共享自習(xí)室環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[18]。綜合國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況不難看出，如今在物質(zhì)生活日益豐富的同時(shí)，人們對(duì)生活品質(zhì)的要求越來越高，因此也越來越重視室內(nèi)環(huán)境，所以開發(fā)此款系統(tǒng)具有非常重要的意義。

1.3主要研究?jī)?nèi)容本系統(tǒng)主要是開發(fā)一款共享自習(xí)室環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)借助STM32單片機(jī)搭配光敏電阻和氣體傳感器、溫濕度??傳感器等傳感器的作用，采集共享自習(xí)室空氣中光照、PM2.5、CO2濃度和環(huán)境中溫濕度的含量，并且顯示在OLED液晶顯示屏上，通過無線通訊傳入手機(jī)APP判斷自習(xí)室內(nèi)的空氣狀態(tài)如果數(shù)值超過閾值，那么系統(tǒng)內(nèi)的蜂鳴??器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。此次設(shè)計(jì)的共享自習(xí)室環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，有一定的實(shí)用意義。第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要是開發(fā)一款共享自習(xí)室環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)。借助STM32單片機(jī)搭配光敏電阻和氣體傳感器、溫濕度傳感器等傳感器的作用，采集共享自習(xí)室空氣中PM2.5、二氧化碳濃度、室內(nèi)光照和環(huán)境中溫濕度的含量，并且顯示在OLED液晶顯示屏上，通過無線通訊傳入手機(jī)APP。判斷自習(xí)室內(nèi)的空氣狀態(tài)，如果數(shù)值超過閾值時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的蜂鳴器將會(huì)發(fā)出報(bào)警。圖2-1結(jié)構(gòu)框圖2.2單片機(jī)性能選擇方案一：AT89C51單片機(jī)資源豐富，配備了豐富的開發(fā)板和學(xué)習(xí)資料，為初學(xué)者提供了輕松愉悅的入門體驗(yàn)。該程序可通過串口直接下載，具有更低的學(xué)習(xí)成本和更穩(wěn)定的運(yùn)行表現(xiàn)。由于它有多種編程接口，可方便地編寫各種應(yīng)用程序代碼，而且功能強(qiáng)大，適合初學(xué)者開發(fā)。然而，其操作速度緩慢，缺乏足夠的自我保護(hù)機(jī)制，極易導(dǎo)致芯片燒毀。所以必須對(duì)電路進(jìn)行升級(jí)或改進(jìn)。擴(kuò)展AD、EEPROM等功能的需求增加了硬件和軟件的負(fù)擔(dān)，盡管I/O腳簡(jiǎn)單易用，但高電平時(shí)缺乏輸出能力，這是它們最大的短板所在。方案二：STM32F103C8T6單片機(jī)呈現(xiàn)出卓越的性能表現(xiàn)，令人矚目。在性能上可以說完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該公司不僅提供了豐富合理的外設(shè)，還配備了強(qiáng)大的軟件支持，此外，其軟件包還提供了全面豐富的技術(shù)文檔，為用戶提供了全方位的服務(wù)?？梢哉f，它的應(yīng)用幾乎涵蓋了所有領(lǐng)域。芯片的種類繁多，其覆蓋范圍廣泛。可以說是一個(gè)完整的產(chǎn)品系列。因此，該平臺(tái)的用戶群體規(guī)模龐大，為用戶提供了強(qiáng)大的基礎(chǔ)。為了更好地發(fā)揮這些功能，我們?cè)谶@里為大家介紹一些重要器件，以及其特性。1、核心:arm32位cortex-m3cpu;72mHz最高工作頻率;1.25dmips／mHz;單周期乘法及硬件除法2、存儲(chǔ)器:芯片內(nèi)集成32～512kb閃存。6-64kbSRAM內(nèi)存3、采用串行調(diào)試（SWD）和JTAG接口進(jìn)行調(diào)試操作。該系統(tǒng)支持最多112個(gè)快速I/O端口、最多11個(gè)定時(shí)器和最多13個(gè)通信接口，為用戶提供高效的通信服務(wù)上所述并結(jié)合自身實(shí)際情況，STM32單片機(jī)由于其出色的處理速度和簡(jiǎn)單的外設(shè)價(jià)格更加實(shí)惠、功耗可控，比51單片機(jī)更加適合使用，所以選擇方案二。圖2-2STM32引腳圖2.3無線通信功能選擇在不同的環(huán)境和功能需求下，無線通信技術(shù)的類型繁多，因此需要采用不同的技術(shù)方案。無線局域網(wǎng)技術(shù)就是一種比較常用的技術(shù)。無線通信技術(shù)的范疇十分廣泛，其中包括藍(lán)牙技術(shù)、WIFI、Z-WAVE、蜂窩低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)以及非蜂窩低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)等。這幾種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但它們都能實(shí)現(xiàn)短距離無線傳輸。（其中的蜂窩低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)和非蜂窩低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)要求高、門檻高，會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)有要求，所以不予考慮）。方案一：WIFI是所有IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)無線局域網(wǎng)（WLAN）的商標(biāo)名稱。WIFI有許多版本W(wǎng)IFI聯(lián)盟最近采用了一種新型版本編號(hào)系統(tǒng)：WIFI1（802.11b）、WIFI2（802.11a）、WIFI3（802.11g）、WIFI4（802.11n、WIFI5（802.11ac）和WIFI6（802.11ax）。WIFI常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)只能通過中樞相互通信。方案二：藍(lán)牙技術(shù)：是一種可在2.4GHzISM頻段上運(yùn)行的低功耗無線解決方案，為用戶提供了一種高效的無線通信方式。