块 123.3.1DHT11时序 133.4甲醛模块 153.4.1甲醛超标的危害 163.4.2SGP30 173.5一氧化碳模块 193.5.1一氧化碳中毒的危害 213.6显示模块 223.6.1OLED模块初始化 233-7通信模块 293.7.1GPRS通信 303.8Rtc 313.8.1RTC模块工作过程 324软件设计 344.1服务器 344.2数据库 354.2.1数据库的基本操作 354.3APP 364.3.1APP开发步骤 365系统调试 385.1一氧化碳传感器MQ-7灵敏度调整 385.2通信模块的调试 395.3RTC时钟调试 396结论 40

1引言如果在建筑物内不注意用火安全，会对人类的生命安全产生不可挽回的影响。一场火灾，损失的不仅是钱财和技术成果，而且还会对身心健康造成巨大的伤害。对生命的威胁可以分为下列几个部分：首先，可燃性材料在建筑物中分布很广，起火时所产生的热量会伤害人们的肌体，酿成惨烈的悲剧，根据防灾专家的统计，火灾中有将近三成的人是因燃烧放出的热量而失去宝贵的生命；其次，各种建筑材料在燃烧的过程中放出的各种毒性气体会严重损伤人们的神经系统，造成恶心、头痛、昏迷等状况；最后，建筑物经过燃烧，到达甚至越过了耐火极限，导致建筑物坍塌，造成人员的伤亡。厨房是我们生活中不可脱离的部分，在烹饪的过程中我们往往需要使用明火，因此要特别注意燃气灶具的使用，才可以避免悲剧的发生。2总体方案如图2为本系统的总体设计框图。图2-1系统设计框图硬件采集电路将采集到的环境指标数据通过网络通信上传至服务器，服务器对接收到的数据进行处理并存储到数据库，当服务器与APP建立连接后再将环境指标数据从数据库读取出来然后发送至APP，APP端设计数据显示界面以显示各项指标的数值，并且将所设置的指标阀值通过服务器发送到硬件采集电路，为实现数据的时间同步因此使用RTC时针来提供系统时间。2.1硬件方案如图2-1为硬件采集电路的设计框图：图2-1硬件采集电路结构图硬件采集电路使用stm32作为主控芯片，通过与外围模块通信从而实现温度、湿度、甲醛、CO指标数据的采集，然后再通过网络通信模块实现与服务器的数据交互。并且采用RTC时钟实现整个系统的时间同步。最后再使用OLED、发光二极管和蜂鸣器进行数据显示和声光报警。硬件设计采用主控制芯片stm32，这是一款低功耗高性能的处理器dallas18B20获取环境的冷热程度这是一款数字传感器省去了将物理量转化为数字量的这一步骤dht11获取环境的湿润程度，甲醛采集使用GY-SGP30模块，CO采集使用MQ-7模块，RTC时针使用DS1302时针芯片，以上数据数据通过OLED显示屏显示和通过GPRS网络通信模块上传至服务器，单片机与OLED使用I2C通信，通过AT指令控制GPRS通信模块。具体内容会在第二章详细介绍。2.2电路采集流程图如图2-3为硬件采集电路的算法流程图，由图可见，当开始工作时首先会初始化单片机所用的所有外设并对异常情况进行声光报警，然后会检测所有外围模块的工作情况并对异常情况进行报警。再然后便开始正常的采集数据、上传数据、OLED显示、接收指标阀值并设置阀值，最后再进行超标检测和报警。图2-3硬件采集电路算法流程图2.3服务器和数据库设计本设计的服务器脚本采用PHP基于SWOOLE高并发服务器框架编写，运行平台为Centos7操作系统，其作为APP和硬件采集电路的中介，负责数据的中转。本设计的数据库使用MySQL设计。MySQL是一款可靠、联动、效率值得人们肯定的数据库系统，他能和多个主流编程语言紧密结合，如PHP、Java等。运行平台仍然为Centos7操作系统，其主要负责存储服务器接收到的传感器数据，方便服务器数据传输的方便和二次开发。3硬件采集电路硬件采集电路使用stm32作为主控芯片，通过与外围模块通信从而实现温度、湿度、甲醛、CO指标数据的采集，然后再通过网络通信模块实现与服务器的数据交互。并且采用RTC时钟实现整个系统的时间同步。最后再使用OLED、发光二极管和蜂鸣器进行数据显示和声光报警。硬件采集电路使用stm32单片机作为主控芯片，其具有存储空间大，执行速度快，系统稳定性强等特点。温度采集使用DS18B20数字温度传感器模块，它可以测量-10度~85度的温度，符合一般厨房火灾温度检测要求，且它的误差不大，只有0.5度，对于厨房火灾的温度测量不需要精确太多。0.5度的误差已符合要求。温度和湿度是可以一起进行测量的，在本次设计中，对于环境中湿润程度的检测，我用的是DHT11传感器。