多功能室內空氣檢測儀報警系統(tǒng)設計

多功能室內空氣檢測儀報警系統(tǒng)設計第1章緒論1.1研究目的和意義從2013年開始，全國范圍內大規(guī)模爆發(fā)的霧霾天氣，讓人們對空氣質量問題給予了高度的關注。另外，甲醛等由家居材料產生的氣體也會對廣大民眾的身體健康形成危害，在這種情況下，人們對室內空氣質量實時掌握的需求變得愈加迫切。此外，由于人們在室內活動的時間也相對較長，因此此類空氣質量問題對居民健康產生的影響較為突出。當今社會生活水平不斷地改善，科學技術也在不斷地發(fā)展，工業(yè)化急速發(fā)展，所以也增加了有害氣體的排放，環(huán)境自然也遭受到了破壞。人類長期生活在一個較差的環(huán)境下會引發(fā)很多身體疾病，而且人們在室內活動時間久了，會有頭暈、呼吸困難、皮膚干燥等癥狀出現，因此一個人的身體是否健康取決于所處室內環(huán)境優(yōu)劣。室內空氣污染一方面來自室內裝修過程中的裝修材料，其含有煙霧等大量有害氣體，有害氣體濃度過大會引發(fā)哮喘以及白血病等；另外一方面是人們長期處于密閉的室內，借助空調達到冬暖夏涼，空氣不流通后PM2.5值嚴重超標，使得身體受損嚴重影響生活。同時，室內火災問題也是一個很大的隱患，在室內溫度過高的情況下容易發(fā)生火災，會給人帶來很大的傷害，如果在室內發(fā)生火災，那么就會開發(fā)出高溫火警報警系統(tǒng)，以減少因高溫而引發(fā)火災的案例需求。高溫火警報警系統(tǒng)會自動發(fā)出火警，一旦空氣質量傳感器和溫度超過人們設定的室內最高值時，就會引起用戶的警告，這是一種對高溫火警報警系統(tǒng)的一種自動報警方式。人們早早地采取措施降低室內溫度，就會減少火災，大家的日子也就有了著落。因此，對室內環(huán)境進行監(jiān)測和調節(jié)是非常有必要的。就目前而言，我國在室內空氣檢測方面，與以往的精度低、滯后嚴重的現象相比，技術相對于以往成熟了很多，現在采用單片機進行監(jiān)控能夠很好的彌補以前的缺點?？梢园l(fā)現這幾年以來單片機發(fā)展迅速，不僅解決了空氣質量傳感器濃度等環(huán)境參數的采集耗時長的問題，而且在數據處理方面這一塊精度差的問題也得到了不錯的解決，適用性強且實用性大，具有簡易、靈敏等特點。將單片機技術和傳感器先進技術組合是監(jiān)測環(huán)境一系列參數的發(fā)展方向，兩者結合可實現最簡單的測量系統(tǒng)，而且結構較為簡單、抗干擾能力也強。本系統(tǒng)主要由單片機、可燃氣體傳感器、一氧化碳傳感器、PM2.5傳感器、聲光報警模塊以及OLED顯示以及WiFi等幾部分組成。利用多個傳感器進行檢測，來獲取并且在OLED上或者是通過WiFi傳到手機上顯示相應的環(huán)境參數。同時，當檢測室內的環(huán)境值異常時，將通過蜂鳴器報警，并啟動風扇，以此營造個舒適環(huán)境。本設計的室內空氣檢測系統(tǒng)具有性能高、構造簡單、使用方便等優(yōu)點，實現了室內空氣檢測以及參數異常報警功能，具有很廣泛的市場前景。1.2國內外的發(fā)展概況韓國的朱兆賢博士曾在其論文《ISSAQ:AnIntegratedSensingSystemsforReal-TimeIndoorAirQualityMonitoring》中提到：近年來，室內空氣質量比室外空氣質量得到了更多的關注和研究，因為平均而言，室內空氣質量水平比室外高出2到5倍，而美國的人有65%到90%的時間在室內。事實上，我們每天都在不同的封閉環(huán)境中吃飯、睡覺、旅行、工作、購物或消磨時間，如客廳、臥室、廚房、辦公樓、公共汽車、地鐵、隧道、地下鐵路站或購物中心等。此外，人們還可以在化工、機械、電子裝配、煉油廠或地下采礦等領域工作。因此，對于大多數人來說，由于暴露于室內空氣污染而造成的健康風險可能大于室外，但他們甚至沒有意識到這一事實及其后果在國內，因為經濟發(fā)展緩慢，所以室內空氣檢測與調節(jié)發(fā)展也比較慢。