它將傳統(tǒng)的無線連接方式與短距離無線通信技術(shù)相結(jié)合。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在距離、帶寬和通信方面呈現(xiàn)出高度的可塑性，足以滿足各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求。藍(lán)牙技術(shù)可以被用來實(shí)現(xiàn)短距離無線通信功能。目前存在兩種截然不同的無線藍(lán)牙選擇，一種是經(jīng)典藍(lán)牙（BluetoothClassic），另一種則是低功耗藍(lán)牙（BluetoothLE），它們各具特色。經(jīng)典藍(lán)牙采用鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即每個(gè)結(jié)點(diǎn)都只有一個(gè)天線，而低功耗藍(lán)牙則采用樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中低功耗藍(lán)牙分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（point-to-point）、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（StarTopology）、mesh網(wǎng)絡(luò)（meshTopology）和廣播式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（broadcasttopologies）。這四種無線組網(wǎng)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，但它們都具有良好的擴(kuò)展性，可以擴(kuò)展到更大的規(guī)模。在mesh的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可以直接連接，無需經(jīng)過中央節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，從而大幅提升了系統(tǒng)的靈活性。此外，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需發(fā)送少量能量即可獲得足夠帶寬，因而降低了系統(tǒng)功耗。由于節(jié)點(diǎn)具備將數(shù)據(jù)和信息傳輸至原始源節(jié)點(diǎn)通信范圍之外的其他節(jié)點(diǎn)的能力，因此網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍在大型區(qū)域內(nèi)得到了擴(kuò)展。綜合上述在結(jié)合自身實(shí)際情況，藍(lán)牙無線通信技術(shù)普及性高，應(yīng)用廣，雖然傳輸速度慢但使用方便，可進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，其成本更加實(shí)惠。故此選擇藍(lán)牙????低??能耗????無線??技????術(shù)。圖2-3藍(lán)牙通信實(shí)物圖2.4顯示功能選擇方案一：LEDdisplay是一款平板顯示器，由一系列微小的LED模塊面板構(gòu)成，其色彩鮮艷、亮度高、工作壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性高，但其清晰度一般，彩色對(duì)比度一般，對(duì)比度低。LED燈珠在運(yùn)輸、安裝和使用過程中容易脫落，導(dǎo)致部分像素點(diǎn)不亮，從而引發(fā)質(zhì)量問題，同時(shí)也增加了死燈的可能性。方案二：OLED顯示屏是利用有機(jī)電自發(fā)光二極管制成的顯示屏。因其自發(fā)光，故可以直接控制像素點(diǎn)，控制速度非?？?，操作更靈敏很難觀察到殘影現(xiàn)象。因其不背光源，所以材質(zhì)更輕薄、可塑性強(qiáng)、可彎曲抗震。OLED顯示屏可視角度好，對(duì)比度高、色域廣，因?yàn)榭梢詫?duì)像素點(diǎn)進(jìn)行直接控制，其可以直接關(guān)閉像素點(diǎn)的發(fā)光，不會(huì)漏光。綜合上述并結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際情況，OLED因其材質(zhì)更薄，運(yùn)行速度更快，可以解決LED面板的拖影、殘影問題。故選擇方案二。圖2-4OLED顯示屏實(shí)物圖第3章系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要是開發(fā)一款共享自習(xí)室環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)。借助STM32單片機(jī)搭配光敏電阻和氣體傳感器、溫濕度傳感器等傳感器的作用，采集共享自習(xí)室空氣中光照、PM2.5、二氧化碳濃度和環(huán)境中溫濕度的含量，并且顯示在LED液晶顯示屏上，通過無線通訊傳入手機(jī)APP。判斷自習(xí)室內(nèi)的空氣狀態(tài)，如果數(shù)值超過閾值，那么系統(tǒng)內(nèi)的蜂鳴器將會(huì)發(fā)出報(bào)警。在進(jìn)行該設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要明確系統(tǒng)中各個(gè)模塊之間的相互關(guān)系，并收集相關(guān)的軟硬件資料，以確保整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；進(jìn)行軟件編程和調(diào)試。確立系統(tǒng)的構(gòu)成要素，勾勒出整體系統(tǒng)的架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上提出一個(gè)基于原理的框圖；根據(jù)原理框圖和總體設(shè)計(jì)原則對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的軟硬件模塊分別進(jìn)行了具體劃分。進(jìn)行電路部分的硬件設(shè)計(jì)，并繪制出各個(gè)部分的電路圖，接著將系統(tǒng)部件通過接口電路整合在一起，最終繪制出相應(yīng)的電路圖；對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各模塊功能。在系統(tǒng)控制過程的基礎(chǔ)上，完成軟件設(shè)計(jì)部分并繪制主流程圖；對(duì)軟件模塊和整體控制流程做出詳細(xì)說明。最終，經(jīng)過模擬仿真后，進(jìn)行了實(shí)際組裝，將元器件焊接到電路模板上，并結(jié)合程序進(jìn)行了調(diào)試，最終將各個(gè)功能的電路程序組合起來，進(jìn)行了全面的調(diào)試。