编号：
M22023-02C-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。此外，为了进一步确保用户的安全，当甲烷或一氧化碳浓度达到危险水平时，系统还会通过4G网络发送短信给用户，及时提醒用户做出必要的应对和疏散措施。
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、通风和短信提醒等措施，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
2.5 通讯方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 MQ-7一氧化碳传感器
3.3 MQ-4甲烷传感器
3.4 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
当前社会对室内空气质量的日益关注，以及人们对个人和家庭安全的追求。随着城市化进程的加快、工业化水平的提高，室内空气质量受到越来越多的污染源的影响，甲烷和一氧化碳是常见的有害气体，这些污染物不仅对人体健康产生直接的危害，还可能导致突发事故的发生。因此，设计基于单片机的空气质量检测系统旨在提供一个可靠的手段，用于监测室内甲烷和一氧化碳的浓度，并在超过安全阈值时采取相应措施，以保障人们的安全和健康至关重要。
该设计基于单片机的空气质量检测系统能够实现快速、准确地检测甲烷和一氧化碳的浓度，并通过蜂鸣器、窗户开启、排风扇等措施及时提醒和处理高浓度的危险情况。此外，通过4G网络发送短信给用户，可以使用户更加及时地了解情况并采取相应的措施。这有利于保护人们的生命安全，提升室内空气质量，创造更加健康和安全的生活环境。通过使用该系统，用户可以实时监测甲烷和一氧化碳的浓度，及时了解自己所处环境的空气质量状态。当浓度超过设定阈值时，系统会通过报警器、窗户开启和排风扇等方式发出警报，并及时通知用户采取相应的行动。这将有效预防火灾、中毒等危险事故的发生，保护人们的生命安全。此外，基于单片机的空气质量检测系统技术简单，成本低廉，适用于各种室内环境，如家庭、办公室、学校等。因此，它可以为更多的人们提供一个实用而可行的解决方案，帮助他们保护自己和家人的健康与安全。
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，并具有多个控制的按键/4G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
5、当气体浓度过高时，通过4G发送短信给用户