雖然起步相對來說比國外晚一些，但是國內的發(fā)展歷程也大約有十年時間左右，中國的市場大約是在上世紀九十年代后期才有了監(jiān)測環(huán)境方面的相關想法和研究。我國早期的室內空氣檢測與調節(jié)器材比較老化，儀器體積過大，不僅費時間而且花費較大的勞力。隨著經濟的發(fā)展，我國對科研創(chuàng)新也比較重視，人們在環(huán)境方面也開始增加了關注度，所以在室內空氣檢測與調節(jié)方面出現了很多成果，這些研究成果也出現在我們的家庭生活中，得到了應用。近幾年來隨著傳感器與電子信息技術發(fā)展迅速，室內環(huán)境系統(tǒng)的可控制性和實時性也得到了極大的提升。隨著時代的變化和人們的重視，我國研究水平會越來越高，技術會更加成熟，將會有更多的新型產品出現在國內市場，提高我國人民生活。國內較為出名的室內空氣檢測與調節(jié)案例有：江蘇省的房地產開發(fā)商引用了美國的無線多點空氣檢測與調節(jié)技術，將智能化的室內空氣檢測與調節(jié)系統(tǒng)應用到了智能家居中，使得室內環(huán)境的清潔度和舒適度得到提高。在國外，因為社會發(fā)展比較快，所以環(huán)境檢測技術較成熟，有較成功的科研成果，也因此相關儀器在研發(fā)上得到重視，儀器在使用上也得到一致的認可。國外對空氣檢測與調節(jié)的理念比國內要早得多，所以國外檢測行業(yè)這一方面的發(fā)展比國內成熟。國外的環(huán)境檢測、智能家居等行業(yè)技術領先國內，其計算機、電子電器、傳感器、通信等領域都較成熟和完善。目前為止，就發(fā)達國家而言，很多的多功能檢測研究產品已經成為他們生活中的必備品，在市場上也得到很好的推廣。各產品系統(tǒng)設計性價比較國內高，成本也比國內低。國外較為出名的室內空氣檢測與調節(jié)案例有KiHenck設計并研發(fā)了一款運用傳感器，利用網絡實時檢測數據的地鐵里的空氣檢測與調節(jié)系統(tǒng)；哈佛大學研究的通過網絡實時監(jiān)測環(huán)境中的一氧化碳傳感器、溫濕度等數據的無線監(jiān)測傳感器網絡等。在有害氣體檢測系統(tǒng)的初始階段，其大多采用常規(guī)的單片機技術，在這個時期，單片機主要借助專門的引腳與傳感裝置激勵性銜接，進而對某一類特定氣體的相關參數進行采集，因此單片機所能夠發(fā)揮的作用比較有限，表現出較強的功能單一性，難以實現高精度的檢測，控制的智能化水平也差強人意。另外，該系統(tǒng)應用的領域較為廣泛，其中比較主要的包括化工、煉油廠等，但是在普通民眾的日常家居生活中應用較少。伴隨嵌入式技術的不斷發(fā)展，嵌入式處理器的集成度大幅度提升，其采集目標氣體的效率明顯增加，而且可以穩(wěn)定聯網，逐步表現出良好的民用價值，適用于多種智能安防場景。1.3研究內容先從整體出發(fā)，明確設計所達到的要求和實現的功能，再由整體到局部，根據系統(tǒng)的每個子模塊進行設計，對比不同方案的優(yōu)缺點，選擇合適的設計方案，并通過硬件和軟件兩者聯合設計出多功能室內空氣檢測儀報警系統(tǒng)。本設計涵蓋多個模塊，其中比較主要的包括按鍵控制模塊、PM2.5監(jiān)測模塊、一氧化碳監(jiān)測模塊、可燃氣體監(jiān)測模塊、WIFI模塊、報警模塊和排風扇模塊等，最為主要的部分為單片機，可以實現多樣性的功能，滿足目標用戶群體的實際需求。另外，隨著普通民眾生活質量的不斷優(yōu)化，室內的空氣成為人們關注的重點之一。室內的污染性氣體如可吸入顆粒物、泄露的燃氣、一氧化碳等影響著人們的健康以及財產安全，如何實現對危險氣體以及污染氣體的監(jiān)控，是本設計的重點內容之一。該論文研究的是基于STM32單片機的室內空氣檢測與調節(jié)系統(tǒng)，本文的研究內容包括：（1）本部分整理和歸納了相關文獻，從而對有價值的資料內容進行分析。此后探討了本課題的主要來源，根據預設的研究目標，對整體思路進行梳理，最后對整體框架進行合理的安排。[6]（2）由系統(tǒng)的設計方案確定好整體設計思路后定硬件方案。