编号：
HJJ-32-2021-018-LW
设计摘要：
本论文以STM32F103单片机为核心控制器，设计了一种基于空气质量监测的系统。该系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32F103单片机，负责获取输入数据并控制输出。输入部分包括RTC时间检测模块、MQ-135空气质量检测模块、独立按键和供电电路。输出部分包括LCD1602显示模块、语音播报模块、继电器、蓝牙模块、LED指示灯和蜂鸣器。该系统能够实时监测空气质量，并通过设定的阈值和时间进行控制和报警。通过LCD显示模块，用户可以查看当前时间、空气质量浓度以及设置的阈值和时间。语音播报模块每半分钟播报一次空气质量，提醒用户注意。当设定的开始时间到达时，继电器将打开，实现相应的控制操作。蓝牙模块每秒发送一次时间和空气质量数据，方便用户远程监控。LED指示灯和蜂鸣器在空气质量超过阈值时进行声光报警。通过实验验证，该系统能够准确、稳定地监测空气质量，并及时进行控制和报警。在实际应用中，该系统可以广泛应用于室内空气质量监测、环境保护和健康管理等领域。
关键词：单片机；空气质量检测模块；语音播报模块；蓝牙模块
字数：11000+
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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 温度检测方案的选择
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 OLED显示模块
3.4 DS18B20传感器检测温度模块
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 连接蓝牙实物测试
5.3 设置阈值实物测试
5.4设置继电器开启时间实物测试
5.5 自动模式下实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
众所周知，在日益发展的21世纪，人们对于环境的要求越来越高。不论在国内还是在国外，都需要极佳的环境来提高生活指数。比如在国内，导致环境因素急剧下降的有一下几点：大气污染、水环境污染问题、垃圾处理问题、水土流失等严重问题。但大气污染问题迫在眉睫，由于我国目前还处于粗放型经济模式，多地为了追求经济效益，不顾对环境照成的严重影响，而且对人体也带来严重的病痛影响[1]。在大气污染中，表现最为突出的而且被提上日程的就是PM2.5。研究表明。PM2.5日平均浓度增加，会导致人类出现各种无法想象的严重后果。首先，表现最明显的就是医院呼吸道门诊量增长迅速，导致医疗资源跟不上增长速度，严重的还会引起纠纷。
随着国内经济的迅猛发展，工业化水平的越来越高，小康水平的基本普及，人们也日益追求高质量生活。自然，对于环境的要求也是有着苛刻的要求。现如今，人们使用的监控设备精度越来越高，空气里PM2.5浓度受到了实时关注，在各种严重后果面前，人们都希望有一个干净、舒适的环境供大家生存。所以也都纷纷加入到保护环境的队伍中来，一方面发挥监督作用，从源头控制污染源，另一方面实时监控环境因数，做到合理安排日程。同时也有更多的人加入到植物造林中来，亲自动手参与环境建设，美化环境。创造一个赖以生存的环境[2]。
1.2 国内外研究现状
国内研究现状上世纪70年代，国内的空气质量监测逐步展开起来，空气质量监测项目、监测技术与监测方法主要参考国外的有关资料和方法，同时展开一些适合中国国情的监测技术研究工作。从上世纪80年代开始，国内部分大城市逐步开始装配空气自动监测系统，设备主要依赖进口，价格与维护成本较高[3]。国内90年代以来，人们开始广泛关注由于室内装修与通气性差引起的室内空气污染问题。
国外20世纪70年代，国际社会开始深入研究与探讨空气质量对人类健康的影响、污染物来源以及可行的解决途径，例如美国、法国等国家先后设立专门机构负责室内空气质量监测等工作，另外，许多国家相继发布标准和较完善的法律法规，研究设计具有专用功能的室内空气质量监测仪器。
邵婷婷，任瑞瑞，李平设计了一款基于AT89S52单片机的环境监测系统，介绍了该系统的工作原理和设计方法。该系统以光敏电阻，温度传感器DS18B20和湿度传感器HS1101组成环境参数检测电路，经单片机处理后送LCD显示，实现对环境参数的实时监测，采用4×4矩阵按键设置环境参数范围，超出设定范围可发出警报提醒外界进行干预控制。实验测试表明，设计的样机系统实现了对环境的精确测量和控制，可靠性高且达到了良好的效果，可广泛用于家电，农用大棚等控制领域[4]。
为监测生活环境的污染，徐耀炜，职燕设计了一个基于单片机的简便环境监测系统，该系统操作简单，体积小，重量轻，实用性强。该系统将自动检测技术运用到环境监测中，实现自动运行，自动检测，实时输出。用户可以自主选择检测模式，以获得最新的环境污染数据。系统通过传感器检测环境数据，数据经单片机处理后输出显示数据和报警提示信息，显示屏显示环境数据和报警提示等级，同时以点亮LED来报警,达到提示用户的目的。
目的空气污染源中的可燃性气体(如氢气,乙醇,甲烷,一氧化碳,香烟气等)对人体健康会产生很大危害。雍雅琴，沙洪，邓娟，王磊，郝会玲共同设计一种基于STC12C2052AD单片机的灵敏度高，稳定性好和微型化的空气质量监测仪，用于自动监测空气中这些污染物的变化情况，从而采取有效措施减少可燃性气体对人体的危害[5]。方法该空气质量监测仪主要由传感器，信号调理模块，A/D采样，信号处理模块和液晶显示及报警模块组成。采用高敏感的TGS2600半导体空气传感器，低浓度香烟等污染物经传感器感知,经信号调理进行放大。
针对室内空气质量安全监测的实际需求，张斌， 张晓荣， 周磊共同设计了基于低功耗ZigBee无线通信技术和微控制器芯片CC2530的空气质量监测系统。通过在监控区域部署传感器网络节点，实时采集CO、福尔马林、SO2、苯等监测信息，汇总到中央监控系统，实现统一的数据管理和网络路由监控功能。中央监控计算机存储并显示ZigBee网络发送的数据，从而实现对室内环境参数变化的实时监控[6]。监测结果表明，该系统性能稳定，数据传输可靠性高，使用方便，可通过微改应用于其他地区环境参数的自动监测。
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STM32F103单片机，实现了一种空气质量监测系统。通过集成多个模块，包括RTC时间检测、空气质量检测、独立按键、LCD显示、语音播报、继电器控制、蓝牙通信、LED指示和蜂鸣器报警等，该系统能够实时监测、处理和控制空气质量。
该系统具有以下特点：稳定性高、响应迅速、操作简便。用户可以通过LCD显示模块查看当前时间和空气质量，通过独立按键设置阈值和时间等参数。系统还提供语音播报、LED指示和蜂鸣器报警功能，及时提醒用户注意空气质量状况。蓝牙通信模块使得用户可以通过手机等设备远程监控系统。
该系统的应用范围广泛，适用于家庭、办公室、学校等各种场所的空气质量监测和管理。通过该系统，用户可以实时了解室内空气质量，并采取相应的措施，保障自身的健康和舒适。
