【基于单片机的室内空气质量监控系统设计8800字（论文）】

2 2 21.3研究的目的和意义 32.系统总体设计方案 42.1系统设计思路 42.2系统总体构成 53.系统硬件设计 53.1单片机系统控制模块 5 3.3温湿度检测模块 3.4烟雾监测模块 3.5声光报警模块 3.6通信模块 4.系统软件设计 4.1软件主流程图设计 4.2子程序流程图设计 5.系统调试与试验结果 5.1软件调试 5.2硬件调试 5.2.1硬件调试过程中发现的问题和解决办法 5.2.2硬件调试分析 准有所增高，材料的发展也逐渐加快，这也就逐渐增加了成本。1这种装饰似乎后。[2]1.2国内外发展状况有害物质的成分含量设定了标准后发布了相关的法律法规要求装修单位严格按对于不得已出现的有害物质吸收要进行治理。[10现在大多1.3研究的目的和意义室内的空气质量会对大家的健康有所影响，生活在一个良好的空间环境有助于身体健康。新建房屋空置有机物对居民危害严重，会令人在日常生活室内这就导致许多人一天的大部分时间无法处于室外的开阔空间，分人群来看，多数老人每天除了固定的散步时间，一天中大部分的时间都在室内；学的工作需要长时间在室内进行，实际上长期处于此种工作环境中，会导致人们容易感受到疲劳，从而降低工作效率。在正常情况下大家感受到不舒服时很难想象空气质量差才是根本原因。就此来看，长期在室内中的人们需要一个便携式空气质量监测仪，这样可以令人迅速意识到我们的不舒服是因为空本次设计在查阅了资料后在ST89C51和STM32两种单片机进行选择，款具有许多功能的32位单片机可以满足大部分的功能需求，其与ST89C51相比具有更高的处理速度、RAM和ROM的空间更大且具备更多的内置外设，在程序编写方面也较ST89C51简单许多，同时STM32为用户编写了大量的库，为程能更为完善的STM32作为本次室内空气质量监控系统设计的单片机。室内空气质量监控系统设计通过DHT11传感器可以对于室内的温度、湿可燃气体传感器在本次设计中作为监测室内烟雾浓度的元器件。在单片机接收到MQ-2发送的烟雾数据后进行判断，当监测到的烟雾浓度时蜂鸣器会发出警报的声音，LED灯由绿色转变为红色；室内温度大于30℃室内空气质量在一定程度上取决于人们的生活习惯，同时也与居住环境(1)安全监测模块：选取DHT11作为温湿度传感器，可以准确有效的监测查看温度、湿度及烟雾浓度，OLED屏幕会显示数值，同时在手机APP中可以(2)报警模块：利用蜂鸣器和LED灯做成声光报警系统，可以让人们不在家时也通过手机APP迅速知道家中的状况，室内监控系统会发通过蜂鸣器发出(3)保护模块：当监测到的烟雾浓度值大于15ppm时蜂鸣器会发出警报的声音，LED灯由绿色转变为红色，室内温度大于30℃时，LED灯由绿色转变为蓝色，换气扇工作，当浓度降低到15ppm以下，温度低于30℃后换气扇(4)通信模块：DHT11温湿度传感器与MQ-2烟雾传感器测得的数据分别通过与单片机STM32的引脚相连接，将数据传输至单片机STM32,再通过2.2系统总体构成本设计采用DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器和STM32单片机组成音和灯光报警的组合，系统的总体框图如图2-1所示。本设计通过利用导线将STM32的引脚与蜂鸣器、传感器、E3.1单片机系统控制模块它存在的作用是无法被取代的。本设计采用的单片机系统如图3-1所示，并给出保NRST 03同单片机STM32一系列的产品相同，其中包含了两个12位的模数转换器，16个，所以可以达到在1μs电压由0V转换至3.6V,温度传感器的电压会在2V-3.6V之间随着温度的变化而发生转换。温度传感器经过导线连接到单片机STM32的引脚，可以将所测得的数据传输到单片机中并将其转换为数字数值反应到OLED屏中。以将其称之为单片机的最小系统。