（3）簡述硬件設計，首先給出可燃氣體傳感器、一氧化碳傳感器、PM2.5濃度、實時測量這三類參數，如果閾值超過預設的界限，那么蜂鳴器會馬上進行警報；對系統(tǒng)中的各個主要電路(比較主要的包括檢測電路，顯示電路等)展開具體論述，并總結了所有器件的功能特性。（4）經過標準化的程序設計之后，根據預設的流程實現以下功能。①可通過PM2.5傳感器實現檢測空氣中PM2.5可吸入顆粒物濃度;②在應用可燃氣體傳感裝置之后，能夠對多種危險氣體的空氣濃度進行準確測定;③在應用一氧化碳傳感裝置之后，對多種毒性物質的空氣濃度進行準確測定；④如果空氣中的燃氣濃度、一氧化碳濃度超標、PM2.5大于預設水平或檢測到火焰后，系統(tǒng)會馬上進行警報;⑤燃氣泄漏時可通過執(zhí)行機構強行關閉燃氣總閥;⑥排風扇可在一氧化碳濃度、可燃氣體濃度、PM2.5濃度超標或檢測到火焰時自行啟動，當濃度降低于設定值或火焰消失時停止；⑦可將測定的結果借助互聯網傳輸至用戶手機，從而實現遠程控制。（5）根據規(guī)范完成調試工作，測試系統(tǒng)是否能夠長期可靠的運行。第2章系統(tǒng)論證方案與設計2.1系統(tǒng)總體方案設計本章主要講述了整體設計的方案選擇，先從整體出發(fā)，明確設計所達到的要求和實現的功能，再由整體到局部，根據系統(tǒng)的每個子模塊進行設計，對比不同方案的優(yōu)缺點，選擇合適的設計方案，并通過硬件和軟件兩者聯合設計出多功能室內空氣檢測儀報警系統(tǒng)。本設計涵蓋多個功能模塊，其中比較主要的包括按鍵模塊、報警模塊、WIFI模塊和用來監(jiān)測可燃氣體、一氧化碳及PM2.5濃度的監(jiān)測模塊等，下文將對其進行具體論述。系統(tǒng)框圖具體如下所示：圖2.1系統(tǒng)框圖2.2硬件模塊選型2.2.1微處理器選擇方案一：52系列單片機STC89C52單片機是STC公司生產的一款低能耗、高性能51核心的CMOS8位單片機，具有非常廣泛的影響力，是眾多產品設計首選的高性價比芯片，雖然它只是一款八位單片機，但是出色的芯片架構和高擴展能力使它具有強大的數據處理能力，而且功耗較低，相對于傳統(tǒng)的51系列單片機單片機具有更靈巧的可編程Flash，使它能夠適用于更廣泛的場合，另外STC89C52最大的優(yōu)勢是可靠性極高，采用STC公司的高密度、非易失性技術生產，傳統(tǒng)的兼容MCS-51指令使其具有更好的開發(fā)性能。方案二：STM32系列單片機此器件的功耗水平相對較低，無需投入較多成本。另外，其裝配了ARMCortex內核，其全部產品都是結合內核架構進行具體劃分。因為其內核架構十分完善，因此它在性能非常優(yōu)良，此外，由于其應用范圍較廣，優(yōu)化次數也相對較多，這使其性能不斷優(yōu)化，在當前來講，它能夠有效縮減系統(tǒng)開發(fā)周期，使產品表現出良好的綜合性能，設計著可結合具體的項目要求選取最為適用的產品型號。另外，該器件的時鐘頻率可以實現72MHz，與同類產品進行對比，其經濟性出眾，具有廣泛的適用性。綜合以上因素考慮，選型方案二STM32系列，由于此型號STM32F103C6T6系列符合系統(tǒng)設計要求，故選擇此型號作為系統(tǒng)主控芯片。2.2.2液晶顯示器選擇本設計主要利用顯示屏顯示多樣性的數據，在對各類主流的顯示模塊展開對比之后，最后篩選出下述兩類方案可供選擇。方案一：LCD1602液晶顯示器此類裝置屬于工業(yè)液晶顯示器，能夠穩(wěn)定顯示16*2個字符，可以表現出LCD的多種特性。另外，它能夠良好的支持背光功能，單片機傳輸數據之后，該顯示器能夠利用電壓使指定坐標點顏色發(fā)生變化，從而顯示準確的字符。方案二：OLED顯示屏OLED應用的技術較為先進，不要求背光源驅動，對比度非常理想，厚度比常規(guī)顯示裝置更小，靈敏度更高，適用面較廣?？梢苑浅１憬莸倪B接單片機，從而實現穩(wěn)定的驅動。