编号：
HJJ-32-2021-020-LW
设计摘要：
论文设计了一个基于STM32F103单片机的室内环境检测系统。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单片机作为核心控制器，用于获取输入部分的数据，并进行内部处理和控制输出部分。输入部分包括DHT11温湿度检测模块、SGP30检测模块、MQ-2烟雾检测模块、MQ-4甲烷检测模块、一氧化碳检测模块、独立按键和供电电路。输出部分包括LCD1602显示模块、蜂鸣器和LED指示灯。通过该系统，可以实时监测室内的温度、湿度、二氧化碳、甲醛、烟雾、甲烷和一氧化碳等参数，并通过LCD1602显示模块将数据直观地展示出来。当测量值超过设定的阈值时，蜂鸣器会发出报警声，LED指示灯也会闪烁，提醒用户注意。该系统具有实时性、准确性和可靠性，可以有效提高室内环境的安全性和舒适度。
关键词：单片机；温湿度检测模块；烟雾检测模块；甲烷检测模块
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 MQ-2型烟雾传感器
3.5 DHT11温湿度传感器
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 监测函数流程设计
4.5 显示函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 刺激性气体检测实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
近年来,随着环境污染和能源危机的日益严峻,人类在生活和工作中对于环境污染日益重视,做好环境保护工作已成为人们在生活和生产中的一项必不可少的工作环节。与此同时加强室内环境监测的必要性与重要性认识也得到了人们的高度重视,这主要是由于其在分析室内环境污染来源、人体危害方面发挥着不可替代的作用。
据统计和总结得出,人的一生之中大约有四分之三的时间都是在室内进行的。尤其是在近年来的社会发展中,相当多的人在工作、生活、学习和生产中都是在室内进行。这就需要一个高质、温馨、舒畅的室内环境与之配合,使得人们在工作和生活的同时具备一个快乐、舒心的心理环境。
根据近年来的总结,我国每年大约有32亿美元的经济损失来源于室内空气污染,而根据国际报道,全世界大约三分之一的建筑物都存在着有害于健康的室内空气。这些空气的存在不仅造成了严重的人们身体影响,也成为引发各种其他病症和死亡原因增加的主要因素。因此就目前的社会发展而言,在工作中做好相关的室内环境监测工作就显得格外重要,也是目前人类生活和工作中对室内环境进行良好改进的系统化工作模式。
我国是一个发展中国家,在社会发展中人均国民生产总值较低。这就使得世界各界在生产和工作中存在着较多的隐患。尤其是在当前,农村在生活中燃烧所出现的有害气体造成的室内环境污染截至目前都未曾得到良好的解决,而在城市由于受到三废污染的影响也造成了严重的污染现象。特别是在近年来,由于社会发展中人们对室内装饰要求的提高,各种化工材料、化学产品的应用日益增加,使得室内环境污染变得越来越严峻,严重影响了人体健康与人们生活。特别是在改革开放以来,我国新产品、新工艺的出现给室内环境带来了威胁,也是的室内环境问题收到了人们的高度重视。人的医生离不开空气,因此来说,一个良好的室内空气环境对人身体的影响是显而易见的。这就要求在目前的社会发展中我们必须加强室内环境监测与治理,从而确保人们生活和居住健康,这对于提高国民经济的发展和人民整体素质也是相当重要的。因此，我们研究室内环境监测系统具有重要意义。
1.2 国内外研究现状
随着近年来国民经济的发展和人们生活水平的提高,对于各种装饰材料的要求也越来越多,这就造成了室内各种污染源的上升与增多,从而造成了室内污染物质的剧增。而随着近年来科学技术的发展,环境监测已经不再局限于传统的那种污染源和污染物传递的监测,而是通过采用各种新技术、新手段和新方法进行深入综合的阐述与探讨,并对其中存在的各种污染源进行分析和总结,从而探讨室内污染与人体健康之间存在的相关关系。目前,我国对室内各类污染源产生的污染物监测才刚刚起步,只有在全国范围内开展室内环境监测,宣传和贯彻国家关于室内环境的标准,才能不断提高人们的室内环境意识,提高我国建筑、建材和室内装饰业的水平,规范和发展我国建筑装饰材料市场,了解和掌握室内污染物的来源、对人类危害程度和大小、室内污染逸出有害物质的时间、条件、污染物的数量、存在的特征与状态,污染物的时空分布和动态变化等情况,为保护和改善室内环境质量,发展科学技术和保障人民健康提供可靠的科学依据,特别是随着我国加入WTO ,我们只有与国际接轨才能提高我国室内环境市场的竞争力。
为满足人们对室内居住环境的更高要求,2020年谢超,王正设计了一套基于STC89C52单片机的室内空气质量监测系统.传感器硬件方面采用了GP2Y1010AU0F粉尘传感器和DHT11温湿度传感器,以完成对各项空气指标的监测,并结合液晶显示,按键输入,声光报警等模块进行辅助;软件设计主要包括对各模块的初始化及逻辑实现.测试结果证明,该空气质量监测系统可以对PM2.5以及温湿度实行有效的监测和报警[1],并具有体积小,能耗低,使用便捷等优点.