它的精度误差只有5%，它专用的数字和温湿度采集技术大大的提高了模块的稳定性和使用寿命，与此同时，它还具有如下特点：造价不高，反应灵敏，不受外界因素影响，长距离的接收发送信号，校准精确。甲醛采集使用GY-SGP30模块，其采用进口高灵敏度SGP30甲醛传感器，功耗低、设计小巧。CO采集使用MQ-7模块，在模块的内部使用了二氧化锡气体进行检测。检测CO的浓度是否超标，是根据环境中一氧化碳气体的浓度影响了传感器的导电率，浓度越高，导电率也越大，也就是说，不一样的浓度对应着不同的电阻值。它之所以能检验气体浓度是因为电导率发生了改变且这个电路较为简易。用于家庭、户外的一氧化碳探测装置。RTC时针使用DS1302时针芯片，它通过串口来与stm32f103系列的单片机进行通信，且能够提供满足人们要求的时间信息，可以做到自动控制。以上数据数据通过OLED显示屏显示和通过GPRS网络通信模块上传至服务器，单片机与OLED使用I2C通信，通过AT指令控制GPRS通信模块。3.1单片机最小系统单片机最小系统是由石英晶体振荡电路、电源电路和复位电路构成的，任何一个电路出现错误都会让单片机不能够正常的烧录程序，也不能够正常的工作。3.1.1晶振电路晶振电路用来给芯片提供时钟信号，晶振就犹如人体的心脏一样，如果心脏不跳动，人体就不会进行其他的活动，同理，没有晶振工作，单片机将会停机，单片机的运行速度与晶振值呈正相关，也就是说值越大，速度就会越快。但是心脏跳动的速度并不是越快越好，单片机的运行速度如果过快，抗扰值就会降低，稳定性就会更差。图3-1-2-1图3-1晶振电路图用作HSE为主时钟源可以提高精准度，如果要求比较低，可以选择用无源晶振，它的价格也会相对较低。精致的原理并不难，并且可以通用，可以通过网上参考直接使用。晶振电路都是在一个反相放大器的两端接入晶振，再有两个电容分别接入到晶振的两端，另一个电容则接地，这两个电容串联的电容量就等于负载电容。但是如果直接采用网上数据，可能会使系统在某一些情况下崩溃，系统的稳定性将会降低。STM32F103的高速外部晶振的影响性最大，所以在设计晶振电路的时候，负载电容的大小应该是最被关注的地方。以下我将简单介绍如何选择本系统的电容。负载电容就是上图中的CL1、CL2，一般取CL1=CL2，这两个电容和晶体Q构成三点式电容振荡器。CL1、CL2的参数应该与晶振参数LoadCapacitance匹配。由晶振使用参考数据（见下图）得出我们需要的电容大小。我们选择的是20pF系列的晶振，所以CL=20pF当然我们知道，在电路板走线上还有寄生电容，连接的芯片输入端也有等效电容，这部分也要考虑进去。从ST手册可以查到，STM32F103的晶振输入电容是5pF，而PCB走线的寄生电容一般可以估值3pF到5pF。我们这里就取Cs=10pF。下面看公式：由于我们取了CL1=CL2，公式就可以变为：CL1=CL2=2*（CL-Cs）把Cs=10pF，CL=20pF带入上面的公式，能求出：CL1=CL2=20pF因此CL1、CL2均取为20pF。需要注意的是，画板时晶振与芯片的距离不要太远，预防信号串扰，同时其他支路不能被晶振底部穿过。3.1.3复位电路复位电路是必不可少的，复位电路的作用是系统恢复到初始状态。针对stm32f103系列的单片机，常用的复位方式有三种设计，分别为：系统复位，电源复位和后备域复位。当想要让电源回到复位状态及一开始的状态时，要想办法使其发出复位脉冲，复位脉冲的产生是因为外部复位的发生，想要做到这点就得把NRST引脚拉低。图3-1-3复位电路原理图3.2DS18B20温度模块市面上的数字温度传感器很多，DS18B20是其中较为常用的一种，它具有抗磨擦抗碰撞，小巧，使用灵活，封装形式选择更多，很多缺少足够空间设备数字测温和控制领域都可以使用的优点。此模块接线灵活方式多样，封装后运用的领域也十分广泛，如不锈钢风装饰，磁铁吸附式。它的外观选择很多，能满足很多领域的需求。在-55摄氏度到+125摄氏度的场合中，封装后的传感器都能工作，如锅炉测温，净室测温等。3.2.1DS18B20测温原理温度对晶体振荡器影响不大，传感器1接收传感器输出信号。当温度变化时，频率影响流量，第二个信号是输出信号。晶体振荡器的最低信号可以发出最重要的信号。此信号对应于-55度，按钮可降低此度。当默认价格降至10时，注册表温度值可增加1，设置将重置，样式标签将从一开始就重新计算，设备将与以前相同，因此，直到计数器2计算达到0时，停止工作。此时，温度值测量温度。为了达到温度，第二部分是实现一致性。使用用于调节磁盘1温度的斜坡可以实现此功能。