[18]對比兩類方案之后我們可以發(fā)現，兩類產品都可以符合系統(tǒng)的基本開發(fā)需求，然而前者尺寸偏大，后者的厚度更小，功能更為完善，因此這套系統(tǒng)采用的是第二種方案進行研發(fā)。2.2.3無線數據傳輸模塊選擇系統(tǒng)需要遠距離傳輸數據，所以選擇數據傳輸模塊是有必要的選擇需要對比篩選，模塊一定是比較小的，需要和市場上現有的系統(tǒng)相對便宜才能有優(yōu)勢競爭，而且模塊傳輸數據的時候也需要距離遠、穩(wěn)定性好。對比目前市場上流行的成熟方案，有下述幾類方案可供選擇：方案一：HC-06型產品應用了較為先進的制造工藝，適用于多種設備，其中比較主要的包括手機、耳機等，可以大幅度減少設備通信的復雜度，優(yōu)化通信效率，但其缺點也比較明顯，即傳輸距離相對較短。方案二：ESP8266具有無限傳輸的特點，其可以支持多樣性的組網方式，從而讓各模塊能夠穩(wěn)定通信，以此構建完善的WIFI網絡，另外，其運行過程中表現出較強的獨立性，但也能夠與其他配件搭配應用。因為本設計要求遠距離通信，第一類方案盡管在產品性能方面非常優(yōu)秀，然而其通信距離非常有限。因此，本文選擇性能較高的方案二。2.3系統(tǒng)方案框架圖基于以上幾點方案論證，本研究通過單片機、PM2.5傳感裝置等多個部分構成。首先通過傳感裝置進行數據采集，從而在OLED上顯示相應的環(huán)境參數。本設計的室內空氣檢測系統(tǒng)具有性能高、構造簡單、使用方便等優(yōu)點，實現了自動火災報警功能并通過WiFi將檢測到的實時數據發(fā)送到手機APP上，并且通過對環(huán)境感知，自動控制排風扇來調節(jié)室內的可燃氣體傳感器濃度。系統(tǒng)原理框圖如圖2.2所示：可燃氣體傳感器可燃氣體傳感器圖2.2系統(tǒng)原理框圖

第3章系統(tǒng)硬件設計本次設計要求完成室內空氣檢測系統(tǒng)，通過各類傳感器來獲取室內的環(huán)境信息，從而來通過啟動排風扇凈化空氣，實現對室內環(huán)境的調節(jié)。3.1單片機電路設計STM32F103C6T6芯片工作在2.0V-3.6V之間，它有標準電壓與低功耗電壓的功能，此外該芯片還能在通電之后有復位功能的按鈕，芯片外也會連接一個外部晶體振蕩器，晶體振蕩器的頻率，可以在4~16兆赫茲的范圍內。包括三種狀態(tài)。下列圖3.1是STM32F103C6T6管腳圖：圖3.1STM32F103C6T6管腳圖如果采用以單片機為核心的模塊，時序控制是非常重要的環(huán)節(jié)。該時序一般情況下不是通過模組進行控制，而主要由單片機傳輸時鐘訊號，此后再將時鐘頻率設定在器件內部。單片機的制造主要采用了半導體硅，無源晶體振蕩器與指定的引腳進行銜接，振蕩器的一側通常都會并聯特定的瓷片電容，其容值不大，這是因為瓷片的參數相對較小，能夠對晶振的啟動發(fā)揮重要作用。3.2可燃氣體傳感器電路設計本次采取MQ135做可燃氣體傳感器濃度收集，原理是利用特制電阻對可燃氣體傳感器靈敏度高，因為電阻值在兩級間是成正比的。隨著可燃氣體傳感器的三極管的基本電流會發(fā)生變化。通過三極管放大的電阻電壓被發(fā)送到單片機上，從而實現探測、報警、凈化空氣等功能。下列圖3.2是MQ135管腳圖：圖3.2可燃氣體傳感器電路圖3.3一氧化碳傳感器模塊電路設計MQ7中有一種物質會與一氧化碳發(fā)生化學反應，此類物質會對金屬氧化物層的電阻產生一定影響，而傳感裝置能夠對其核心參數進行測量。換而言之，如果空氣中含有還原性氣體，那么檢測材料表面氧濃度會在一定程度上減少，從而導致半導體電阻出現一定程度的變化，使一氧化碳傳感器的濃度測量出來。一氧化碳傳感器模塊如圖所示3.9所示：圖3.3一氧化碳傳感器檢測電路3.4PM2.5傳感器電路設計本設計采用了現代化的PM2.5檢測技術，能夠對PM2.5進行精準檢測。系統(tǒng)中PM2.5檢測單元很大程度上使用了粒子計數原理，可以對尺寸超過一定界限的顆粒物展開檢測，進而上傳實時檢測的數據，從而實現探測、報警、凈化空氣等功能。模塊原理圖如圖3.7所示。