基于STM32的PM2.5监控系统的设计与实现.docx

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1、摘要如今的世界是一个现代化信息世界，随着计算机科学和信息技术的普及和飞速发展，我们可以人为的利用信息科技的手段去针对环境进行高质量的环境检测，这被认为是一个快速准确地反映当前的环境质量状况的方法是最直接，有效的方法。追求室内环境之美是当代的人们对住房的普遍需求。为了满足人们追求完美的室内环境之美，人们通过制造和使用大量的天然合成化学材料来建造和装饰自己的房屋，这样的设计可以说明我们可以极大地促进环境改善和充分保留了房屋的美观性，但是也会给我们引起一个很重要的问题，就是室内会充分保留了有害的气体，这样会给人增加危险。由于室内外环境的变化和异常的气候，灰尘在大气层变得越来越容易受到严重的污染，经常

2、的还会引起呼吸系统的疾病，例如急性鼻炎。由此可知，我们身处的室内大气环境中的有害气体PM2.5浓度将一定会持续地得到自然界和人类的高度注视，因为它与我们的呼吸系统健康状况息息相关。我们的本次实验室设计最基本的需要为我们准备的是PM2.5zph01检测温湿度的传感器，STM32flO3c8t6单片机和1602液晶触摸屏显示器这三个是本次设计需要的元器件。关键字：PM2.5浓度STM32单片机液晶显示器室内环境AbstractTheworldtodayisamodeminformationworld.WecanuseexistingtechnologytodesignsomeequiPMentth

3、atcandetectthesurroundingenvironment.whichisthemostdirectandeffectivemethodtoreflectthecurrentenvironmentalsituationquicKlyandaccurately.Thebeautyofindoorenvironmentisthedemandofcontemporarypeopleshousing.Inordertopursuethebeautyofindoorenvironment,peopledecoratehousesbyusingalargenumberofsyntheticc

4、hemicalmaterials,whichcangreatlyimproveandretainthebeautyofthehouse,butitwillcausetheproblemthattheindoorwillretainharmfulgases,whichwillincreasetherisK.Asaresultofenvironmentalchangesandabnormalclimate,thedustlayerbecomesincreasinglypolluted,oftencausingrespiratorysystemdiseases,suchasrhinitis.From

5、thiswecanseethattheconcentrationofPM2.5inouratmosphericenvironmentwillcontinuetobewatchedbyhumansbecauseitiscloselyrelatedtoourhealth.OurdesignmostneedstopreparePM2.5ZPH01detectionsensor,STM32F103C8T6singlechipmicrocomputerand1602LCDthesethreedesigndevices.Keywords:PM2.5concentrationSTM32microcontro

6、llerLCDMonitorIndoorenvironment一、设计的背景目的及意义11.1 本次设计的背景11.2 设计的意义21.3 设计的目的2二、硬件系统的设计42.1 整体设计的方向42.2 有关单片机的模块52.2.1 STM32F103单片机系统模块的作用72.2.2 供电部分82.2.3 时钟电路82.2.4 中断控制器82.2.5 复位电路82.2.6 晶振92.2.7 实验设计的功率模式92.3 LCDl602液晶模块102.4 按键电路的模块122.5 报警电路的模块132.6 ZPHOl灰尘传感器的模块14三、软件系统的设计163.1 开发环境简介163.2 整体软件

7、功能的主程序163.3 软件按键模块的设计流程16四、系统的调试、测试19参考文献22致谢23附录24一、设计的背景目的及意义1.1 本次设计的背景自1970年代中共中央开始深入开展全国环境保护工作以来，环境保护制度管理体系由下而上，从不严格到逐步严格，受中央命令严格控制该管理系统主要基于最初已经形成的环境保护法律，行政和环境保护金融工具的综合制定和使用以及环境保护法律制度，环境保护管理制度，生态保护经济制度等的制度管理体系。现代的世界人类对于环境的认识和需求渐渐得到提高，他们时时刻刻都在关注着周围的事物和环境，无论是在工作、家中还是在路上逛街。又随着现代科学电子信息监测技术的进步和飞速发展，

8、对于能够进行监测周围环境的监测设备仍然处于快速发展的阶段和趋势中。而中国，一个属于社会主义的国家，在这个推动着全世界的经济快速进步和发展的电子信息时代，我国仍然作为一个社会主义的国家，显示它在现代科学电子信息监测技术的重要作用和位置。所以近年来人们对于环境的监测设备需求也在持续增加。现代世界明确将环境划分三个资源域，生态与环境之间的关系，将资源域环境的所有权，其中包括使用权和监督权，如果我们把它定义成一个单独的序列，又把环境保护和建筑保护定义成一个森林结构也是一个独立的序列。当环境和环境监管又作为一个独立的序列，并实行所有污染监管，我相信我们周围的环境将会变成很美好、很友好。灰尘也是直接影响我

