摘 要近年来国家大力发展制造行业，空气环境不断变化，极端恶劣天气现象时有发生，导致人们越来越注重空气环境，甲醛、颗粒物浓度度值的检测在日常生活中尤为重要。尤其在新房装修期间，家居中油漆等物质的挥发影响着大量人的身体健康安全，为了能够实时监测空气中的有害物质，减少其对人体的影响，本课题设计了一套室内空气检测仪，它主要通过温度传感器、烟雾传感器、甲醛检测模块的使用，完成对当前室内甲醛等数据的监测。设计主要研究了STM32F103芯片对室内甲醛浓度的采集、转换的过程，将数据显示在LCD液晶显示屏上，同时也可通过DHT11温湿度传感器采集温度数据和MQ-2气敏传感器采集烟雾浓度，方便用户对空气钟甲醛、烟雾以及温度数据的实时监测。同时用户还可通过按键电路设置各数据的阈值，在环境有害气体浓度超出阈值范围后单片机可通过声光报警电路向用户发出提醒，从而减小空气环境给用户带来的伤害。
目录
一、引言 6
(一) 研究背景及意义 6
(二) 发展现状 6
(三) 主要研究内容 6
二、项目设计方案 7
(一) 功能与硬件组成设计 7
(二) 单片机型号的选择 7
(三) 烟雾浓度传感器的选择 8
(四) 温湿度传感器模块的选择 8
(五) 显示屏的选择 9
(六) 甲醛浓度传感器的选择 9
三、 硬件电路的设计 11
(一) STM32单片机核心电路设计 11
(二) 甲醛传感器电路设计 11
(三) 按键电路 11
(四) LCD液晶显示电路 12
(五) 烟雾浓度传感器电路 13
(六) 温湿度传感器模块电路 13
(七) 声光报警电路 14
四、 系统软件设计 15
(一) 系统主程序框架 15
(二) 液晶屏显示流程 15
(三) 温湿度模块程序流程 16
(四) 按键电路流程 17
(五) 甲醛浓度检测电路流程 17
(六) 烟雾浓度检测流程 18
(七) 声光报警电路流程 18
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五、 安装与调试 19
(一) PCB设计 19
(二) 焊接过程 19
(三) 功能调试 19
六、 总结与展望 21
致谢 22
参考文献 23
附录一：原理图 24
附录二：实物图 24
附录三：程序部分 26
一、引言
研究背景及意义
在日常生活和工业生产过程中，甲醛、颗粒物气体等有害气体监测扮演着不可或缺的角色，其中甲醛的主要形态是一种无色但有刺激性气味的气体，在我国毒化学品名单中排列第二，仅次于强致癌物质二恶英，在长期吸入甲醛后可能导致皮炎、色斑等症状，少量吸入也可导致慢性中毒、皮肤刺激症、指甲角化、精神紊乱等症状。而日常室内装修时使用的胶合板等装修用品中，由于残留大量胶合剂、防腐剂等残留物，是导致室内空气甲醛浓度提高的主要来源[1]。
随着人民对健康要求和生活环境的逐步提高，人们越来越在意对日常生活环境的监测，设计并研究一款能够实时监测当前空气环境的便携仪器在当今生活中从而显得尤为重要。
发展现状
对于环境的检测，在曾经西方发达国家的工业时期就被大量使用。随着近年来我国工业化进程不断发展，国家政府和人民越来越重视对甲醛、有害颗粒物的检测。以检测甲醛浓度为例，当前市面上甲醛浓度检测的方法虽总类繁多，但常用的检测方法较为单一，其中较为常见的检测方法为：将甲醛气体与特定的检测试纸长时间接触后，通过与检测试纸中TAB发色剂与甲醛发生化学反应后呈现出的颜色与颜色对比卡对比后估算出甲醛浓度的范围。这种方法需要在检测时配制溶液，并且该溶液无法长期保存，同时在对比过程中，由于是通过目视比较，所以存在较大的误差。而市面上高精度的甲醛浓度检测仪价格昂贵，无法满足人民的日常需求。所以能够完成一款能够较为准确的检测甲醛和有害颗粒物检测的仪器成为提高人民生活水平的重要仪器。
主要研究内容
设计中主要研究了STM32F103芯片对各传感器模块数据的数据收发功能和对各数据判断的逻辑功能调试，以及对MQ2烟雾浓度传感器的研究和调试，以及甲醛浓度传感器的数据处理、浓度检测的研究。其中包括供电电路的设计、数据超标后报警电路的研究、数据的显示功能以及按键电路的使用。从而为使用者提供良好的人机使用界面。
二、项目设计方案
功能与硬件组成设计
设计中通过主控芯片对烟雾浓度、温湿度、甲醛浓度的检测从而实现室内环境检测仪的设计，总体设计框图如图1所示。各模块功能如下：
按键模块：用户通过按键电路对数据的阈值进行设置，当环境数据与阈值数据不符后驱动报警电路对用户发出提醒。
显示模块：LCD显示屏实时显示各传感器检测到的实时环境数据。
烟雾检测模块：MQ2烟雾浓度传感器通过接入特定的MCU引脚，进行AD转换后，将数据发送给MCU。
甲醛检测模块：甲醛浓度传感器和温度传感器通过特定的传输协议将数据发送给MCU。
主控芯片：MCU负责接收各模块的数据后，将数据发送给LCD显示屏，同时进行数据运算和逻辑判断等功能。


图1 总体设计框图
单片机型号的选择
STM32F103单片机常用于对性能、成本和功耗要求较高的设计中，内部集成了中央处理器、闪存、I/O口等，在程序烧录的过程中仅需通过打开编程软件并且正确连接烧录器即可完成对单片机的烧录工作。
相较于市面上常见的STC89系列单片机，STM32F1系列单片机能够提供一对16位精度的A/D、D/A数模转换器，并且提供两个16位的定时器，在工作频率方面最大支持48MHz，远超STC89系列单片机的35MHz工作频率，并且在存储方面能够提供最大128MB的存储空间，其运行速度和存储空间方面远超STC89系列单片机，其自带了两个数模转换器能够在对烟雾浓度数据传输方面提供方便，且在进行串口通信时，相较于STC89单片机的1个串口来说STM32单片机提供的5个串口能够接入更多的设备，仅串口接口方面就使STM32单片机在市场上被广泛使用，同样在该设计中我使用了STM32F103型号单片机作为主控芯片。其实物图如图2所示。

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