圖3.4PM2.5傳感器電路3.5按鍵控制電路設計按鍵電路大多數情況下用于實現指令輸入，大部分按鍵都是采用定時檢測的方式，結合電平高低來進行相應的判斷，另外，可將按鍵引腳和IO引腳進行銜接，從而實現OLED屏幕檢測對象切換和設定值加減本設計應用了常規(guī)的開關按鍵，電路原理圖具體如下所示：圖3.5按鍵控制電路3.6電源電路設計單片機供電5V供電模塊涵蓋兩個部分，其分別為供電座子和供電開關，前者的主要作用是與電源插頭進行銜接，后者主要用于實現電路開關的調控。本研究的電源電路具體參考下圖：圖3.6電源電路3.7報警電路設計報警電路是當系統(tǒng)檢測到當前室內環(huán)境差，比如檢測到火焰或PM2.5、一氧化碳等濃度過高情況，啟動的報警裝置。單片機可以利用PC31接口對三極管進行管控，從而實現蜂鳴器的穩(wěn)定控制。本研究中報警電路的整體情況如下：圖3.7蜂鳴器報警電路3.8oled顯示電路設計本次采用低功耗的0.96寸OLED顯示屏作為本的畢業(yè)設計的顯示器，用來顯示實時檢測到的數據，改款顯示器要比傳統(tǒng)的LCD顯示器要好一點，并且其更加的輕薄集成度很高，另外功耗也比較小。最初是使用在MP3當中，現如今也廣泛使用在各種比較高端的智能設備上面。[21]本次設計的顯示器具體單片機的連接如下圖3.6所示。圖3.8顯示電路圖3.9WiFi驅動電路設計ESP8266模塊配置了標準化的微處理器，能夠通過外接閃存快速啟動，如此就大幅度減小本設計在存儲方面的要求，并增加了整體運行速度，處理能力得到進一步強化，并能夠將其充當存儲設備進行應用，另外，在外接GPIO口之后，其可以避免系統(tǒng)資源的浪費，在用于實現無線傳輸的過程中，ESP8266能夠和指定的通信接口進行銜接，通常來講，數據的上傳很大程度上是借助SPI通信來完成的，利用WiFi網絡將重要的參數信息傳送到終端。WiFi模塊如圖所示3.8所示：圖3.9WiFi電路

第4章系統(tǒng)軟件設計4.1主程序設計這套系統(tǒng)的程序設計是在STM32的編譯環(huán)境下完成的，主要采用結構化控制語句，其能夠體現多樣性的優(yōu)點，比如程序執(zhí)行效率非常出眾，并且能夠體現高級語言的多種功能特點，使用起來十分方便、簡潔。系統(tǒng)軟件設計的過程中最為主要的部分就是編程，從而實現多種多樣的系統(tǒng)功能。在應用主程序控制之后，可對多樣性的分模塊進行調用，此后對調用的數據展開處理，再進行進一步分析，判斷是否執(zhí)行預設的操作，如此就能夠控制硬件完成多種多樣的操作。在進行編程的過程中，程序根據系統(tǒng)功能的要求展開模塊化編寫，對于主程序而言，其核心作用是在執(zhí)行模塊結束之后，操作者能夠高效的完成協調事項，整個工作流程圖具體如下。圖4.1主程序工作流程圖4.2初始化程序流程圖系統(tǒng)的初始化主要包括定時器初始化、按鍵初始化、ADC初始化、DAC初始化、LCD初始化等。系統(tǒng)經過初始化后，接收相應的操作指令開始工作，否則無法使用而且還會影響后續(xù)的程序運行。系統(tǒng)初始化的流程圖具體如下，結合定時器初始化進行分析，部分程序可以設計如下。圖4.2初始化的流程圖4.3按鍵模塊程序流程圖按鍵模塊是本系統(tǒng)最重要的模塊之一。首先對設置的四個按鍵進行初始化，而后通過增減設定一個參數值，判斷是否能夠采集到相關數據。如果未采集到數據，則返回到開始，繼續(xù)進行以上程序，直至采集到的相關數據；若采集到數據，微處理器接收數據后進行處理并輸出結果。按鍵模塊的流程圖如圖4.3所示：圖4.3按鍵模塊流程圖4.4報警模塊設計該模塊其主要目的是通過傳感器采集到的信息來檢測環(huán)境變化并發(fā)出警報信號。在設計時需要考慮報警模塊與其他模塊的配合和聯動關系，當可燃氣體傳感器、一氧化碳傳感器、pm2.5傳感器監(jiān)測到的濃度超過設定值時，單片機會傳輸信號給報警模塊，從而觸發(fā)報警功能。報警模塊的流程圖如圖4.4所示：圖4.4報警模塊流程圖4.5WiFi模塊設計WiFi模塊會將監(jiān)測到的數據通過WiFi實時傳輸給手機，從而極大的方便了用戶查看。