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编号：
HJJ-32-2021-019
设计简介：
本设计是基于单片机的室内环境监测器，主要实现以下功能：
- 可实现LCD1602显示环境数据
- 实时监测一氧化碳、甲烷、烟雾值
- 空气质量大于各自限值报警，并通过TTS报警
标签：STM32单片机、LCD1602、空气质量
题目扩展：空气检测器、环境监测、气体监测
1. 中控部分
- 核心控制器：STM32F103单片机，负责获取输入数据、处理数据并控制输出部分。
2. 输入部分
- CO检测模块：MQ-7模块，检测当前一氧化碳浓度。
- 甲烷检测模块：MQ-4模块，检测当前甲烷浓度。
- 烟雾检测模块：MQ-2模块，检测当前烟雾浓度。
- 独立按键：三个独立按键，用于切换界面和调整阈值。
- 供电电路：为整个系统提供电源。
3. 输出部分
- 显示模块：LCD1602模块，显示CO、甲烷、烟雾值及其阈值。
- 语音播报模块：当CO、甲烷、烟雾值超过阈值时，重复播报“警报”。
- 电机驱动模块：MX1508模块，当CO、甲烷、烟雾值超过阈值时，驱动风扇转动。
- 蜂鸣器：当CO、甲烷、烟雾值超过阈值时，蜂鸣器报警。
第五章 仿真调试
5.1仿真总体设计
如下图5-1所示为仿真总体设计，其中有单片机的最小系统，LCD1602显示屏、独立按键、电位器、两个LED。其中，单片机的主芯片是STM32F103；显示模块采用LCD1602显示CO、甲烷、烟雾值和CO、甲烷、烟雾值的阈值；三个独立按键用于切换界面和调整阈值；电阻组成的电位器用于模拟CO、甲烷、烟雾的检测；LED1为蜂鸣器的指示灯，LED2为风扇的指示灯。
图5-1 仿真总体设计
5.2调整阈值仿真测试
如图5-2所示，依次显示此时的CO、甲烷、烟雾值。如图5-3所示，通过按键中的“设置”键可切换到设置CO阈值的界面。如图5-4所示，通过按键中的“加”键和“减”键调整CO的阈值。如图5-5所示，再次按下按键中的“设置”键可切换到设置甲烷阈值的界面。如图5-6所示，通过按键中的“加”键和“减”键调整甲烷的阈值。如图5-7所示，再次按下按键中的“设置”键可切换到设置烟雾阈值的界面。如图5-8所示，通过按键中的“加”键和“减”键调整烟雾的阈值。再次按下按键中的“设置”键就回到了测量界面。此外，CO阈值的最小值为20，甲烷、烟雾阈值的最小值为30。
图5-2 初始仿真测试图
图5-3 设置CO阈值仿真测试图
图5-4 调整CO阈值仿真测试图
图5-5 设置甲烷阈值仿真测试图
图5-6 调整甲烷仿真测试图
图5-7 设置烟雾阈值仿真测试图
图5-8 调整烟雾阈值仿真测试图
5.3蜂鸣器、风扇仿真测试
如图5-9所示，RV1、RV2、RV3三个电位器分别模拟CO、甲烷、烟雾检测模块，点击RV1、RV2、RV3三个电位器可改变显示器中CO、甲烷、烟雾的值。当CO、甲烷、烟雾三者只要有一个值大于设置的阈值，两个LED灯都亮，表示蜂鸣器报警、风扇转动。
图5-9 空调继电器断开仿真测试图
第六章 系统调试
6.1系统总体设计
首先要做的是电路焊接，有电源模块、显示模块、单片机模块、CO检测模块、甲烷检测模块、烟雾检测模块、独立按键模块、语音播报模块、温度检测模块、直流电机驱动模块、LED和蜂鸣器。下图6-1为焊接完整系统图：
图6-1 完整焊接系统图
6.2调整阈值仿真测试
如图6-2所示，依次显示此时的CO、甲烷、烟雾。如图6-3所示，通过按键中的S1“设置”键可切换到设置CO阈值的界面。如图6-4所示，通过按键中的S2“加”键和S3“减”键调整CO的阈值。如图6-5所示，再次按下按键中的S1“设置”键可切换到设置甲烷阈值的界面。如图6-6所示，通过按键中的S2“加”键和S3“减”键调整甲烷的阈值。如图6-7所示，再次按下按键中的S1“设置”键可切换到设置烟雾阈值的界面。如图6-8所示，通过按键中的S2“加”键和S3“减”键调整烟雾的阈值。再次按下按键中的“设置”键就回到了测量界面。此外，CO阈值的最小值为20，甲烷、烟雾阈值的最小值为30。