3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計(jì)3.2.1溫濕度采集模塊設(shè)計(jì)DHT11傳感器是一種數(shù)字溫濕度傳感器，具有價(jià)格低廉、使用方便、精度高等優(yōu)點(diǎn)。它的工作原理是通過測(cè)量介質(zhì)中的溫度和濕度，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。DHT11傳感器具有4個(gè)引腳，分別是VCC、DAT?A、NC、GND，可與STM32單片機(jī)任意數(shù)字I/O連接。本系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)作為主控芯片，經(jīng)過軟件和硬件的精心設(shè)計(jì)，成功地實(shí)現(xiàn)了一款基于DHT11傳感器的溫濕度檢測(cè)設(shè)備。本系統(tǒng)能夠在無人值守條件下對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并能根據(jù)需要將采集的結(jié)果傳送至上位機(jī)即手機(jī)上，以方便用戶隨時(shí)了解室內(nèi)情況。利用串口傳輸技術(shù)，我們能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的溫濕度變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該傳感器具有高度的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性，足以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。溫濕度采集模塊原理圖如圖3-1所示。圖3-1溫濕度采集模塊原理圖3.2.2CO2濃度采集模塊設(shè)計(jì)考慮到共享自習(xí)室的人員密度，需要進(jìn)行CO2濃度檢測(cè)。因此利用MQ-2傳感器進(jìn)行檢測(cè)。Q-2是一種廣泛應(yīng)用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)設(shè)備。其原理與其它類型氣體傳感器相同。MQ-2作為一款多功能氣體探測(cè)器，其探測(cè)范圍極為廣泛，幾乎涵蓋了所有可能的氣體。它主要應(yīng)用在可燃液體、易燃固體或蒸氣的檢測(cè)上，也可用于其他氣體的探測(cè)。其敏感度高，反應(yīng)迅速，穩(wěn)定性優(yōu)異，壽命長(zhǎng)久，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單易用。CO2濃度監(jiān)測(cè)模塊原理圖如圖3-2所示。圖3-2CO2濃度采集模塊原理圖3.2.3PM2.5濃度采集模塊設(shè)計(jì)GP2Y1014AU0F是一款高效的光學(xué)灰塵傳感器，它能夠精準(zhǔn)地檢測(cè)出微小的顆粒，例如香煙煙霧等，具有卓越的檢測(cè)能力。它可用于測(cè)量在空氣中未被吸收的塵埃含量，從而確定是否需要清潔空氣過濾器或清除空氣中的塵土。主要參數(shù)如下：1.電源電壓：5-7V2.工作溫度：-10-65攝氏度3.消耗電流：20mA最大4.最小粒子檢出值：0.8微米5.靈敏度：0.5V/(0.1mg/m3)6.清潔空氣中電壓：0.9V典型值7.工作溫度：-10~65℃8.存儲(chǔ)溫度：-20~80℃圖3-3PM2.5濃度采集模塊原理圖3.2.4光照強(qiáng)度采集模塊設(shè)計(jì)光照強(qiáng)度采集模塊原理圖如圖3-4所示。作為一種半導(dǎo)體型光敏元件，光敏電阻器不僅表現(xiàn)出卓越的靈敏度、快速響應(yīng)、頻譜特性和阻值一致性，同時(shí)也展現(xiàn)出極高的穩(wěn)定性和可靠性，因此廣泛應(yīng)用于光聲控制開關(guān)、各類光控玩具、光控?zé)麸?、燈具等領(lǐng)域的光自動(dòng)開關(guān)控制。圖3-4光照強(qiáng)度采集模塊原理圖3.2.5顯示模塊設(shè)計(jì)0.96寸4針OLED屏模塊為顯示屏模塊，由0.96英寸OLED顯示屏及四個(gè)引腳組成，該OLED屏幕模塊一般應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)及小型電子設(shè)備，可顯示文本圖像等類型信息。該模塊由多個(gè)子像素構(gòu)成，每個(gè)子像素都具有相同的結(jié)構(gòu)和功能。由于其微小的尺寸和低功耗，它們被廣泛應(yīng)用于智能手表、健康追蹤器以及其他可攜帶的設(shè)備之中。在設(shè)計(jì)時(shí)為了實(shí)現(xiàn)其功能需要對(duì)該面板的四個(gè)基本元件進(jìn)行合理的布局以達(dá)到所要求的性能。這類模塊通常采用SPI或I2C接口進(jìn)行通信，同時(shí)支持多種分辨率和顏色模式，以確保通信的多樣性和靈活性。4個(gè)引腳分別為VCC、GND、SCL和?SDA。在系統(tǒng)中，如果一個(gè)電源板有兩個(gè)以上不同電壓源供電的話。VCC作為一種電源引腳，主要用于提供模塊所需的電源，通常為3.3V或5V，以確保用戶獲得更高強(qiáng)度的能量。地球?qū)Ш较到y(tǒng)（GND）是一種用于接收模塊接地的接地裝置。如果沒有接在地線上，則會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤輸出，因此必須將其從正極引出。需要將電源連接至負(fù)極。一般需要接到主控芯片和地線之間。SCL是一種時(shí)鐘信號(hào)，用于在數(shù)據(jù)傳輸過程中傳遞時(shí)鐘信息。一般情況下，這兩種引腳都不能直接接到主控芯片的總線上，因?yàn)樗鼈儠?huì)占用一定面積來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制。一般而言，主控芯片需要連接時(shí)鐘引腳以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，而SDA則是一種數(shù)據(jù)引腳。當(dāng)使用I2C接口時(shí)，為了接收主控芯片的數(shù)據(jù)，需要使用一種名為SDA（串行數(shù)據(jù)線）的引腳。圖3-5顯示模塊原理圖3.2.6藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)藍(lán)牙模塊可被用作主機(jī)或從機(jī)主機(jī)，以便自動(dòng)搜索并建立連接，而從機(jī)則無法主動(dòng)建立連接，只能等待他人連接自身。藍(lán)牙的這種特性使它在很多方面比傳統(tǒng)手機(jī)有優(yōu)勢(shì)。