基于單片機的空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著社會不斷的提高以及信息技術(shù)的快速發(fā)展，人類對能源動力的需求也將不斷地增長，但是到目前為止人類的能源供應(yīng)還是主要依賴于化石燃料，并且伴隨著工業(yè)廠房數(shù)目越來越多，環(huán)境污染問題也變的越發(fā)嚴(yán)重，特別是受大氣污染嚴(yán)重的空氣污染成為了全球性的關(guān)注重點，嚴(yán)重地引發(fā)了人們對空氣質(zhì)量的憂心。因此文章中介紹了一種以STM32單片機為核心的自動采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)，并運用了多種傳感器設(shè)計而成的帶有空氣質(zhì)量檢測、顯示以及蜂鳴器報警等功能的新型空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)。整個系統(tǒng)利用傳感器對周邊環(huán)境中的溫度、濕度、PM2.5、一氧化碳濃度等多種參數(shù)進行了實時的檢測，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理及存儲，并通過WIFI模塊將處理過后的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的上傳到移動端，提供了良好的人機交互接口，達到了遠程數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控數(shù)據(jù)的目的。從實際應(yīng)用出發(fā)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動采集及傳輸，該系統(tǒng)具有可靠性高、體積小、費用少、采集速度快以及檢測方便快捷等優(yōu)點。關(guān)鍵詞:空氣質(zhì)量檢測；STM32;傳感器；WIFI目錄1概述 [14]，編程界面如下圖所示，該開發(fā)環(huán)境支持單片機STM32系列芯片，并且在這個軟件中可以采用C語言來進行編譯。同時STM32單片機在開發(fā)時可以調(diào)用自己的庫函數(shù)來編寫對應(yīng)的程序，增加了程序的移植性，提高了編程的效率。圖5-1系統(tǒng)軟件設(shè)計的編程圖本次軟件設(shè)計的程序流程如圖5-1，主要過程就是將系統(tǒng)通電后先進行串口初始化，還有傳感器模塊和WIFI模塊的初始化，然后發(fā)送命令讓溫濕度傳感器、霍爾傳感器、粉塵傳感器、一氧化碳傳感器和光敏電阻傳感器進行數(shù)據(jù)采集和處理，采集完數(shù)據(jù)之后，啟動WIFI模塊則開始搜索無線設(shè)備，連接之后，將數(shù)據(jù)通過WIFI發(fā)送到手機軟件上。

開始結(jié)束WIFI模塊是否連接搜索無線設(shè)備并連接實時顯示在顯示器上系統(tǒng)信號的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)信號的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的初始化開始結(jié)束WIFI模塊是否連接搜索無線設(shè)備并連接實時顯示在顯示器上系統(tǒng)信號的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)信號的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的初始化NY移動終端移動終端圖5-1系統(tǒng)主程序流程圖由流程圖可以看出，系統(tǒng)的軟件設(shè)計和硬件設(shè)計可以一樣分成各個模塊來設(shè)計，首先對每個模塊都進行初始化，設(shè)置一些比較重要的參數(shù)，再通過調(diào)用每個功能模塊的函數(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理、報警以及與無線移動終端等功能，這樣就可將各個模塊所受到的數(shù)據(jù)都顯示到TFT液晶顯示器上。4.2系統(tǒng)的軟件調(diào)試由于這次的系統(tǒng)軟件設(shè)計使用的是Keil軟件來編寫程序，因此可以直接通過軟件中的Debug工具先對軟件中的程序進行調(diào)試，在整個調(diào)試過程中我們可以很直觀的看到各個寄存器中的所處理得到的數(shù)值、每個端口以及RAM中所顯示出的數(shù)值，而且還可以對整個程序進行一個斷點的設(shè)計。為了能讓程序正常運行，應(yīng)該認真做好以下的工作準(zhǔn)備：（1）首先需要嚴(yán)格檢查電路板上每個器件的狀態(tài)，看是否出現(xiàn)問題，并且讓每個處于準(zhǔn)備工作的狀態(tài)。（2）其次將電腦端與整個電路板使用特定串口轉(zhuǎn)換線連接起來，再用一根數(shù)據(jù)線來給整個硬件部分提供電源。（3）并設(shè)置正確的數(shù)值，讓整個程序能夠正常運行。.把整個系統(tǒng)的狀態(tài)調(diào)整好之后，打開上述編寫程序的軟件，在跑程序軟件中運行自己編寫好的代碼，修改和完善其中一直出現(xiàn)的錯誤，檢查沒有錯誤后就可以生成hex文件，將改好的程序?qū)氲絾纹瑱C中。調(diào)試之后，通過觀察電路板上的TFT液晶顯示器（如下圖5-2所示），可以看出整個程序并沒有出現(xiàn)錯誤，運行出來的數(shù)據(jù)并沒有出現(xiàn)太多錯誤。圖5-2運行后的數(shù)據(jù)當(dāng)所設(shè)計的空氣檢測儀上了電源之后，程序就能自己運行，但是當(dāng)系統(tǒng)的硬件收到一定的干擾后會構(gòu)成異常，程序就會不能使用，并且還會陷入死性循環(huán)，完全不能正常運行。因此為了解決這一問題，必須設(shè)置一個“看門狗”，這樣就可以讓系統(tǒng)在沒有監(jiān)管的狀態(tài)下也能讓單片機自己繼續(xù)獨立工作。這樣做大大的提高了系統(tǒng)的抗干擾能力以及穩(wěn)定性。