DS18B20的外形及管脚排列如下图：图3-2-1-1DS18B20的外形及管脚排列图DS18B20引脚定义：(1)DQ为数字信号输入/输出端；(2)GND为电源地；(3)VDD为接地。图3-2-1-2DS18B20内部结构图3.2.2DS18B20的主要特性DS18B20的主要特性以及我选择用DS18B20实现温度模块的原因如下：1.电压的使用允许范围更加大。厨房用电的功率比较大，在厨房里要用电的工具通常有电磁炉，煤气灶等，他们的一般功率为几百到几千瓦特不等，厨房超负荷用电时候引起厨房火灾的重要原因之一。厨房用电的总功率通常是4000W左右，具体要看家里的用电设备多少，现在厨房一般也会装煤气灶设备，所以功率相对来说会小一点，如果全部用电，功率则更大。DS18B20仅需3.0～5.5V供电，减少厨房用电负荷，且可用充电宝充当电源，保证停电时也可以继续工作。2.接口方式比较简单，想要实现单片机与模块的通信。只需要连接一个口线3.多点组网，可以并联多个模块。4.无外围元件，外形小巧。5.工作范围范围－55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃，能够检测家用厨房正常使用时和火灾发生时达到的温度。6.输出数字信号，抗干扰纠错能力好。3.2.3DS18B20电路设计图3-2-3DS18B20电路图DS18B20_GND——————>STM32F103_GNDDS18B20_VCC——————>STM32F103_VCCDS18B20_DQ——————>STM32F103_PA8（DQ引脚可接任意IO口）关于寄生方式，需要注意以下几点：1.DS18B20的寄生方式是在DQ引脚为高电平时“窃取”电源，同时将部分能量存储在内部的电容里。所以需要上拉电阻防止电压过高。2.想要模块顺利可靠的实现温度转换，需要I/O口在温度转换工作的时候提供功率足够大。DS18B20的工作电流高达1mA，5K的上拉电阻使得IO口没有足够的驱动能力，如果多个DS18B20在同一个IO上而且同时进行温度的变换时，这个问题将特别尖锐。3.3湿度模块DHT11是一种创新的产品，它使用数字型(digital)信号输出。它的传感器与一个8位单片机连接，由两个元件模块组成，分别为测温元件和测试元件。产品的稳定性高，使用寿命周期长，该模块反应灵敏，不受环境因素干扰，造价低。要校验这个模块对教业是有着不低的要求。外形迷你、功率消耗不高，且可以长距离的进行数据传输，这符合了一般家庭厨房的要求。因为以上的这些特点，很多场合都能运用到此传感器，哪怕是一些条件非常艰苦的场合。并且它是四针排引脚封装，焊接容易，而且它的封装多变，可以根据客户的不同需求来制定。表3-3DHT11引脚定义3.3.1DHT11时序要实现对DHT11传感器的控制和数据的读取，需先学会分析DHT11的控制时序。时序主要分为三部分：1：触发DHT11采集数数据；2：读取数字0；3：读取数字1。触发DHT11采集数据空闲状态的总线会持续高电平。为了能够模块可以感应到开始信号，单片机先给总线一个持续18ms以上的低电平信号，等待模块的响应。模块接收到起始命令后，发送响应信号，此信号为80us的低电平。被微处理器发送的起始信号完结之后，延时几十微秒，切换为输入状态，之前到响应信号停止后，这个时候就要检测DHT11的高电平是多少了，；如果是80us，即可开始采集数据。图3-3-1-1触发DHT11采集数据(2)数字0信号时序当DHT11输出数字0时，单片机读取到的信号为50us的低电平，之后为26-28us的高电平。图3-3-1-2数字0信号时序(3)数字0信号时序当DHT11输出数字0时，单片机读取到的信号为50us的低电平，之后为70us的高电平。图3-3-1-3数字0信号时序总时序图开始的信号发送出一次后，传感器的模式由低功率转化为高速，40bit的感应信号被发送是在起始信号结束之后，触发采集，部分的数据可以被读取，在这个模式下，一次温湿度采集被触发是在传感器接收到起始信号后，也就是说没有主机发送的起始信号。就没有温湿度采集，当采集完成之后，传感器的模式又会转化为一开始的低速模式。图3-3-1-4总时序图3.3.2DHT11电路设计图3-3DHT11电路图温度采集模块DHT11是成品模块，不需要经过改动就可以将它插到电路板上使用。它拥有板载八位微控制器，通过单线协议输出温度和湿度值作为串行数据。也就是说，读取温湿度的数据引脚只有一个，不需要单片机的引脚。