摘 要为更方便的测量精确的空气质量,设计了一种可以基于单片机STM三十二的空气质量监测控制系统,系统使用STM三十二单片机作为控制系统内核,并采用DHT十一温度及湿度感应器采集环境湿度,GP2Y1014AU粉尘传感器采集环境空气粉尘颗粒,CJ-01-SH20甲醛气体传感器检测甲醛和刺鼻气味,使用ESP8266型WIFI驱动实现WIFI无线数据的收发,使得系统与用户手机APP进行对接,从而能够通过手机无线检控系统的数据,利用LCD1602液晶屏实时显示测量数据,该系统可以实现空气环境温湿度以及粉尘甲醛的检测,使得空气检测更加智能化和便捷化。
目 录
摘 要 I
Abstract II
一、引言 1
（一）研究背景 1
（二）设计目的 1
（三）设计内容 1
二、智能居家空气检测系统的方案设计 2
（一）设计方案 2
（二）设计原理 2
三、系统硬件设计 3
（一）单片机控制模块 3
（二）GP2Y1014AU粉尘传感器 4
（三）温度传感器 5
（四）液晶显示模块 6
（五）继电器和报警电路 6
（六）HCHO 甲醛传感器 7
（七）WIFE模块 8
四、系统软件设计 9
（一）设计主流程 9
（二）系统显示驱动子程序设计 10
（三）报警子程序流程设计 11
五、实物制作与安装 11
总结 12
参考文献 13
附录Ⅰ原理图 14
附录II单片机程序 16
 一、引言
（一）研究背景
由于新型冠状病毒（COVID19）在全球范围的肆虐，人类至今依然生活在恐惧和不安之中，全球众多国家呼吁人们少走出家门进行室外活动少和别人凑在一起进行社交，出门活动应当带好口罩。在此背景之下，人们长时间在室内进行为了生存和发展的活动，出于人们的自我保护意识，短期会打开窗户使得室内的空气与户外的空气进行交换，同时降低室内二氧化碳浓度以及室内粉尘含量。但是长期使用这种 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: &351916072& 
方法，室内空气环境中空气所含尘埃量一定会受到严重的影响。在科技飞速发展的当代，空气数据采集已经遍布到了各行各业，农业、工业以及家庭生活内部，这些数据就遍布在我们生活之中。同时软件技术的发展也是极为快速的，硬件和软件的结合使得相辅相成，提供了全方面技术保障。但是目前市场技术不够完美的切合到实际应用，实际解决问题和系统不匹配、不相符。并且检测数据精度往往不高、功能不够齐全，不足以满足当前大众的需求。人们对于测室内的卫生与健康的空气环境的需求显著提高。因而设计了这个空气检测系统。
（二）设计目的
此设计的室内空气检测的智能家居系统有效的解决了市场上智能居家空气检测系统使用的复杂繁琐的问题，本设计使用方便智能快捷。在正式设计之前，需要制定各项指标功能，本系统采用了意法合资半导体公司的STM32微处理器来构建主控，在系统架构方面将配置子电路模块，通过对国内外多数优秀设计成果资料的调查研究，目前市面上已经拥有较多的优秀设计方案，本系统将在此基础上进行改进和优化，使得本系统能够在正常工作状态下对空气质量数据进行稳定采集，并将采集数据显示在液晶屏上供用户进行查看，在此基础上用户可以通过手机APP界面来对系统的运行状态进行查看。
（三）设计内容
1、设计LCD1602液晶屏显示电路，能够实现与STM32单片机的快速数据通信，将检测到的温湿度以及空气质量数据显示出来。
2、设计DHT11传感器电路，能够使用单片机构建数据接口驱动DHT11传感器，实现较为精准的温湿度值，并将检测到的温湿度转换为数字送入单片机。
3、采用了继电器式控制电路,利用STM三十二单片机的管脚控制实现继电器的触头的闭合与断开,同时具有自动控制、安全防护、切换电路等能力功能
4、设计ESP8266型WIFI驱动电路，实现WIFI无线数据的收发，使得系统与手机APP进行对接，从而能够通过手机无线监控系统的数据；
5、采用了GP2Y1014AU粉尘感应器电路,可以通过单片机的数据接口驱动,检测最小粒径为零点八μm的空中尘埃,当室内空气中的微粒阻挡红外线时,红外线发出漫反射,而光电晶体管则接受到了红外线,信号输出引脚电流发出改变。
二、智能居家空气检测系统的方案设计
（一）设计方案
接下来将对实现的各项功能指标方案进行设计，在对各个子电路功能进行研发之前，本设计首先需要对系统方案框架结构进行研发。通过Visio绘制了智能居家空气检测系统框架结构，将系统整体划分为STM32微处理器最小系统以及子电路等，在硬件层面将配置专用接口，实现STM32微处理器与每个功能模块的连接，STM32微处理器将通过软件程序来对各个功能模块进行驱动。在实现温湿度的精确采集功能，采用的是DHT11温度湿度传感器来构建采集温湿度部分。在实现环境空气粉尘颗粒的精确采集功能，采用GP2Y1014AU粉尘传感器来构建采集环境空气粉尘颗粒部分。在实现甲醛气体和刺鼻气味的精确采集功能，采用CJ01SH20甲醛气体传感器来构建采集检测甲醛和刺鼻气味部分。在实现手机APP无线遥控功能方面，采用的是ESP8266型无线网络通信模块。在实现系统运行数据的显示方面，采用的是LCD1602液晶屏来构建电路。
该系统结构设计比较简单,但设计中还是有几个重要的问题,主要有:(1)采用单片机原理数字信号的发出与接受;(2)对该软件系统各功能模块稳定性、可信度和实用价值的综合考核;(3)WiFi模块是否能有效准确的将系统测出的数据准确的发送到用户的WiFi接收端。从这三方面来看,实现完成本设计的目的。
（二）设计原理
空气质量监测及管理系统以STM三十二单片机为控芯片,与外部按键模组、液晶模组、开关电源模组、蜂鸣器模块、变频器模组等多个传感器产品模组。控制系统图如图一所显示。电源模块为系统电源。感应器模组中包括了DHT十一温度传感器、GP2Y1014AU粉尘传感器。AD转换模块由五个传感器所获取的数据,并测量温度、甲醛含量和粉尘颗粒含量。通过切换关键模块,即可观察不同气体成份的浓度。当甲醛气体和尘埃颗粒成分浓度达到规定阈值时,发出蜂鸣器报警。液晶显示模块用于以数字屏幕显示空气浓度,可针对空气浓度形成不同的PWM波形,以实现风扇转速调节。此外,我们还可以通过ESP8266型WIFI模块将数据上传到移动应用程序,实时监控家庭数据指标。

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