BLE藍(lán)牙低能耗無線技術(shù)運(yùn)用多種智能技術(shù)，以最大程度地減少功耗為目標(biāo)。藍(lán)牙協(xié)議采用了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的物理層來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與指令之間的通信，從而減少對(duì)電池能量的需求。藍(lán)牙的低能耗架構(gòu)由單模芯片和雙模芯片兩種不同的構(gòu)成方式所組成。在本文所討論的情況下，雙模芯片被認(rèn)為是最適合用于低功耗設(shè)計(jì)的芯片。藍(lán)牙規(guī)范中最新推出的單模器件，專注于支持低能耗藍(lán)牙技術(shù)，是專為優(yōu)化ULP操作而設(shè)計(jì)的技術(shù)之一。在這一協(xié)議下，所有設(shè)備都必須同時(shí)執(zhí)行藍(lán)牙功能并采用藍(lán)牙模式工作。藍(lán)牙通信模塊原理圖如圖3-6所示。圖3-6藍(lán)牙模塊原理圖3.2.7繼電器模塊設(shè)計(jì)共享自習(xí)室環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)中的繼電器需要具備以下功能需求：繼電器需要能夠控制電路的開關(guān)，例如控制指示燈、蜂鳴器等設(shè)備的開關(guān)；繼電器需要能夠通過控制信號(hào)進(jìn)行控制，例如通過開關(guān)按鈕、遙控器等控制信號(hào)；繼電器需要具備高可靠性，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，確保能夠正常控制電路的開關(guān)；繼電器需要具備安全性，能夠在電路異常情況下進(jìn)行自我保護(hù)，確保使用者的安全和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行；繼電器需要具備較高的耐用性，能夠經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間使用和頻繁開關(guān)的考驗(yàn)。綜上所述，共享自習(xí)室環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)中的繼電器的功能需求包括開關(guān)功能、控制方式、可靠性、安全性和耐用性。這些功能可以確?？刂齐娐返恼＿\(yùn)行，控制溫度、濕度、通風(fēng)等設(shè)備的開關(guān)，并在電路異常時(shí)進(jìn)行自我保護(hù)，確保使用者的安全和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。圖3-7繼電器模塊原理3.2.8蜂鳴器模塊設(shè)計(jì)共享自習(xí)室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的蜂鳴器需要具備以下功能需求：當(dāng)溫濕度、CO2、PM2.5濃度超過設(shè)定閾值時(shí)，蜂鳴器需要能夠發(fā)出警報(bào)聲，提示使用者及時(shí)采取措施，蜂鳴器需要能夠通過通信接口將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)，以便記錄和分析警報(bào)信息；蜂鳴器需要具備高可靠性，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，確保在需要時(shí)能夠正常發(fā)出警報(bào)聲。綜上所述，蜂鳴器在共享自習(xí)室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的功能需求包括警報(bào)提示、數(shù)據(jù)傳輸和可靠性。這些功能可以確保監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)檢測(cè)到溫濕度、CO2、PM2.5濃度異常情況，并通過蜂鳴器發(fā)出聲音提示，以便及時(shí)采取措施。圖3-8蜂鳴器模塊原理圖第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)總體流程圖圖4-1系統(tǒng)總體流程圖4.2溫濕度采集模塊軟件的設(shè)計(jì)當(dāng)溫濕度傳感器接通，測(cè)試溫濕度當(dāng)時(shí)值，當(dāng)溫度超過預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)降溫模式，而當(dāng)溫度降至設(shè)定的閾值以下時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)加熱模式；當(dāng)空氣中的濕度超過預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，啟動(dòng)除濕模式；而當(dāng)濕度低于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，則啟用通風(fēng)模式。圖4-2溫濕度模塊子程序流程圖4.3CO2濃度采集模塊軟件的設(shè)計(jì)利用MQ-2型煙霧傳感器探測(cè)自習(xí)室內(nèi)二氧化碳濃度，當(dāng)二氧化碳濃度未達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，啟動(dòng)通風(fēng)模式；在CO2濃度超過預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，需關(guān)閉通風(fēng)模式以確保空氣質(zhì)量。圖4-3CO2濃度采集模塊子程序流程圖4.4PM2.5濃度采集模塊軟件的設(shè)計(jì)通過夏普光學(xué)灰塵傳感器檢測(cè)自習(xí)室內(nèi)的PM2.5濃度，當(dāng)PM2.5濃度低于設(shè)定的閾值時(shí)，開啟通風(fēng)模式；當(dāng)PM2.5濃度高于設(shè)定的閾值時(shí)，關(guān)閉通風(fēng)模式。圖4-4PM2.5濃度采集模塊子程序流程圖4.5光照強(qiáng)度模塊軟件的設(shè)計(jì)利用光敏電阻檢測(cè)自習(xí)室內(nèi)的光照強(qiáng)度，當(dāng)光線強(qiáng)度未達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)，啟動(dòng)燈光照明系統(tǒng)；當(dāng)光照強(qiáng)度超過設(shè)定的閾值時(shí)。在超過預(yù)設(shè)閾值的光照強(qiáng)度下，關(guān)閉燈光照明以確保照明效果。圖4-5光照強(qiáng)度模塊子程序流程圖4.6顯示模塊軟件的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中需要顯示當(dāng)前環(huán)境的CO2含量、PM2.5含量、光照強(qiáng)度和溫濕度。系統(tǒng)使用液晶顯示數(shù)據(jù),STM32單片機(jī)初始化完成后顯示屏?xí)詣?dòng)寫控制字，控制字為單片機(jī)中獲得的數(shù)據(jù)，隨后顯示出來。圖4-6顯示模塊子程序流程圖4.7繼電器模組軟件的設(shè)計(jì)繼電器需要能夠控制電路的開關(guān)，例如控制指示燈、蜂鳴器等設(shè)備的開關(guān)；繼電器需要能夠通過控制信號(hào)進(jìn)行控制，例如通過開關(guān)按鈕、遙控器等控制信號(hào)；繼電器需要具備高可靠性，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，確保能夠正常控制電路的開關(guān)。圖4-7繼電器模組子程序流程圖