STM32系列单片机的最小系统由以下5个部_TX2.晶振电路，如图3-3所示，晶振电路中含有两个电容与一个8MHz的高速晶振，晶振电路在设计中最常被用的功能是为系统供应运行需要具备的时钟信号。3.复位电路：如图3-4所示，NRST被用作芯片的复位引脚信号，当需要芯片复位重启的时候，复位引脚要与GND相接。电容作为常用的储能元件在本设计也是同样的作用，电容充电后，复位引脚能够变为低电平，致使上电后开发板瞬时出现复位现象，并且在复位后重启。而完成充电后，复位引脚信号会从低电平转变为高电平，从而停止复位重启。4.下载电路：STM32的开发板具多种下载模式，如图3-5所示，本次设计中用到的为USB下载方式。为了使开发板得到稳定的电源，USB接口在本次设如图3-6所示，在单片机STM32中，作为核心板的BOOT启动，其能够依据BOOT引脚的不同，从而选择不同的启动模式，3种启动模式的引脚要求如表3-1所示。图3-6STM32F103C8T6核心板BOOT启动表1STM32F103C8T6核心板BOOT启动方式启动方式↵从主闪存存储器启动从系统存储器启动↵图3-7电机驱动如图3-7所示单片机STM32与电机驱动连接，为该设计提供电压，在本设计中起重要作用。3.2显示模块本次设计采用OLED作为显示器屏可以直观的看到温湿度与烟雾浓度数值，OLED具有轻薄、节省电量等优点，因此在市场中被广泛应用。它能够显示数字、字母、文字，可以实现此次设计的要求。如图3-8所示，OLED屏与STM32的3.3温湿度检测模块DHT11温湿度传感器芯片内部湿度和温度的数据直接传送至单片机，可以避免在实物焊接时因为导线过多而引起焊接错误，同时可以节省单片机STM32的端□,因此经常在实物制作中被选用。因其选用采用校验和方式对系统进行校验，DHT11数字湿温度传感器的线路连接方式为第三脚接正端的电源，第二脚连接。选择一个4.7K的上拉电阻连接在数据端和电源正之间可以提高DHT11数在实物应用的过程中可以知道STM32单片机需要I/O端口提供高电平，以很多电路情况下都有必要为PO□增加上拉电阻，这样才可以使STM32在端口获3.4烟雾监测模块测烟雾浓度的一大原因。除此之外，MQ-23根据图3-10可以看出MQ-2与STM32的I/O□PA6相连，向其传送烟雾浓本设计使用一个LED灯和一个蜂鸣器结合作用形成声光报警模块。蜂鸣器烟雾浓度值高于15ppm时，单片机会发出信号，在接收到信号后蜂鸣器鸣叫报警，同时LED灯由绿色转换为红色、换气扇转动以改善室内通风达到调节室内3.6通信模块LED灯由红色转换为绿色。声音报警电路如图3-11所示与单片机STM32的I/O灯光报警电路如图3-12所示，采用红绿蓝三种颜色的二极管，其与单片机30℃,可以令人更直观的判断出当前监控系统处于什么状态。声光报警的结合可LED3LED3LED3LED3在本次设计中应用ESP8266的STA模式对系统进行信息传递，只要将单片机的USB□连接至手提电脑，手机连接到与手提电脑相同的路由器网络时可以传达信号外，还具有调节灯光，调节LED灯颜色，改变电机速度图3-13可以看出ESP8266与单片机STM32的I/0□PB11、PB10相连，以接收GPIO0GPIO24.1软件主流程图设计启动该设计后，单片机显示相应的状态信息，然后进入工作状态。如图4-1所示，在温度低于30℃且烟雾浓度未超过15ppm时，室内处于安全状态，LED当室内的烟雾浓度值高于15ppm时，单片机就会器发出报警鸣叫的信号，换气扇开始工作，LED灯由绿色转换为红色，当烟雾浓度减低至15ppm以下后，换气扇恢复到静止状态，蜂鸣器停止鸣叫，LED灯烟雾浓度是否如图4-2所示，通电后温湿度传感器DHT11开始运行，其实时检测到的温度值、湿度值数据传送至STM32单片机再反映到OLED屏，通过ESP8266将温LED灯由绿色转换为蓝色，风扇会自动转动降温，直至循环工作至监测到温度降低至30℃以下时风扇停止转动，LED由蓝色转换为绿色。