程序如下：voidDataExchange(void){ staticu8Tcon; Tcon++; if(Tcon>=10) { Tcon=0;//AA_Air_AlarmAir_CO_AlarmCO_PM_AlarmPM_AFlag[0]_AFlag[1]_AFlag[2]_AFlag[3]_Page\n; sprintf((char*)ESP8266_TxBuf,"AA_%d_%d_%d_%d_%d_%d_%d_%d_%d_%d_%d\n", (int)Air,(int)AlarmAir,(int)CO,(int)AlarmCO,(int)PM,(int)AlarmPM, (int)AFlag[0],(int)AFlag[1],(int)AFlag[2],(int)AFlag[3],(int)Page); } if(ESP8266_RxData[0])//APP按鍵 { KeyVal=ESP8266_RxData[0]; ESP8266_RxData[0]=0; Tcon=30; }}4.6oled顯示設計在OLED模塊的軟件設計中，需要考慮到多個方面的因素。首先，需要對整個系統(tǒng)進行規(guī)劃和分析，確定各個模塊之間的交互方式以及數據傳輸的方式。其次，需要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性問題，確保系統(tǒng)的正常運行不受外界干擾的影響。oled顯示模塊會將傳感器監(jiān)測到的濃度數據顯示到屏幕上。程序如下：voidPageInit(void){ LCD_Clr(); switch(Page) {/**/ case0://可燃氣體濃度和設定值 { LCD_DispStr(0,(unsignedchar*)"Air:PPM"); LCD_DispStr(16,(unsignedchar*)"Set:PPM"); }break; /**/ case1://CO和設定值 { LCD_DispStr(0,(unsignedchar*)"CO:PPM"); LCD_DispStr(16,(unsignedchar*)"Set:PPM"); }break; /**/ case2://pm和設定值 { LCD_DispStr(0,(unsignedchar*)"PM:ug/m3"); LCD_DispStr(16,(unsignedchar*)"Set:ug/m3"); }break; /**/ default:break; }}

第5章系統(tǒng)調試與結果5.1硬件調試本文設計的室內空氣檢測系統(tǒng)采用STM32單片機作為核心控制器，在本章中將調試系統(tǒng)的幾個核心硬件模塊。，以下為本文的調試過程：本次硬件和軟件設計完成后，購買相關設備后即可進入硬件而硬件調試的成功與否，同時也決定了本系統(tǒng)的各項功能是否可以順利實現。一般而言，對單片機的調試通常涵蓋兩個重要部分，即硬件和軟件，所以有必要對兩者展開共同調試。有基于此，我們可以先在PC端銜接下載串口，觀察指示燈是否出現相應的變化，此后把燒錄程序打開在PC端上方。如此就能夠將程序添加至系統(tǒng)中，實現單片機的穩(wěn)定驅動。假如在進行檢測的時候單片機并未順利驅動所有模塊，則可以從編譯的角度來分析問題，此后再具體處理問題，這樣才能達到整體的功能。5.2軟件調試程序設計是實現各類功能的必要條件。如果選擇的編程工具非常適用，那么就能夠有效減少編程過程中耗費的時間，增加軟件開發(fā)的成功率?？晒┻x擇的開發(fā)工具較多，其中比較主要的包括Keil、IAR等。IAR在世界范圍內都具有較高知名度，它是當前市面上主流的置入式系統(tǒng)開發(fā)工具，其配置了非常優(yōu)良的編譯程序環(huán)境，功能十分完善，但它的缺點也比較明顯，即學習成本較高，實際操作模式對初學者存在較高難度。