4.8藍(lán)牙模組軟件的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)中需要上位機(jī)能夠搜索到其藍(lán)牙并能與其連接成功，成功連接后將傳感器收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)APP中，并同時(shí)可以接受上位機(jī)APP下達(dá)的指令，改寫參數(shù)。系統(tǒng)可通過其實(shí)現(xiàn)用上位機(jī)APP控制設(shè)備。圖4-8藍(lán)牙模組子程序流程圖第5章系統(tǒng)測(cè)試5.1系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)實(shí)物圖5.2測(cè)試原理測(cè)試用例應(yīng)當(dāng)涵蓋所需測(cè)試的功能、輸入的數(shù)據(jù)以及預(yù)期的輸出成果。在設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)階段，測(cè)試用例的確定可以采用自上而下或自下而上兩種方法，前者側(cè)重于功能分析及性能優(yōu)化，后者則側(cè)重對(duì)具體軟件組件或子系統(tǒng)進(jìn)行全面的功能分析并提出相應(yīng)解決方案。為了確保測(cè)試數(shù)據(jù)的全面性和高效性，我們應(yīng)該選擇盡可能少且高效的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試；測(cè)試方法必須符合軟件可靠性模型的要求，且與所設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)具有較高的兼容性。為了確保系統(tǒng)符合規(guī)格說明書的要求，我們需要輸入用戶的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證；測(cè)試范圍應(yīng)根據(jù)不同情況而有所不同，但都必須包含所需測(cè)試的所有功能。在測(cè)試用例中，必須確保測(cè)試點(diǎn)的覆蓋范圍不少于需求規(guī)格說明書中規(guī)定的各項(xiàng)功能，并且保持正常運(yùn)行狀態(tài)

5.3功能測(cè)試給系統(tǒng)通電，并通過藍(lán)牙模塊與上位機(jī)手機(jī)APP連接成功，OLED顯示屏與手機(jī)APP同步顯示相關(guān)參數(shù)。圖5-2藍(lán)牙通信測(cè)試（1）溫濕度測(cè)試當(dāng)與上位機(jī)APP連接時(shí)，溫濕度傳感器測(cè)試自習(xí)室內(nèi)的溫濕度，此時(shí)手機(jī)APP與OLED顯示屏顯示溫度22℃，此時(shí)溫度閾值為0–20℃，此時(shí)超過溫度上限，蜂鳴器發(fā)出嗡鳴聲報(bào)警，制冷繼電器指示燈亮起，證明制冷功能可以正常運(yùn)行。圖5-3溫度測(cè)試圖保持與上位機(jī)APP連通，通過上位機(jī)APP調(diào)整溫度閾值為25℃–50℃，此時(shí)APP與OLED顯示屏顯示閾值為25℃–50℃，自習(xí)室內(nèi)溫度22℃低于設(shè)定的閾值，蜂鳴器發(fā)出嗡鳴聲報(bào)警，加熱繼電器指示燈亮起，證明加熱功能可以正常運(yùn)行。圖5-4溫度測(cè)試圖保持與上位機(jī)APP連通，調(diào)回溫度閾值為10-50℃。此時(shí)濕度傳感器檢測(cè)自習(xí)室內(nèi)的濕度并實(shí)時(shí)顯示為42rh。在手機(jī)APP設(shè)置濕度下限為45rh，低于設(shè)定的濕度閾值，蜂鳴器發(fā)出嗡鳴聲報(bào)警，加濕繼電器指示燈亮起，證明加濕功能能正常運(yùn)行。圖5-5濕度測(cè)試圖

（2）PM2.5傳感器測(cè)試，保持與上位機(jī)APP連通，將濕度閾值調(diào)回10rh–50rh，夏普光學(xué)灰塵傳感器檢測(cè)自習(xí)室內(nèi)的PM2.5濃度并在OLED顯示屏和APP實(shí)時(shí)顯示數(shù)值161，通過手機(jī)APP設(shè)置PM2.5濃度下限為100，當(dāng)PM2.5濃度低于設(shè)定的閾值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出嗡鳴聲報(bào)警，通風(fēng)繼電器指示燈亮起，證明通風(fēng)功能可以正常運(yùn)行。圖5-6PM2.5模組測(cè)試（3）CO2傳感器測(cè)試保持與上位機(jī)APP連通，調(diào)回PM2.5下限為1000，通過MQ-2型煙霧傳感器檢測(cè)自習(xí)室內(nèi)的CO2濃度并實(shí)時(shí)顯示在OLED顯示屏上，數(shù)值為1719，設(shè)置CO2濃度下限為1000，室內(nèi)CO2濃度低于設(shè)定的閾值。此時(shí)蜂鳴器發(fā)出嗡鳴聲報(bào)警，通風(fēng)繼電器指示燈亮起，證明通風(fēng)功能可以正常運(yùn)行。圖5-7CO2模組測(cè)試5.4照明功能測(cè)試保持與上位機(jī)APP連通，調(diào)回CO2濃度下限4000，通過光敏電阻檢測(cè)自習(xí)室內(nèi)的光照強(qiáng)度為221，通過手機(jī)APP設(shè)置光照強(qiáng)度下限為300，當(dāng)光照強(qiáng)度低于設(shè)定的閾值時(shí)，蜂鳴器發(fā)出嗡鳴聲報(bào)警，LED燈亮起，證明照明功能可以正常運(yùn)行。圖5-8光敏模組測(cè)試第6章總結(jié)與展望共享自習(xí)室環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)涉及多個(gè)方面的復(fù)雜過程，需要對(duì)系統(tǒng)需求、傳感器選型、數(shù)據(jù)采集和傳輸、數(shù)據(jù)處理和分析、系統(tǒng)架構(gòu)和部署等方面進(jìn)行深入的分析和研究。