图6-2 初始系统测试图
图6-3 设置CO阈值系统测试图
图6-4 调整CO阈值系统测试图
图6-5 设置甲烷阈值系统测试图
图6-6 调整甲烷系统测试图
图6-7 设置烟雾阈值系统测试图
图6-8 调整烟雾阈值系统测试图
6.3蜂鸣器、风扇仿真测试
如图6-9所示，用打火机的气体模拟CO泄露，当CO的值大于CO阈值时，蜂鸣器报警、语音模块重复播报“警报”、风扇转动。同样的图6-10、图6-11分别为甲烷、烟雾大于阈值系统图，并且蜂鸣器报警、语音模块重复播报“警报”、风扇转动。
图6-9 CO大于阈值系统测试图
图6-10 甲烷大于阈值系统测试图
图6-11 烟雾大于阈值系统测试图
设计摘要：
随着我国城市化的快速发展，越来越多的人定居在城市，住房已成为大多数人不可或缺的刚性需求。在生活在信息时代的同时，人们可以及时地从外界获取信息和生活必需品。人们大部分时间都呆在家里。因此，每个人的健康与室内空气质量密切相关。建筑中有30多种有害物质，危害人类健康，危害人们身心健康.由于室内空气质量存在的问题，对室内空气质量检测的研究越来越受到重视。因此，有必要设计一种室内环境监测装置，一方面可以让用户知道房间的状况，另一方面也可以改善空气质量，缓解目前的状况。可见，对室内环境检测的研究具有重要意义。
该设计方案是基于单片机的室内空气质量检查系统。以空气指数为研究对象，以STM32单片机为核心微处理器，并利用各种传感器系统对空气指数及其他外围电路进行检测。空气质量检测系统包括以下多个控制模块：单片机的控制模块，按键模块，显示器模块，一氧化碳检测模块，甲烷检测模块，烟雾检测模块，报警模块，电机驱动模块。根据按键控制模块调整气体浓度值的阈值。甲烷气体和一氧化碳气以及烟雾体浓度值检测传感器可立即检测空气中的甲烷气体、一氧化碳及烟雾浓度值，并将数据信息传输到单片机，单片机对数据信息进行处理来解决此问题，当浓度值超过预设值时，将发出警报，并且电机驱动控制模块旋转排气扇将有害物质排放到房间外。另外，检测到的浓度值也可以根据显示屏显示出来。
关键词：单片机；声光报警；LCD显示电路；室内环境监测
字数：10000+
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目 录
第一章 绪论
1.1研究背景
1.2室内环境智能监测系统现状
1.3设计目的及内容
第二章 系统设计方案论证以及总体框架设计
2.1设计方案论证
2.1.1单片机模块的选择及论证
2.1.2电源方案选择及论证
2.1.3煤气监测选择与论证
2.2总体硬件电路框架
第三章 硬件系统设计与连接
3.1整体设计分析
3.2单片机最小系统分析
3.3甲烷监测模块设计
3.3.1 MQ-4 传感器
3.3.2甲烷监测模块设计
3.4一氧化碳监测模块设计
3.4.1 MQ-7传感器
3.4.2 MQ-7一氧化碳检测设计
3.5烟雾监测模块设计
3.5.1MQ-2传感器
3.5.2烟雾检测设计
3.6语音模块电路设计
3.7电机驱动模块设计
3.8显示电路设计
3.9报警模块设计
第四章 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
第五章 仿真调试
5.1仿真总体设计
5.2调整阈值仿真测试
5.3蜂鸣器、风扇仿真测试
第六章 系统调试
6.1系统总体设计
6.2调整阈值仿真测试
6.3蜂鸣器、风扇仿真测试
总 结
参考文献
致 谢
附 录