开始DHT11初始化感应温湿度温湿度传送至单片机判断温度是否超过30℃N风扇静止LED灯变红风扇转动LED灯变蓝如图4-3所示，OLED屏在接通电源后开始工作，接受单片机所传输的数据，将DHT11、MQ-2传送给单片机的数据反映到OLED屏当中，完成一次循环后持续更新数据。开始接收单片机数据显示数据如图4-4所示，通电后烟雾传感器MQ-2正式运行，将烟雾浓度值传送至单片机，如果烟雾浓度值超过15ppm蜂鸣器报警、换气扇工作，LED灯由绿色转换为红色，当室内的烟雾浓度值恢复到15ppm以下后，蜂鸣器不再持续鸣叫，与此同时换气扇停止转动，LED灯由红色转换为绿色。开始MQ-2初始化感应烟雾浓度烟雾浓度传送至单片机烟雾浓度是否超过15蜂鸣器报警，换气扇工作，蜂鸣器安静，换气扇静止，LED灯变红图4-4烟雾监测模块4.通信模块开始初始化ESP8266接收单片机传送数据将数据传送至手机APP5.1软件调试5.2硬件调试解决方式：起初想选择监测室内二氧化碳浓度，但是二氧化碳无法肉眼看到直观现象且价格较烟雾传感器高出过多，最终采用价格较低的MQ-2烟雾传感器代替二氧化碳传感器。因为是第一次自己动手设计完成实物的制作，在初始准备的过程中有些手足无措，不确定应该选择哪种类型的元器件，担心焊接是否发生虚焊，程序编写是否有错误。通过查询资料及询问老师和同学后找到了明确的方向，设定了功能和具体元器件后进度加快了许多。最终在不断的调试后，系统可以实现预设的所有5.2.2硬件调试分析1.在实物制作前要先制作好电路的原理图，在焊接的过程中对照原理图进行焊接，可以避免在焊接中发生错误影响系统的正常运行。在焊接的过程中要细心，避免发生虚焊现象。焊接导线的过程中要注意是否连接正确，避免导线过多导致焊接错误，在焊接完成后可以用胶将部分导线固定在面包板上。在完成整个电路的焊接后，要进行安全检查，确保实物安全无误后再通电调试。实物制作过程中所需要的系统电路原理图如图5-1所示。0NRST0NRST电机驱动 PAR 可燃气体传感器监测室内的烟雾浓度值，监测的数值会反映到OLED与烟雾浓度发送到手机APP中。在系统正常运行后LED灯颜色为绿色，当空气中的烟雾浓度值超过室内温度大于30℃时，LED灯由绿色转换为蓝色，换气扇工作，在烟雾浓度在正常状态下LED灯为绿色，通过将电脑与手机连接到同一个WiFi网络，配对成功后，通过ESP8266传送数据，如图5-3所示，可以在手机APP中看到室内LED灯由绿色转换为蓝色，当监测的室内温度低于30℃时，换气扇由转动状态通电后烟雾传感器MQ-2开始工作，实时数据传输至单片机STM32中，当室内的烟雾浓度值高于最终设置的最高值15ppm时，如图5-5所示，为了降低室内的烟雾浓度换气扇开始转动，蜂鸣器鸣当室内的烟雾浓度降低至15ppm以下后，换气扇终止转动，与此同时蜂鸣始的时候遇到一些问题，如对STM32单片机未进行系统的、深入的学习，最终从选题到定稿是一个很漫长的过程，但是在这个过程中也学习到了许多关于STM32单片机和DHT11传感器、MQ-2传感器的相关知识。这次的毕业设计令我关于单片机的学习愈加深化，同时也提高了我在遇事时的独立解决问题能力与实践动手能力，是一段难忘的经历。[1]张友德，涂时亮，赵志英.单片微型机[M].上海：复旦大学出版社，2010,3-5.[3]空气质量监控搭配智能空调控制助力打造安全防疫环境[J].现代制造，2020(10):21.[4]刘洋.基于单片机的室内空气质量监控系统[J].时代农机，2017,44(07):77+80.[5]徐文政.智能家居室内空气质量检测评价与监控系统设计[D].北京工业大学，2017.[6]苏俊飞，常若葵，于永杰，谭金花.家庭室内空气质量监控系统的设计[J].农技服[9]陈双叶，徐文政，丁双春，毋立芳.智能家居室内空气质量检测、评价与监控系统设计[J]