引脚接线VCCSTM32F103_VCCDATASTM32F103_PA11NC接空GNDSTM32F103_GNDDHT11的供电电压为3－5.5V，电源引脚(VDD，GND)之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。DATA引脚并联一个5K以上的上拉电阻，增强信号的抗干扰额能力。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。3.4甲醛模块目前没有太多的甲醛传感器，以下将简单的介绍一下已有的几种甲醛传感器。比较常见的是甲醛氧化物气体传感器，它的很多性能都很好，如灵敏度和恢复性能，但容易被很多其他常见化学物质干扰。我们想要提高它适用场合数量，可以用参合的方法，因为个个气敏元件的干扰气体是不一样的。电阻-温度特性能够被重视的话，传感器就能在更多场合使用，不仅如此，它还具有降低物质颗粒，提高制作技术，增加表比面积的作用，这样就能提升材料的品质，从而是的气敏元件的反应更加快。可视化荧光甲醛传感器能够适用的场合很多，它进行可视化测量的时候，不需要用到其他的辅助工具，能够用于多种可视化的测量，他的响应也非常的好。但是有一个缺点，就是恢复响应特性和灵敏度都不算很高。声表面波甲醛气体传感器的抗扰性能不高，主要是被环境因素影响得比较厉害。为了减少环境因素的影响，要对温度和湿度进行补偿。但是他的选择性和灵敏度有待提升。想要解决这两个问题有两个方法，一是增加薄膜涂覆的品质，二是选择敏感程度更高更好的薄膜来进行工作。甲醛气体分子筛传感器比较少见，它的恢复-响应特性和可视化荧光甲醛传感器一样算不上优秀。我们想要提高特的特性就需要寻找对甲醛吸收能力更强的吸收剂。甲醛气体电子鼻，是甲烷传感器研究的主流，他能够在很多场合下使用，在响应速度，抗干扰能力，精确度，恢复响应特性各个方面表现都十分突出。3.4.1甲醛超标的危害甲醛在我们生活中特别是建筑物中常见，它呈现无色，气味有刺激性，会对人体的眼睛和鼻子产生不适感。甲醛易溶于水37%的甲醛溶于水中，就是我们常说的福尔马林(formalin)。2003年1月7日，甲醛被世界卫生组织列入了致癌物中。工业中甲醛的使用十分频繁，特别是各种新的家具和刚刚启用的装修物品大多都含有甲醛。不光如此，在一些燃物不完全燃烧的情况下也会产生甲醛。在医学方面，防腐剂和消毒剂通常都是用甲醛来制作的。平时甲醛进入人体是通过皮肤和口鼻。人造板材料在加工过程中使用的粘合剂，内部含有甲醛，所以新家具里会含有甲醛、苯等有害物质。下面介绍一些关于甲醛的毒性：（1）急性毒性会引起表皮和黏膜的不适。在短时间内高浓度的甲醛进入人体。轻则会导致呼吸道的不适感，如打喷嚏，咳嗽而且眼睛，鼻子以及口腔中会有刺激感从而发展成一些呼吸道疾病如肺炎或者哮喘。当人体内存在过量的甲醛，经过消化道消化后，会通过消化道引起全身各个组织的中毒反应。其中鼻腔和喉咙，实到会有腐蚀性的烧灼感，最后走向死亡。一般情况下，如果通过口服的方式引入了150~230ml到甲醛溶液可能会中毒而亡。若皮肤在完好的情况下接触到了甲醛，可能会引起一些皮肤坏死，色沉，发炎等症状。动物活体实验中，实验兔经静脉摄入甲醛的LD50为650mg/kg，经食道吸收甲醛的LD50为1800mg/kg，经皮肤表皮吸入甲醛的LD50为470mg/m3。（2）慢性毒性甲醛会影响呼吸、神经和免疫功能，由于免疫力下降，导致机体无法对抗甲醛带来的影响，甲醛就可以引起人体全身各组织的中毒反应。（3）突变性代谢系统不管是否工作，甲醛都能引起一部分细胞变异。让实验鼠在甲醛环境中活动三天，这三天里甲醛的浓度逐渐上升，三天后用显微镜观察实验鼠的细胞核，发现骨髓造血能力明显下降，小白鼠会不同程度产生基因突变。（4）致癌性甲醛被世界卫生组织列入致癌清单中，表明了甲醛会损害人们的身体，甚至致癌。活体动物实验中发现，大鼠长期在甲醛环境里活动得了鼻癌。英国研究所在2010年发现，甲醛和其他物质可以发生化学反应，比如与TNT发生化学反应之后，它的化学毒性会加强，以至于化工厂工人中接触甲醛频率较高工人因癌症死亡的比例非常高。2008年又发现实验兔的细胞核在甲醛的作用下受到了破坏。3.4.2SGP30SGP30是为易于集成到空气净化器，需求控制通风，物联网应用。温度微热板控制，两个室内空气预处理quality讯号。作为第一个金属氧化物气体传感器在一个芯片上有多个感应元件，SGP30提供了关于空气的更详细的信息quality”。传感元件具有无与伦比的鲁棒性对抗现实世界中的污染气体应用程序支持独特的长期稳定性和低漂移。非常小的2.45