5測試與結(jié)果分析對于系統(tǒng)的測試目的就是為了能夠發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在設(shè)計過程中的疏忽與錯誤，能夠及時訂正，確保整個系統(tǒng)能夠達到所設(shè)想的設(shè)計要求。測試階段就是整個系統(tǒng)設(shè)計的最終環(huán)節(jié)，也是相對重要的一個過程，更是為了能夠保證系統(tǒng)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。測試成功之后，對系統(tǒng)所出現(xiàn)的一些問題進行修正和改進，然后開始利用這個系統(tǒng)對空氣的質(zhì)量進行測試，將系統(tǒng)運行之后所得到的測試結(jié)果進行分析，準(zhǔn)確評估這個空氣質(zhì)量檢測儀的性能，為以后的修改系統(tǒng)和研究設(shè)計提供一些有價值參考。本設(shè)計的最終成品圖如下圖6-1所示。圖6-1系統(tǒng)的硬件實物圖5.1系統(tǒng)的整體測試在對整個硬件系統(tǒng)的是否能正常使用之前，要對所有的傳感器模塊分別進行一個調(diào)試，目的是為了排除系統(tǒng)運行時可能會存在的一些問題，能夠讓整個系統(tǒng)順利的運行下去。接著需要使用先前搭建好的測試環(huán)境來檢測整個系統(tǒng)是否能夠達到預(yù)計的設(shè)計要求和目的，然后對整個硬件系統(tǒng)的測試情況進行一定的評估，通過USB接口連接到電腦上對空氣檢測儀進行供電，整機測試的結(jié)果如下圖6-2所示。

圖6-2整個系統(tǒng)的測試結(jié)果經(jīng)過試驗可以看到當(dāng)點著的香煙慢慢靠近PM2.5傳感器時，液晶顯示屏上的數(shù)據(jù)一直在不斷的上升，超過了之前設(shè)置的報警值，緊接著蜂鳴器進行報警，來提醒使用該系統(tǒng)的用戶當(dāng)前所處的環(huán)境PM2.5濃度已經(jīng)超標(biāo)。最后經(jīng)過多次整個系統(tǒng)的測試之后，可以發(fā)現(xiàn)所設(shè)計的整個系統(tǒng)能夠完成之前預(yù)想的顯示、報警以及與手機端上傳數(shù)據(jù)等功能。5.2無線系統(tǒng)測試空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)需要配合無線模式才能夠與手機終端設(shè)備連接到一起，按下與無線模塊連接的按鍵，當(dāng)ESP8266器件的指示燈亮起時，用密碼連接到手機上，緊接著打開手機上的軟件對于器件進行配置。最終WIFI模塊開始工作，每隔一段時間就會將測量的數(shù)據(jù)實時地發(fā)送到手機終端進行顯示，手機終端顯示的結(jié)果如下圖所示。圖6-3手機終端顯示結(jié)果通過對整機的測試和無線模塊的測試，可以看出兩者所顯示的數(shù)據(jù)是完全相同的，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)進行實時測試的結(jié)果的功能，得到了所預(yù)期的效果。5.3結(jié)果分析通過對測試出來數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，這些結(jié)果明顯的可以體現(xiàn)出系統(tǒng)可以非常穩(wěn)定，并且可以長時間地運行，能夠準(zhǔn)確地測量出所有傳感器對于空氣質(zhì)量的指標(biāo)性問題，能夠獲得大氣中溫濕度、風(fēng)速等信息，并且能夠通過手機APP可以查看所監(jiān)測到的信息，能夠?qū)τ谥苓叺沫h(huán)境進行一個實時監(jiān)控，然后當(dāng)PM2.5到達一定值時就能報警，所以本次所設(shè)計的系統(tǒng)滿足之前所預(yù)測的效果和要求。

6總結(jié)此次課題的設(shè)計是基于單片機的空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)，在整個系統(tǒng)設(shè)計中使用到了無線模塊，而且實現(xiàn)了WIFI、嵌入式與數(shù)據(jù)采集的結(jié)合。做這個系統(tǒng)主要就是將現(xiàn)有的結(jié)果與理論應(yīng)用并實踐，使所有可以紙上談兵的理論變成實際。然而在這次的設(shè)計中只是將所有使用到的傳感器類型進行了一些特別簡單的應(yīng)用，實現(xiàn)了無線傳輸功能，然而對于ESP8266器件的內(nèi)部原理了解的并沒有多少，只是進行了一個相對簡單的應(yīng)用，因此在這方面還必須要做特別多的工作。首先分析了空氣質(zhì)量檢測在國內(nèi)外的一些研究現(xiàn)狀，并且結(jié)合了一些市面上的要求和一些比較新鮮的技術(shù)出現(xiàn)，給出了一個特別具體的設(shè)計方案，然后在網(wǎng)上查找各種器件的資料進行一定的學(xué)習(xí)，連接好整個系統(tǒng)硬件原理圖，緊接著介紹了每個模塊的特有功能，到最后再完成在軟件上的所有設(shè)計，完成了本設(shè)計的一切理論。然后將理論付諸于實踐，驗證了此設(shè)計的可行性和一定的適用性。當(dāng)然，此次的設(shè)計也有特別多的不足之處，例如，數(shù)據(jù)采集的靈敏度不是特別的準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)采集的過程中也可能會出現(xiàn)很多失真的情況，最后導(dǎo)致系統(tǒng)所顯示的數(shù)據(jù)有很大可能性被中斷。此外，由于電路是自己動手焊接的，每一導(dǎo)線之間漏電的可能性也是存在的，導(dǎo)線之間絕緣性不夠強，抗干擾能力也就顯現(xiàn)的非常薄弱，而且手工焊接的牢固程度和器件在板子上的排版布局也不能得到理想的狀態(tài)，因此都有需要特別改進的地方。

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