在設(shè)計(jì)完成后，我們可以總結(jié)如下幾個(gè)方面的成果和收獲：（1）實(shí)現(xiàn)了對(duì)共享自習(xí)室環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理，包括溫度、濕度、二氧化碳、PM2.5等多個(gè)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警。（2）提高了共享自習(xí)室的管理效率和用戶體驗(yàn)，通過系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決室內(nèi)環(huán)境問題，保障用戶的學(xué)習(xí)和生活質(zhì)量。（3）探索了物聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)在共享自習(xí)室管理中的應(yīng)用，為智慧城市和智慧校園建設(shè)提供了有益的經(jīng)驗(yàn)和思路。未來展望：共享自習(xí)室環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。未來，我們可以進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能和性能，探索新的應(yīng)用場(chǎng)景和解決方案，如結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)，建立智能化的自動(dòng)化管理系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。同時(shí)，還可以將系統(tǒng)與其他相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行結(jié)合，如室內(nèi)空氣凈化、智能照明、能源管理等，實(shí)現(xiàn)更加全面和高效的共享自習(xí)室管理和服務(wù)。參考文獻(xiàn)[1]聶嘉樂,余旌胡.一類受隨機(jī)擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化問題的環(huán)境檢測(cè)與響應(yīng)[J].數(shù)學(xué)物理學(xué)報(bào).2022.[2]徐驁博.室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的研究[M].黑龍江大學(xué),2018.[3]丁月月，龍光利.基于LoRa通信的機(jī)房環(huán)境檢測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù).2021.[4]梁錦昌.環(huán)境檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室分析工作質(zhì)量不確定度分析[J].皮革制作與環(huán)?？萍?2021.[5]胡俊賢,田秀云,賴錦松等.基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試,2020.[6]唐秀華,唐菊榮.環(huán)境檢測(cè)的作用與環(huán)境保護(hù)措施分析[J].清洗世界,2022.[7]姜俊,李暉.室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀[J].湖北林業(yè)科技,2020.[8]馮召南.室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].哈爾濱理工大學(xué),2022,.[9]齊利平.環(huán)境檢測(cè)中化學(xué)分析方法的應(yīng)用研究[J].皮革制作與環(huán)?？萍?2022[10]徐文政.智能家居室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)評(píng)價(jià)與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京工業(yè)大學(xué).2021[11]葉智勇,操思薇,張楠,李琦,郟晨植.基于AIoT技術(shù)的高校自習(xí)室智慧光環(huán)境營(yíng)造系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].軟件,2022,43(12):183-186.[12]劉一嬋,李永昌.基于非互動(dòng)關(guān)系的共享自習(xí)室空間設(shè)計(jì)研究[J].美術(shù)教育研究,2022(22):96-98.[13]李一丁.基于單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息與電腦(理論版),2021,33(23):155-157+165.[14]郭帥.建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染的檢測(cè)及治理對(duì)策初探[J].皮革制作與環(huán)?？萍?2021,2(20):110-111.[15]陸殿華,唐凱璇,吳子恒,唐鑫.基于STM32的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)[J].電子產(chǎn)品世界,2021,28(09):100-10[16]GarzaMorenoLaura;VilaltaCarles.EnvironmentaldetectionofMycoplasmahyopneumoniaeinbreed-to-weanfarms.[P].2022[17]ThirumalG.,KumarChiranjeev.MultilevelsensordeploymentapproachinIIoT-basedenvironmentalmonitoringsysteminundergroundcoalmines[J].ComputerCommunications,2022,195.[18]VicenteVaniaAparecida;LustosaBrunoPauloRodrigues.EnvironmentalDetectionofSARS-CoV-2VirusRNAinHealthFacilitiesinBrazilandaSystematicReviewonContaminationSources[C]2018[19]LiuChenguang.DesignandResearchofBuildingIndoorEnvironmentMonitoringSystemRelyingon3DModelingandImageProcessing[J].JournalofElectricalandComputerEngineering,2022,2022.[20]MaranzanoPaolo.AirQualityinLombardy,Italy:AnOverviewoftheEnvironmentalMonitoringSystemofARPALombardia[J].Earth,2022,3(1).附錄電路圖

