编号：
M22023-01C-LW
设计摘要：
本设计是基于单片机的空气质量检测系统设计涉及以下主要功能，旨在监测甲烷和一氧化碳的浓度，并在浓度过高时采取相应措施，以确保室内空气质量的安全。该系统使用传感器对甲烷和一氧化碳的浓度进行检测。传感器将收集到的数据传输给单片机进行处理和分析。通过按键设置可调整甲烷和一氧化碳的浓度阈值，以便根据不同环境和需求设定适当的报警条件。一旦检测到甲烷或一氧化碳浓度超过设定的阈值，系统将触发蜂鸣器报警，以提醒用户存在潜在危险。同时，系统还会自动打开窗户，以促进室内空气的循环和通风，并开启排风扇，加速有害气体的排放，保持室内空气清新。为了方便用户实时了解空气质量情况，设计中还包括一个显示屏，该显示屏会实时显示甲烷和一氧化碳的浓度数值。用户可以根据显示结果做出相应的反应和处理。
总之，基于单片机的空气质量检测系统设计旨在通过传感器检测甲烷和一氧化碳的浓度，设置阈值并触发报警、通风等措施，保障室内空气质量的安全。该系统能够提供实时数据和警报，使用户能够及时采取行动，防范潜在的危险，并为用户提供一个舒适和安全的室内环境。
关键词：单片机；空气质量检测；阈值报警
字数：12000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 MQ-7一氧化碳传感器
3.4 MQ-4甲烷传感器
3.5 ULN2003步进电机驱动
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 气体浓度检测实物测试
5.3 设置相关气体阈值实物测试
5.4 自动报警实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2参数浓度检测测试
6.3设置参数阈值测试
6.4超阈值报警测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
近年来，随着工业化进程的加快和环境造成了严重的影响，因此对空气质量进行监测和控制变得尤为重要。基于单片机的空气质量检测系统的设计与开发，能够实时监测空气中的污染物浓度，提供准确的数据和预警，为改善空气质量提供科学依据。
本设计以STC89C52单片机为核心控制器，结合其他模块，构建了一套基于单片机的空气质量检测系统。该系统包含中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用STC89C52单片机，主要负责获取输入部分数据，进行内部处理，并控制输出部分。输入部分由一氧化碳传感器、甲烷传感器、独立按键和供电电路组成，用于检测一氧化碳和甲烷浓度，并进行界面切换和阈值设置。输出部分包括LCD1602显示模块、继电器、步进电机和蜂鸣器，用于显示测量值、控制风扇、控制窗户开关和进行报警。
该设计的目的在于实现对空气质量的实时监测和控制，为用户提供准确的数据和预警信息。通过检测一氧化碳和甲烷浓度，用户可以了解当前空气质量情况，及时采取相应的措施。同时，系统还具备风扇控制和窗户开关功能，可以通过控制风扇和窗户来改善室内空气质量。此外，当传感器检测到气设计的意义在于提高人们对空气质量的关注度，促进环境保护和健康生活的意识。通过实时监测和控制空气质量，可以及时发现和解决空气污染问题，保障人们的健康和生活质量。此外，该设计还具备一定的智能化和自动化特点，提高了空气质量检测和控制的效率和精确度，为环保工作提供了更加科学和可靠的手段。
综上所述，基于单片机的空气质量检测系统的设计与开发具有重要的背景、目的和意义。通过该系统的应用，可以实现对空气质量的实时监测和控制，提供准确的数据和预警信息，促进环境保护和健康生活的意识。相信在不久的将来，这样的空气质量检测系统将会得到更广泛的应用和推广，为改善人们的生活环境作出更大的贡献。
1.2 国内外研究现状
目前，国内外关于基于单片机的空气质量检测系统的研究已经取得了一定的进展。以下将从传感器技术、智能控制和通信技术等方面介绍相关研究现状。