x

2.45

x

0.9

mm3

DFN包在有限的空间内启用应用程序Sensirion’s先进的生产工艺保证高重现性和可靠性。胶带和卷筒包装，以及标准SMD装配的适用性进程使SGP30预定用于大容量应用程序。表3-4-2DHT11引脚定义Pin引脚名称引脚功能 1VDD电源正极2VSS接地，电源负极3SDA串行数据，双向4R接地(没有电气功能)5VDDH电源电压，加热板6SCL串行时钟，双向SGP30的电源引脚必须与100nF解耦，应放置在尽可能靠近VDD引脚的电容器。所需的解耦取决于功率供电网络连接到传感器。我们还建议将VDD和VDDH引脚缩短7。SCL用于同步单片机和传感器之间的通信。SDApin用于传输数据进出传感器。为了安全通信，必须满足I2C手册8中定义的时间规范。图33-4-2-1SGP30电路图引脚接线VDDSTM32F103_VCCVSSSTM32F103_GNDSDASTM32F103_PB10RSTM32F103_GNDVDDHSTM32F103_VCCSCLSTM32F103_PB11SCL和SDA线是开放式i/os，它们都带有VDD和VSS二极管并接电阻。为了避免信号争用，单片机只能将SDA和SCL降低.外部上拉电阻电阻器的尺寸请考虑总线容量和考虑通信频率。应该注意到这种上拉电阻可能包含在单片机的i/o电路中。模具垫或中心垫与GND电连接。因此，电气方面的考虑不会对模具衬垫的布线。但是，为了机械稳定性，将中心板焊接到PCB上。SGP30采用动态基线补偿算法和芯片上的标定参数提供互补的空气质量信号。基于传感器信号的总VOC信号（tvoc）和CO2当量信号(co2eq)计算。发“Init_air_quality”命令开始空气质量测量。在“Init_air_quality”之后命令，“measurement

re_air_quality”命令必须每隔1秒发送一次，以确保动态基线补偿算法。传感器以2个数据字节（首先是msb）和1个CRC字节响应两个空气质量信号的预处理顺序为CO2eq

(ppm)和tvoc(ppb)。对于“Init_air_quality”之后的前15秒

传感器处于初始化阶段，其中measurement

re_air_quality命令返回固定的值400ppm

CO2eq和0

ppb

tvoc。SGP30还提供了读写基线校正算法的基线值的可能性。这个专题用于定期将基线保存到外部非易失性内存中，并在新的增强或软存储之后恢复它传感器复位。命令“Get_baseline”返回两个空气质量信号的基线值。The

sensor)