随着人们对居住条件要求的逐渐提高,每个家庭的室内环境空气质量也就成为了重中之重.为了能够实时的检测和提醒家中的空气质量,2021年宋昌伟以STM32F103芯片为核心,采用MQ2烟雾浓度检测模块,GP2Y1014AU粉尘检测模块,DHT11温湿度检测模块对室内的空气质量进行监测.利用OLED12864显示屏模块实时查看,显示监测数据.通过LD3320语音识别模块和MY1680语音播报模块与监测系统进行语音交互,实时播报空气质量.当环境空气浓度超过设定的阈值时,系统便触发异常报警[2].本系统具有检测数据准确可靠,信息交互简单直观等优点,适合在普通家庭中推广应用,可为居民提供更好的生活及居住环境.
2017年威利特，米勒研究了空气质量监测和管理系统，适用于安装在现有恒温器和先前安装恒温器的墙壁之间，或直接安装在HVAC系统上。空气质量监测和管理系统包含各种电线，用于连接恒温器和HVAC系统，从而有效地拦截恒温器和HVAC系统之间的信号。空气质量监测和管理系统包括空气质量测量传感器，安装在墙壁和恒温器之间的外壳，以及通过使用上述电线向HVAC系统提供电信号的控制器，以补充HVAC风扇与恒温器一起的控制，以帮助增加受影响区域的气流。空气质量监测和管理系统可以包括安装在HVAC空气处理单元上的空气质量管理控制器，并无线连接到传感器[9]。
2021年AYP Wardoyo，CK Pratama，HA Dharmawan，M Nurhuda，ETP Adi提出了一种基于DSM501A型Samyoung传感器和HC-05蓝牙数据通信模块的PM2 5监测系统设计。该传感器集成在Arduino Nano中。测量数据不仅显示在LCD上，而且还使用蓝牙模块发送到计算机进行存储。数据以 Excel 数据格式存储，并使用 PLX-DAQ 加载项进行查看。该系统使用标准PM25测量设备（Kanomax粉尘监测仪3443型）进行校准。校准程序是通过测量源的PM2 5浓度进行的。系统的性能体现在最佳通信距离、浓度范围和系统灵敏度上。结果表明，该系统运行良好。系统和计算机之间的最佳距离在16米的范围内。该系统的灵敏度为600 μg/m3/min，在室温和湿度下浓度测量范围高达1400 μg/m3[10]。
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
本设计是基于STM32F103单片机的室内环境检测系统。通过采集多个传感器模块的数据，实时监测室内的温度、湿度、二氧化碳、甲醛、烟雾、甲烷和一氧化碳等参数，并通过LCD显示模块将数据直观地展示出来。当测量值超过设定的阈值时，蜂鸣器会发出报警声，LED指示灯也会闪烁，提醒用户注意。该设计的特点和优势包括使用STM32F103单片机作为核心控制器，具备强大的处理能力和丰富的外设接口，实现数据的采集、处理和控制功能。多个传感器模块的应用，全面监测室内环境的各种参数，提供准确的数据参考。LCD显示模块直观地展示检测结果，用户可以直接了解室内环境的状况。报警功能通过蜂鸣器和LED指示灯，及时提醒用户注意异常情况。系统具有实时性、准确性和可靠性，提高室内环境的安全性和舒适度。该设计可广泛应用于各种场所，为用户提供实时的室内环境监测和报警功能，有助于改善室内环境质量，提升生活和工作的舒适度。