在传感器技术方面，国内外的研究者主要采用化学传感器、光学传感器和电化学传感器等不同类型的传感器来实现对甲烷和一氧化碳浓度的检测。例如，利用化学传感器可以通过甲烷和一氧化碳与传感器材料之间的化学反应来实现浓度的测量。而光学传感器则通过测量光的吸收或发射来实现浓度的监测。电化学传感器则利用电化学反应原理进行测量。这些传感器具有响应迅速、灵敏度高、成本低等优点，逐渐成为空气质量检测的主要手段。
在智能控制方面，研究者通过单片机的编程实现了对窗户和排风扇等设备的自动控制。当甲烷和一氧化碳浓度超过设定阈值时，系统会自动启动相应的设备以改善室内空气质量。同时，为了提高用户体验，一些研究还加入了人机交互界面，用户可以通过触摸屏或手机APP等方式实时监控和控制系统。
在通信技术方面，国内外的研究者也探索了不同的通信方式用于数据传输和远程监控。其中，WiFi和4G通信是最常用的方式。通过WiFi连接，用户可以使用手机等终端设备实现对系统的远程监控和控制，而通过4G通信则可以将实时的空气质量数据发送给用户，实现远程报警和通知功能。
总体而言，国内外研究者在基于单片机的空气质量检测系统方面已取得了丰硕的成果。他们广泛应用各种类型的传感器来实现对甲烷和一氧化碳浓度的检测，利用智能控制和通信技术提供了自动控制和远程监控的功能。这些研究成果为我们设计和开发一款完善的空气质量检测系统提供了重要的参考和借鉴。随着技术的不断进步和需求的增加，相信该领域的研究将会迎来更多的创新和突破。
一氧化碳对人体有害,尤其超标时会影响人们的健康.因此张志昂，张窝羊（2018）设计了一款基于单片机的一氧化氮报警器设计.论文通过传感器检测一氧化碳浓度,经过AD转换,再把检测信号传递给单片机,经过分析处理,再控制外电路进行相应的操作.检测装置采用的是MQ-7,控制核心采用的是STC89C51单片机.模数转换模块才用的是ADC0809.而且系统还可以把一氧化碳浓度及时的显示在LCD1602液晶屏幕上,可以方便用户的阅读.当浓度达到设定浓度的时候,单片机会控制排气扇来把一氧化碳排放出去[1]。
朱菊香、朱雨恒等（2022）以STM32F407单片机为核心处理器,选择氧气,甲烷,二氧化碳,PM2.5以及温湿度传感器构成传感器阵列.该系统可以针对室内有毒有害气体得到连续输出响应,输出信号由单片机采集,由卡尔曼滤波算法处理,进而得到一个连续,稳定,可标定的空气指数并在液晶显示屏上显示;通过NB-IoT无线传输模块发送给手机APP,实现用户远程实时监测居家环境信息,若二氧化碳,甲烷和PM2.5含量超标时,则启动报警装置.经过测试发现,该系统实现了监测与报警一体化的智能控制,具有体积小,功耗低等优点[2]。
甲醛在居室,纺织品等中广泛存在,其致癌作用和刺激味道严重威胁着人类的身体健康.席敏燕（2022）设计了一款可以用于检测甲醛浓度的装置,除了装载了微控制器STC89C52和甲醛检测模组,还装载了系统键盘模块,液晶显示,报警电路等硬件设备,通过软硬件结合组成甲醛检测与报警系统来实现所需功能.该设计的控制核心是微控制器STC89C52,检测甲醛气体浓度的装置是ZE08-CH2O传感器,通过传感器把检测到的甲醛气体浓度传入单片机,并显示到LCD1602上,若甲醛气体浓度超过国家规定的标准值,则单片机控制报警电路发出警报,经试用,该甲醛浓度检测系统满足设计要求,可以实时对周围的空气进行甲醛浓度检测[3]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于单片机的空气质量检测的系统软件。系统软件由STC89C52最小单片机，MQ-7和MQ-4传感器，步进电机、继电器控制风扇模块和被动蜂鸣器警报模块设计，并具有单独的按键控制模块一起形成。主要设计内容如下：
1、通过传感器分别检测甲烷和一氧化碳的浓度
2、可以通过按键设置甲烷和一氧化碳的阈值
3、当气体浓度过大时，蜂鸣器报警，自动打开窗户，并且开启排风扇
4、通过显示屏显示甲烷和一氧化碳的浓度