以CO2eq和TVOC的顺序分别用2个数据字节（msb优先）和1个CRC字节进行响应。These

two值应该存储在外部内存中。在电源或软重置后，基线校正的基线算法可以通过首先发送一个“Init_air_quality”命令，然后发送一个“Set_baseline”命令来恢复基线值作为参数的顺序为（tvoc，co2eq）。基线通用驱动程序的示例实现算法可以在文档SGP30_driver_integration_guide中找到。每次启动或软重启后都必须发送一个新的“Init_air_quality”命令。3.5一氧化碳模块一氧化碳无色无味，在常温中以气体方式存在，所以在煤气泄漏的时候，人们往往难以察觉。一氧化碳对人体有害，当人们处在CO较高浓度的环境里，一氧化碳会攻击脑、心、肝、肾、肺，从而会出现不同程度的中毒反应。通常情况下，人体在300秒以内能够摄入的CO最低致死浓度为4500ppm。CO是工业领域不可缺少的一碳化学基础，可用碳氧不充分燃烧获取，甲醛等其他有机化合物通常都是用一氧化碳制成的。3.5.1一氧化碳中毒的危害阿姆斯特丹的病理学家迪尔斯研究发现，一氧化碳之所以会影响人体健康，是因为一氧化碳与血液中的物质发生化学反应，降低了血氧含量，从而导致了缺氧反应。学者指出相比起氧气与血小板的相融程度，血小板更能与一氧化碳相容，是氧气的530-610倍。也就是说当血液中已经含满氧时，为了与一氧化碳相结合，也会把血液中的氧排出，形成碳氧血小板。不仅如此，一氧化碳进入血液中之后，它的解离速度比氧进入血液的解离速度要慢很多倍，所以一氧化碳在血液中的存在会更加的稳定。血清无法携氧，它会延迟一氧化碳离开血液的速度。学者指出，血液内一氧化碳的浓度会影响二氧化碳的排出，也就是说，一氧化碳进入人体之后，二氧化碳留在体内的浓度与一氧化碳浓度成正比，一氧化碳越多，二氧化碳就越难排除体外。最后体内的一氧化碳和二氧化碳浓度堆积滞留，产生中毒反应。众所周知煤气泄漏使人出现一氧化碳中毒症状。一氧化碳进入人体后会攻击人体的各个器官和组织，最后造成营养不良性等损伤。吸入一氧化碳后通常会迅速昏迷，并且引发呼吸，肌肉收缩，麻痹等症状，从而加快死亡速度。低浓度的一氧化碳会不会引起中毒，学术界对此有争议。一种观点认为，血液中的一氧化碳不会一直存在，只要脱离了一氧化碳的环境，随着人体新陈代谢的工作，血液中的一氧化碳就会被代谢掉，从而脱离危险。另一种学者认为，虽然人的身体代谢可以代谢掉一部分体内的一氧化碳，但是由于是长时间的处于一氧化碳环境中，代谢速度跟不上摄入速度，体内总会存在一部分的一氧化碳，从而就会引发一氧化碳的慢性中毒。从许多动植物流行病学的实验表示，长期的处于低浓度一氧化碳环境确实还是会对人的身体健康产生一定的影响，主要表现为：造血功能会被一氧化碳影响。D.J.利加威廉斯等人发现，当血液中的一氧化碳达到19%的时候，血管的通透性就会下降，使得呼吸作用时代入体内的氧气气被摄取的含量就会减少，从而使得细胞内的许多氧化反应没有办法进行。神经系统健康也会被一氧化碳影响，特别是有一氧化碳中毒史的人。大脑如果长期缺氧，会产生不可逆转的损伤。根据活体动物实验结果表示，一氧化碳倾入体内后，大脑对一氧化碳的吸收能力最高，也就是说一氧化碳对大脑的损伤最高。除此之外，缺氧还会使细胞无法呼吸，最后坏死，剥夺人的视力，听觉。经过孕妇吸烟情况调研，发现吸烟孕妇的胎儿趋向于身体和智力评分都比较低。3.5.2MQ-7工作原理MQ7采用二氧化锡来检测CO的浓度是否超标，这种物质在空气中导电程度很低。它根据环境中一氧化碳气体的浓度影响了传感器的导电率，浓度越高，导电率也越大，也就是说，不一样的浓度对应着不同的电阻值。它之所以能检验气体浓度是因为电导率发生了改变且这个电路较为简易。MQ-7气体传感器十分灵敏，它的性价比很高，不止可以检测一氧化碳，还可以检测其他含有一氧化碳的多种气体。可以在很多的场合下使用。敏感元件被设置在腔体内，加热器辅助元件实现功能，为了减少其他气体的影响，加入了活性炭。这种传感器反应很快，所以经常在各个场合被使用，它的使用周期长且结果准确，不管在室内还是室外都可以检测，在家庭检测中，通常用于厨房的煤气泄漏检测。MQ-7灵敏度特性曲线如下图所示。MQ-7灵敏度图MQ-7模块工作的原理为一氧化碳的浓度变化使得负载电阻RL大小改变。由上图我们可以得出两者的对应关系，如下表所示。RS/R011.60.60.460.390.280.21ppm501002003004006001000Rs/R0与ppm的计算公式，如下：ppm=98.322f*pow(Rs/R0,-1.458f)传感器的表面电阻Rs，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出而获得的。