Keil是微軟推出的優(yōu)秀產品，其可以實現硬件配置、編程等多樣性的功能，并能夠對STM32開發(fā)的程序進行快速編譯。另外，經過程序的程序文檔能夠借助單片機設計實現高精度的識別，如此就可以使設備在相對較短的時間內對預設的功能邏輯進行準確識別，此后再進行快速設計。在經過綜合對比之后，本設計選用Keil完成軟件部分的開發(fā)；本文設計匯編語言源程序主要涉及到兩類方法，第一類是采用手工編寫的方式，第二類是采用機器匯編工具對源程序進行轉換，從而得到相應的機器碼。伴隨單片機開發(fā)技術在近些年的迅猛發(fā)展，高級語言在程序開發(fā)過程中起到愈加關進的作用，單片機的開發(fā)軟件得到進一步完善，在這種情況下，Kei1逐步演變?yōu)镸CS-51系列開發(fā)過程中應用最為廣泛的工具。Keil包含了多樣性的開發(fā)方案，其主要涉及到C編譯器，庫管理等多個方面，可利用高度集成的開發(fā)環(huán)境對各部分進行有序組合。如果要順利運行KEIL，通常需要配置Win98、WinXP等操作系統(tǒng)。圖5.1軟件調試界面圖5.2設置溫濕度上限5.3產品測試圖5.3硬件實物圖首先打開電源觀察到可燃氣體數據。測試結果如圖5.4所示。圖5.4可燃氣體數據圖連接手機APP，調整系統(tǒng)為手動模式。測試結果如圖5.5所示。圖5.5手機WIFI參數顯示當可燃氣體傳感器檢測濃度超過設定值時，報警燈亮起，蜂鳴器報警，同時排風扇開始轉動，手機上顯示相關數據超標，當濃度低于設定值時，排風扇停止轉動。如圖5.6所示。圖5.6可燃氣體超標當一氧化碳傳感器檢測濃度超過設定值時，報警系統(tǒng)開始啟動，排風扇快速旋轉，在這之后移動端APP顯示CO超標，當一氧化碳濃度低于設定值時，排風扇隨即停止，具體情況參考圖5.7。

圖5.7一氧化碳超標如果pm2.5傳感器測定的參數超過預設數值，警報系統(tǒng)快速啟動，時排風扇開始轉動，手機上顯示相關數據超標，當一氧化碳濃度低于設定值時，排風扇隨即停止，如圖5.8所示。圖5.8pm2.5超標當火焰報警傳感器檢測濃度超過設定值時，報警燈亮起，蜂鳴器報警，同時排風扇開始轉動，手機上顯示檢測到火焰，當火焰監(jiān)測模塊檢測不到火焰時，排風扇停止轉動如圖5.9所示。圖5.9檢測到火焰第6章結論與展望6.1結論因為本人開發(fā)經驗還比較缺乏，在本次研究中選擇邊學習邊開發(fā)的模式，網絡上的資料進行學習，在開發(fā)時也遇到了各式各樣的問題，但大多采取了合理的方法進行解決。但筆者學識有限，本文還存在一定不足之處，在將來的學習和生活中有必要對其進一步完善。因此在后續(xù)的學習中可以對其進一步完善，使本次設計的成果具有更良好的功能特性與應用價值，滿足用戶的使用需求。本文開發(fā)的系統(tǒng)將STM32單片機作為核心，利用單片機獲取各類傳感裝置采集的參數信息，其主要涉及到PM2.5傳感器、可燃氣體傳感器模等，從而對這些環(huán)境信息進行高效處理，實現對室內的各項數據檢測報警和調節(jié)功能。經過調試，可以滿足以下功能：1.可通過PM2.5傳感器實現對空氣中PM2.5可吸入顆粒物濃度的檢測;2.通過可燃氣體傳感器實現對甲烷等可燃氣體泄漏的檢測;3.通過一氧化碳傳感器實現對毒性一氧化碳氣體濃度的監(jiān)測4.燃氣泄漏、一氧化碳超標或PM2.5超標時，可發(fā)出聲光報警信號;5.燃氣泄漏時可通過執(zhí)行機構強行關閉燃氣總閥;6.可燃氣體、一氧化碳、PM2.5濃度超標或檢測到火焰可自動啟動排風扇，濃度低于設定值或火焰消失時停止轉動；7.使用STM32的32位ARM單片機實現對系統(tǒng)的控制;8.可將采集的信息利用WiFi網絡傳輸至指定的終端設備，從而進行遠程控制。6.2展望通過本次畢業(yè)設計，我掌握了許多硬件開發(fā)和軟件設計方面的理論知識，在進行系統(tǒng)調試的過程中，我也積累了一定的調試經驗，以后再遇到相似問題時能夠快速應對。本次設計從整體來講遇到了不少阻礙，但是都通過上網查詢和請教導師的方式逐一解決。