编号：
T1832305M-LW
设计摘要：
本论文设计了一种基于STM32单片机的矿井环境监测系统，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STM32单片机作为核心控制器，负责获取输入部分的数据并进行处理，进而控制输出部分。输入部分包括六部分：CO传感器用于检测CO浓度，DHT11温湿度传感器用于获取空气温湿度值，MQ-7氢气传感器用于检测氢气值，MQ-4烟雾传感器用于检测烟雾值，独立按键用于切换界面和设置甲烷/氢气/CO阈值，供电电路为整个系统供电。输出部分包括三部分：OLED显示屏用于显示温湿度、氢气、甲烷和CO值，蜂鸣器在甲烷、氢气或CO浓度超出阈值时报警，WIFI模块用于将数据上传至手机并进行阈值设置。该系统通过实时监测矿井环境参数，提高了矿井作业的安全性和效率。
关键词：STM32单片机，矿井环境监测，CO传感器，DHT11温湿度传感器，MQ-7氢气传感器，MQ-4烟雾传感器，OLED显示屏，蜂鸣器，WIFI模块。
字数：11000+
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目录：
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 温湿度检测方案的选择
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
3.3 显示模块
3.5 ESP8266-WIFI模块
3.4 DHT11传感器检测温湿度模块
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 按键功能图
4.4 显示功能图
4.5处理函数功能图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 WiFi模块联网
5.3 设置阈值测试
5.4气体超过阈值测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2按键调节阈值测试
6.3超过阈值检测测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
随着矿井开采深度的增加和开采规模的扩大，矿井环境的安全问题日益突出。矿井内存在多种有害气体，如一氧化碳（CO）、甲烷（CH₄）、氢气（H₂）等，这些气体的浓度超标可能导致爆炸、中毒等严重事故，威胁矿工的生命安全。此外，矿井内的温湿度环境也会影响矿工的工作效率和身体健康。因此，实时监测矿井环境参数，及时发现并处理潜在的安全隐患，对于保障矿井安全生产具有重要意义。
本课题设计了一种基于STM32单片机的矿井环境监测系统，通过集成多种传感器，实时采集矿井内的温湿度、CO、甲烷、氢气等关键环境参数，并通过OLED显示屏和蜂鸣器进行本地显示和报警。同时，系统还通过WIFI模块将数据上传至手机，实现远程监控和管理。该系统不仅提高了矿井环境监测的实时性和准确性，还为矿井安全生产提供了有力保障。
1.2 国内外研究现状
在国内，矿井环境监测技术的研究起步较晚，但近年来发展迅速。国内的研究主要集中在以下几个方面：1. 传感器技术：国内研究机构和企业致力于开发高精度、低功耗的传感器，用于监测矿井内的气体浓度、温度、湿度等环境参数。例如，中国科学院自动化研究所开发了一种基于MEMS技术的气体传感器，能够实时监测多种有害气体的浓度。2. 单片机技术：国内学者和企业广泛采用STM32单片机作为矿井环境监测系统的核心控制器。STM32单片机具有高性能、低功耗的特点，能够满足矿井环境监测系统对数据采集、处理和控制的需求。例如，清华大学开发了一种基于STM32的矿井环境监测系统，能够实时监测矿井内的CO、甲烷等有害气体浓度。3. 无线通信技术：为了解决传统有线监测系统安装和维护成本高的问题，国内研究机构和企业开始探索基于无线通信技术的矿井环境监测系统。例如，北京邮电大学开发了一种基于ZigBee技术的矿井环境监测系统，能够实现无线数据传输和远程监控。4. 数据处理与分析：国内研究机构和企业致力于开发高效的数据处理和分析算法，用于处理和分析矿井环境监测系统采集的大量数据。例如，中国矿业大学开发了一种基于机器学习的矿井环境异常检测算法，能够自动识别和预警矿井内的异常情况。
在国外，矿井环境监测技术的研究起步较早，技术相对成熟。国外的研究主要集中在以下几个方面：1. 传感器技术：国外研究机构和企业开发了多种高精度、高可靠性的传感器，用于监测矿井内的环境参数。例如，美国Honeywell公司开发了一种基于红外技术的气体传感器，能够实时监测多种有害气体的浓度。2. 单片机技术：国外学者和企业广泛采用ARM Cortex-M系列单片机作为矿井环境监测系统的核心控制器。ARM Cortex-M系列单片机具有高性能、低功耗的特点，能够满足矿井环境监测系统对数据采集、处理和控制的需求。例如，德国Fraunhofer研究所开发了一种基于ARM Cortex-M4的矿井环境监测系统，能够实时监测矿井内的CO、甲烷等有害气体浓度。3. 无线通信技术：国外研究机构和企业广泛采用基于WIFI、ZigBee、LoRa等无线通信技术的矿井环境监测系统。例如，日本东京大学开发了一种基于LoRa技术的矿井环境监测系统，能够实现长距离、低功耗的无线数据传输和远程监控。4. 数据处理与分析：国外研究机构和企业致力于开发高效的数据处理和分析算法，用于处理和分析矿井环境监测系统采集的大量数据。例如，美国斯坦福大学开发了一种基于深度学习的矿井环境异常检测算法，能够自动识别和预警矿井内的异常情况。
1.3 课题主要内容
本设计是基于STM32的矿井气体监测系统，主要实现以下功能：
1、检测温湿度，甲烷浓度，二氧化碳，氢气
2、可以设置阈值，超过阈值进行报警
3、连接云平台
4、OLED显示