二者之间的关系为：Rs/RL=(Vc-VRL)/VRLppm：为一氧化碳的浓度VRL：电压输出值Rs：模块在不同环境中的电阻值。R0：器件在洁净空气中的电阻值。3.5.3MQ-7电路设计MQ-7工作之前需要预热的原因是因为内部设有电阻。当有一氧化碳经过检测囊，电极的电阻值将会发生改变，经过负载电阻的分压之后，把输出电压送入比较器反相输入端。比较器的同相输入端为比较参考电压，调制PR1电位器就可以调制比较基准，即传感器灵敏度。平时反相输入端电平比同相端的基准低，LM393输出端为高电平。当有敏感气体时MQ-7的A、B极电阻下降，则在R15压降的输出电压就升高，当反相端比同相端的参考基准电压高时LM393输出变为低电平(<0.7V)。MQ-7信号只出不进。每一边的另外2个脚（除中间脚）连在一起，这样就是2个信号输出端。一边三个全部接Vcc5V，其中中间一个是作为加热电压，其他两个只是作为回路电压；另一边中间接地，旁边两个都是输出，图MQ-7电路图3.6显示模块OLED模块为OLED显示屏+PCB+铁框构成。OLED是未来平面显示器的主流，他能够自己进行发光，体积很小，响应灵敏，耐热耐冷，工艺简单。OLED屏幕之所以会发光，是因为他使用了有机发光体，它是一种高科技的材料，这些材料通电后就发光。如果想要改变它显示的颜色，那就改变有机发光层。OLED模块特点：OLED使用的是自体发光材料，用简单的电路就能发光，且它的画质比led屏幕好，响应灵敏，有多种颜色选择，制作工艺并不复杂，屏幕轻而薄。工作环境条件：不需要过高的电压和能耗就能工作应用场合多：抗震抗摔抗压能力好，且能耐得住高温，低温，所以在军事领域中通常首要考虑使用OLED屏幕。本系统显示模块可以显示时间（年，月，日，分，秒，星期），一氧化碳浓度，甲醛浓度，温度，湿度。图OLED电路图引脚接线GNDSTM32F103_GNDVCCSTM32F103_VCCD0STM32F103_PA5D1STM32F103_PA7RESSTM32F103_PBODESTM32F103_PB1CSSTM32F103_PA43-7通信模块SIM800C是一种GSM/GPRS模块，封装简单，功能可靠，体积小，造价低，能够在多个场合下进行使用。SIM800C工作频率GSM/GPRS850/900/1800/1900MHz，可以完成语音且能耗小、多种信息的传输。模块配置SIM800CBT(需要软件版本支持)FLASHSIM800C(24Mbit)SIM800C32(32Mbit)GSM850、900、1800、190OMHzRAM32Mbit图3-7-1模块配置图3-7-2模块主要特性3.7.1GPRS通信这个2G的数据流量功能，与GSM网络还不一样，这2个东西走的不是一个网络通道。以GSM为肩膀衍生出来的就是GPRS，GPRS在传输数据等方面表现的更加出色：不管是网络资源的获取或是数据的传输，收费的方法，GPRS都有更高的效率。不仅如此，它还能在情况多变的情况下进行数据传输，比如客户可以边打电话边进行数据传输。3.7..2SIM800C电路设计图3-7-1通信模块原理图3.8时钟模块STM32中时钟模块RTC外设，与内部定时器的原理一样，它能保证断开电源之后还能继续计时。相比起其他的定时器，它的功能十分的单一，只能计时。但STM32中只有它是具有断开电源之后还能继续计时。断开电源后，为了RTC外设掉电可以继续运行，重启之后之前的时间数据不会消失，重头计时，必须给STM32接上锂电池。那么我们就得给微处理器接上锂电池。也就是说当电源VDD工作时，时钟电路供电是由电源VDD来完成的。当我们关闭了电源，Rtc中的数据始终不会丢失。但如果电源和备用电源同时损坏的话。那么保存的数据将会丢失。RTC只能向上计数.他使用的时钟源有三种，分别为：1.高速外部时钟的128分频：HSE/128；2.低速内部时钟LSI；3.低速外部时钟LSE；RTC一般都采用LSE，频率为实时时钟模块中常用的32.768KHz，因为32768=2^15，分频容易实现，所以被广泛应用到RTC模块.(在主电源VDD有效的情况下(待机)，RTC还可以配置闹钟事件使STM32退出待机模式)。引脚功能VCC2工作电源GND接地SCLK时钟信号I/O数据输入输出RES复位信号VCC1后备电源3.8.1RTC模块工作过程图3-8-1-1Rtc工作过程更改了VDD后，便可以继续在VBAT车辆上工作。该组件仅包括RTC分配器，计数器和警报控制。如果VDD指示灯亮起，则RTC可能会引起其他混乱，泛洪和警报。从图片中我们可以看到，洪水事件无法调整，因为它们本来可以占据它们。该控制器仅是静态的，可以通过警报部件或WKUP部件（外部事件，EXTI事件而不是RTC）从支架上卸下。当RTC_CNT值与RTC_ALR警报匹配时，将生成警报。