另外，經過本次設計，我也深刻意識到在學習和應用各類技術時應該堅持“以人為本”的基本理念，對現實生活觀察和發(fā)現的問題積極思考，并通過既有的技術方法來改善廣大民眾的生活質量，這從某個角度而言也是一名當代青年不可或缺的素養(yǎng)。因此，結合自身的觀察分析后，筆者決定設計和開發(fā)本系統(tǒng)，使目標用戶可以提升管理成效，優(yōu)化其使用體驗，達到信息化管理的目標。當然，空氣質量檢測儀的問題還很多，如果氣體檢測儀中的傳感器損壞，顯示的數據就不會再有變化，無論空氣中的氣體濃度發(fā)生什么變化，為了保證氣體檢測儀能夠正常運轉，就需要定期快速檢測。否則，就可能造成測量結果的惡劣的劇烈的震蕩都會造成儀表的損壞。如果目前應用的環(huán)境中氣體濃度超出儀器可探測的范圍，傳感器也會受到損害。并且過濾膜和感應器端口也會被液體污染，雜質或灰塵造成測量度數受到嚴重影響。這時就有可能造成標定失效。探測環(huán)境惡劣、環(huán)境溫差變化大，或者長時間處在海水或濕熱的環(huán)境這些環(huán)境對氣體探測裝置的穩(wěn)定性要求非常高。在這些環(huán)境中長時間使用可能導致氣體檢測儀失效，一般儀器在這種極端環(huán)境下無法長期應用。本系統(tǒng)的能耗相對較低，應用的集成電路十分完善，各部分主要監(jiān)測電路的日常能耗水平可以得到有效控制。另外，伴隨氣敏元件生產工藝的進一步優(yōu)化，傳感器模塊所占據的空間可以實現進一步縮減，我們可以預見在不遠的將來，監(jiān)測裝置的能耗會不斷降低，其經濟性也會達到更理想的水平。在當前來講，廣大民眾對環(huán)境保護給予了高度關注，室內空氣質量監(jiān)測儀能夠表現出良好的功能價值，具有廣泛的應用價值。伴隨空氣凈化產品的推陳出新，室內空氣質量監(jiān)測水平得到進一步提升，氣體監(jiān)測的范圍明顯擴大，在很長一段時間以來，空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)都只能夠測量單一氣體種類，而經過產品的不斷迭代，當前許多產品都可以同時測定多種有害氣體，并把詳細的環(huán)境參數準確顯示在顯示屏上。空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)的智能化不斷提高，其不能夠離開當前快速發(fā)展的智能傳感技術，其涉及到多個部分，比較主要的包括氣敏元件、微控制器等，能夠實現自控、校準等多樣性的功能，這使得空氣質量監(jiān)測的相關產品變得多樣化。伴隨無線傳感網絡的不斷完善，物聯網體系受到社會廣泛關注，這為其快速發(fā)展奠定了良好的基礎。此外，使用智能手機辦理各類事務已經成為人們日常生活的一部分，無線傳輸速率在近些年也實現了有效升級，4G、WIFI等技術為人們提供了巨大便利，而5G時代的到來將帶領人們進入新的技術風潮。如果將室內空氣質量監(jiān)測技術進行網絡化改革，重點利用GPRS與云端進行銜接，那么傳統(tǒng)的本地控制模式將發(fā)生巨大變化，人們應用手機軟件就能夠非常非常方便的查看室內情況，并且能夠在線調控空氣凈化設備，整個操作流程非常精簡。在系統(tǒng)進行網絡化改造之后，各類氣體檢測裝置也能夠構成完善的整體，使檢測信息能夠高效的傳輸和共享。整體而言，本系統(tǒng)在未來的發(fā)展主要有兩個趨勢:第一個趨勢是檢測信息多樣化，需要檢測的對象變得愈加復雜，但各類傳感裝置都能夠進行高度集成；第二個趨勢是與其他設備的連接更加緊密，從而實現多樣性的功能，在采集到各類重要的檢測數據之后，可以把參數信息傳輸至計算機展開進一步分析，并結合分析結果采取相應的控制行為。在當前來講，本系統(tǒng)裝配的傳感器成本還能夠進一步壓縮，檢測精度也尚待優(yōu)化，在將來不斷縮小體積的同時，有必要研發(fā)更性價比更為出眾的傳感器，這對降低整體成本、增強產品的競爭力具有不可忽視的價值意義。

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