源代碼#include"sys.h"#include"usart.h"#include"stdlib.h"#include"delay.h"#include"usart2.h"#include"usart3.h"#include"string.h"#include"oled.h"#include"adc.h"#include"tim.h"#include"app.h"#include"gpio.h"#include"dht11.h"#include"pm25.h"uint8_tval[2];intmain(void){u8t; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)分組為組2：2位搶占優(yōu)先級(jí)，2位響應(yīng)優(yōu)先級(jí) delay_init();//延時(shí)函數(shù)初始化 system_Time_Init(9,7199); USART_Config();//串口打印USART3_Config(9600);//藍(lán)牙GPIOABC_Configuration(); uart2_init(9600);//adc_init();DHT11_Init();//DHT11初始化 pm25_init(); OLED_Init();// OLED_Clear(); delay_ms(1); while(1) { app(); }}ifndef__SYS_H#define__SYS_H #include"stm32f10x.h"http://0,不支持ucos//1,支持ucos#defineSYSTEM_SUPPORT_OS 0 //定義系統(tǒng)文件夾是否支持UCOS //IO口操作宏定義#defineBITBAND(addr,bitnum)((addr&0xF0000000)+0x2000000+((addr&0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))#defineMEM_ADDR(addr)*((volatileunsignedlong*)(addr))#defineBIT_ADDR(addr,bitnum)MEM_ADDR(BITBAND(addr,bitnum))//IO口地址映射#defineGPIOA_ODR_Addr(GPIOA_BASE+12)//0x4001080C#defineGPIOB_ODR_Addr(GPIOB_BASE+12)//0x40010C0C#defineGPIOC_ODR_Addr(GPIOC_BASE+12)//0x4001100C#defineGPIOD_ODR_Addr(GPIOD_BASE+12)//0x4001140C#defineGPIOE_ODR_Addr(GPIOE_BASE+12)//0x4001180C#defineGPIOF_ODR_Addr(GPIOF_BASE+12)//0x40011A0C#defineGPIOG_ODR_Addr(GPIOG_BASE+12)//0x40011E0C#defineGPIOA_IDR_Addr(GPIOA_BASE+8)//0x40010808#defineGPIOB_IDR_Addr(GPIOB_BASE+8)//0x40010C08#defineGPIOC_IDR_Addr(GPIOC_BASE+8)//0x40011008#defineGPIOD_IDR_Addr(GPIOD_BASE+8)//0x40011408#defineGPIOE_IDR_Addr(GPIOE_BASE+8)//0x40011808#defineGPIOF_IDR_Addr(GPIOF_BASE+8)//0x40011A08#defineGPIOG_IDR_Addr(GPIOG_BASE+8)//0x40011E08//IO口操作,只對(duì)單一的IO口!//確保n的值小于16!#definePAout(n)BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)//輸出#definePAin(n)BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)//輸入#definePBout(n)BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)//輸出#definePBin(n)BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n)//輸入#definePCout(n)BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n)//輸出#definePCin(n)BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n)//輸入#definePDout(n)BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n)//輸出#definePDin(n)BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n)//輸入#definePEout(n)BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)//輸出#definePEin(n)BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n)//輸入#definePFout(n)BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)//輸出#definePFin(n)BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)//輸入#definePGout(n)BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n)//輸出#definePGin(n)BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n)//輸入#ifndef__USART_H#define__USART_H#include"stdio.h" #include"sys.h"#include"stm32f10x.h" //externu8USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];//接收緩沖,最大USART_REC_LEN個(gè)字節(jié).