RTC数据库中也提供注册，这就是为什么所有注册都是16位的原因。

32位数字的RTC_CNT数字有两个条目RTC_CNTL和RTC_CNTH，RTC_CNTL在数字数字下面保留16个键，而RTC_CNTH的其他16个数字保留数字。设置RTC时钟时，将输入32768Hz

RTCCLK和32768分开以获得内部实时TR_CLK，rtCCLK

/

37768、1Hz，时间和1秒RTC_CNT，并且计时器在TR_CLK电机下计数。

如果要读取和注册RTC寄存器，则RTC部门直到药丸在三个小时内提供RTCCLK时才开始记录RTC活动。众所周知，频率高于RTCCLK，因此当RTOFF标志为1时，从RTOFF标志检查RTC标志非常重要，记录功能已完成。

STM32库中提到的功能在该库中，并且不需要特定的文档。3.8.2时钟电路设计图时钟模块电路图DS1302采用的是三线接口的双向数据通信接口，RST是片引脚，低电平有效;SCLK是时钟芯片，为通信提供时钟源；I/O为数据输入输出引脚，用于传输及接收数据；DS1302还采用了双电源供电模式，VCC1连接到备用电源，在VCC2主电源失效时保持时间和日期数据.DS1302芯片基本电路如上图，其中Y2为32.768k外部晶振，为芯片提供时钟源；P2为备用电池，以保证在主电源掉电后，芯片仍可继续运行；D1为二极管，保证电压的单向导通，防止主电源电压过高烧坏备用电池；R6为上拉电阻，增强信号传输的稳定性。引脚接线SCLKSTM32F103_SWDCESTM32F103_SWC4软件设计本设计的服务器脚本采用PHP基于SWOOLE高并发服务器框架编写，运行平台为Centos7操作系统，其作为APP和硬件采集电路的中介，负责数据的中转。本设计的数据库使用MySQL设计。MySQL是一款可靠的数据库系统。运行平台仍然为Centos7操作系统，其主要负责存储服务器接收到的传感器数据，方便服务器数据传输的方便和二次开发。本次设计的APP建立在JAVA语言基础上所设计的。4.1服务器CentOS即社区企业操作系统，是Linux发行版之一，它是来自于RHELinux依照开放源代码规定的源代码所编译而成。PHP语言的异步、并行、高性能网络通信框架，使用纯C语言编写，提供了PHP语言的异步多线程服务器，异步TCP/UDP网络客户端，异步MySQL，数据库连接池，AsyncTask，消息队列，毫秒定时器，异步文件读写，异步DNS查询。Swoole可以广泛应用于互联网、移动通信、企业软件、云计算、网络游戏、物联网、车联网、智能家居等领域。使用PHP+Swoole作为网络通信框架，可以使企业IT研发团队的效率大大提升，更加专注于开发创新产品。图4-1服务器代码4.2数据库结构化查询语言简称SQL，它被美国国家标准局(ANSI)确定为关系型数据库语言，后被国际化标准组织(ISO)采纳为关系数据库语言的国际标准。系统想要对数据库执行管理的话，SQL就能实现处理和操作数据，维护数据的完整性和安全性。其优点有：简单易学；绝大多数数据库管理系统均采用SQL语言。4.2.1数据库的基本操作MySQL安装完成后，我们先要保存好数据。首先要创建一个数据库，创建数据库就是在数据库系统中规定一块可以存储数据的空间，语法如下：创建一个叫db1的数据库MySQL命令：运行效果展示：创建数据库后查看该数据库基本信息MySQL命令：运行效果展示：删除数据库MySQL命令：运行效果展示：查询出MySQL中所有的数据库MySQL命令：运行效果展示：将数据库的字符集修改为gbkMySQL命令：运行效果展示：切换数据库MySQL命令：运行效果展示查看当前使用的数据库MySQL命令：运行效果展示：4.3APPAndroidStudio提供了集成的Android开发工具用于开发和调试，基于JAVA语言，简单易学。4.3.1APP开发步骤file-new-newproject新建一个project文件，接下来就按照默认的配置一路同步。这里选用设备-选用手机端。3，选择一个空的项目。4.进入到工程。5系统调试我采用的调试方法和步骤如下：1、第一点是焊接过程中顺序应该注意哪些问题。一开始拿到板子之后，我没有按照功能分别的焊接，而是迫不及待的将各个元件往板子上面焊，结果自然是失败的，那么先焊哪些元件再焊哪些元件，动手之前就应该好好考虑。首先我们应该观察每个元器件的体积，从体积较小的元开始焊，因为如果一开始就将体积较大的元器件焊在上面，之后的板子就不太好放平在桌面上，会给之后小体积元件的焊接增加难度。之后再按功能模块逐一检查。2、如果模块在调试上出了问题且这些模块是按功能划分的，可以按以下步骤进行：1)检查原理图连接是否正确。2)检查原理图与PCB图是否一致。3)查看器件的DATASHEET上的引脚与原理图吻合与否4)用万用表检测有无虚焊，短路现象。5)查询器件的DATASHEET，检测时序，命令字有没有问题6)是不是存在飞线问题。5.1DS18B20模块调式其实写驱动用不了多长的时间，问题是我在测驱动的时候遇到了很多问题，其中一个困扰最久的问题就是，读取到的数据全为1。网上也看到有人问这样的问题，最大的可能是时序不对，所以开始一直改delay_us函数却没注意到其他函数也是占用时间的。我们知道读取的时间过长，IO口是会被上拉电阻拉高的而在我的DS18B20_Rbit函数内中最后我发现这样的操作居然花了我43us，于是我改用配置寄存器的方法去配置GPIO的输入\输出模式，最后就成功读取到了正确的