末字節(jié)為換行符//externu16USART_RX_STA; //接收狀態(tài)標(biāo)記 ////如果想串口中斷接收，請(qǐng)不要注釋以下宏定義//voiduart_init(u32bound);//串口1-USART1#defineDMA_UART1_data_len128externu8DMA_UART1_data[DMA_UART1_data_len];#defineDEBUG_USARTxUSART1#defineDEBUG_USART_CLKRCC_APB2Periph_USART1#defineDEBUG_USART_APBxClkCmdRCC_APB2PeriphClockCmd#defineDEBUG_USART_BAUDRATE9600//USARTGPIO引腳宏定義#defineDEBUG_USART_GPIO_CLK(RCC_APB2Periph_GPIOA)#defineDEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmdRCC_APB2PeriphClockCmd#defineDEBUG_USART_TX_GPIO_PORTGPIOA#defineDEBUG_USART_TX_GPIO_PINGPIO_Pin_9#defineDEBUG_USART_RX_GPIO_PORTGPIOA#defineDEBUG_USART_RX_GPIO_PINGPIO_Pin_10#defineDEBUG_USART_IRQUSART1_IRQn#defineDEBUG_USART_IRQHandlerUSART1_IRQHandlervoidUSART_Config(void);voidUsart_SendByte(USART_TypeDef*pUSARTx,uint8_tch);voidUsart_SendString(USART_TypeDef*pUSARTx,char*str);voidUsart_SendHalfWord(USART_TypeDef*pUSARTx,uint16_tch);#endif#ifndef__DELAY_H#define__DELAY_H #include"sys.h" voiddelay_init(void);voiddelay_ms(u16nms);voiddelay_us(u32nus);voiddelay_nms(u16nms);voiddelay_nus(u32nus);#endif#ifndef__USART2_H#define__USART2_H#include"stdio.h" #include"sys.h"voiduart2_init(u32bound);#defineUSART2_REC_LEN 200 //定義最大接收字節(jié)數(shù)200#defineEN_USART2_RX 1 //使能（1）/禁止（0）串口1接收 externu8USART2_RX_BUF[USART2_REC_LEN];//接收緩沖,最大USART_REC_LEN個(gè)字節(jié).末字節(jié)為換行符externu16USART2_RX_STA; //接收狀態(tài)標(biāo)記 //如果想串口中斷接收，請(qǐng)不要注釋以下宏定義voidUSART2_SendString(u8*DAT,u8len);voidUSART2_SendData(u8data);voidUSART2_Init(u32bound);#endif#ifndef__USART3_H#define__USART3_H#include"stdio.h" #include"sys.h"#defineUSART3_REC_LEN 200 //定義最大接收字節(jié)數(shù)200#defineEN_USART3_RX 1 //使能（1）/禁止（0）串口1接收 externu8USART3_RX_BUF[USART3_REC_LEN];//接收緩沖,最大USART_REC_LEN個(gè)字節(jié).末字節(jié)為換行符externu16USART3_RX_STA; //接收狀態(tài)標(biāo)記 //如果想串口中斷接收，請(qǐng)不要注釋以下宏定義voiduart3_init(u32bound);voidUSART3_Config(u32bound);voidUSART3_send_byte(u8data);voidUSART3_send_buf(u8*buf,u16len);#endif#ifndef__OLED_H#define__OLED_H#include"sys.h"#include"stdlib.h" #defineOLED_MODE0#defineSIZE8#defineXLevelL 0x00#defineXLevelH 0x10#defineMax_Column 128#defineMax_Row 64#define Brightness 0xFF#defineX_WIDTH 128#defineY_WIDTH 64 //OLEDIIC端口定義 #defineOLED_SCLK_Clr()GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6)//SCL#defineOLED_SCLK_Set()GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6)#defineOLED_SDIN_Clr()GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5)//SDA#defineOLED_SDIN_Set()GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5) #defineOLED_CMD0 //寫命令#defineOLED_DATA1 //寫數(shù)據(jù)//OLED控制用函數(shù)voidOLED_WR_Byte(unsigneddat,unsignedcmd);voidOLED_Display_On(void);voidOLED_Display_Off(void); voidOLED_Init(void);voidOLED_Clear(void);voidOLED_DrawPoint(u8x,u8y,u8t);voidOLED_Fill(u8x1,u8y1,u8x2,u8y2,u8dot);voidOLED_ShowChar(u8x,u8y,u8chr,u8Char_Size);voidOLED_ShowNum(u8x,u8y,u32num,u8len,u8size);voidOLED_ShowString(u8x,u8y,u8*p,u8Char_Size); voidOLED_Set_Pos(unsignedcharx,unsignedchary);voidOLED_ShowCHinese(u8x,u8y,u8no);voidOLED_DrawBMP(unsignedcharx0,unsignedchary0,unsignedcharx1,unsignedchary1,unsignedcharBMP[]);void