9、们室内空气质量的罪魁祸首之一。可吸入空气中的颗粒物体是关于灰尘的一种科学正确叫法，它其实是一个颗粒直径大约为IOUm的颗粒物体，对于我们人类的眼睛，呼吸道和我们的口鼻腔非常有害。因为它的粉尘可以直接黏着在他人的眼睛和呼吸道上，如果这个物体粉尘的浓度太过于高，可能会直接致使我们的呼吸管道堵塞，严重的话，可能会直接导致死亡或者窒息。可想而知，周围环境的美好对于它是多么重要。另外我们可知，煤矿在这种没有通风的恶劣天气条件下，煤尘的浓度通常可高达100Omg/m3。由于煤矿的粉尘在地下开采加工作业和煤炭的生产中会直接产生大量的粉尘，工人在这种恶劣环境下生活和工作时，会直接导致大量的灰尘从空气中被吸入；

10、如果煤矿里的地下灰尘在密封不透气的从空气中大量的进入人体呼吸系统，肺泡中则将可能会被大量的地下灰尘在空气中沉积，这种情况可能会直接导致煤矿工人因长时间患有粉尘肺病或者罹患癌症等呼吸系统疾病，严重威胁他们的健康。因此，对于煤矿地下粉尘工人进行实时的检测和应急的处理，及时的了解地下煤矿工人的日常工作生活环境和安全情况是非常必要的，这样我们可以时刻监测和捕捉工作环境中地下粉尘集中和变化的情况。为安全起见，对地下煤尘工人采取的应急处理措施就是去尽量减少并大幅降低其PM2.5的地下煤尘浓度。而且城市建筑中的建筑灰尘对环境中PM2.5的浓度影响更大。如果我们可以设计出一套施工现场监控系统，工人就可以高效而

11、有力地监督施工现场的噪声和气体污染问题，检查站点，内置组合物联网，无线通讯技术，无线传感器，设计一套节能环保，性能稳定施工现场简单易操作，可以实现数据共享环境监测系统具有实用价值。细菌传播载体其中的一类细菌载体是空气中的灰尘和烟雾，他们如果一旦发现灰尘弥漫在室内空气中，就可能会很容易向人体传播各种细菌和疾病。当室内空气质量中的粉尘PM2.5浓度已经超出了人体正常可能够接受的粉尘浓度，极大的影响可能就会导致人的身体出现诸如咳嗽、鼻塞、胸闷等其他一系列疾病之类的症状。空气中的灰尘将对我们的人类健康和其生产造成巨大的破坏。因此人们一直都在致力于找到一种改善我们的室内空气质量的有效方法，像我们种植万年

12、青、绿萝等绿色植物一样来有效降低PM2.5的粉尘浓度。但是这个前提之一就是我们必须得及时的监测出室内空气中得粉尘的浓度。所以，时刻的想要监测利观察到室内空气质量的变化得设备的维护是及其重要的。因此，监测室内空气质量的便携式设备的设计是及其重要的。这样不仅人们才能够舒适健康地生活在这个美好的时代中，而且能时刻的监测到空气质量的变化，使得人们会更加关注和保护环境。1.2 设计的意义空气质量与健康息息相关。近年来，室外空气质量的大幅下降使得人们更加清醒地意识到室内对空气质量的实时监测的意义和重要性。目前，市场上大多数室内空气质量的监测系统产品都采用的是单个或多个参数的指标，如空气温度，湿度，甲醛等；

13、另外，有关于如何整合一个或两个多参数指标的空气质量报告，但是它们存在一些实用性不高且参数测量结果不准等的缺陷。本文将有关于设计一个基于STM32的PM2.5监控单片机系统的软硬件设计与其实现，通过监控系统集成多种粉尘传感器，通过串口无线通信采集技术，直接向主机采集需要的粉尘外围传感器的数据，减少了外围传感器采集的电路，实现了对监控主机需要采集的粉尘传感器数据的实时处理和判断。对于不同类型的监控单片机只是需要改变其相应的地址。而且该软硬件监测系统的的优点很多，能同时直接实现多个类型的空气质量监测指标的实时采集和监测。1.3 设计的目的空气和废气的检测报警系统，气体的报警系统，灰尘和颗粒的检测报警

14、系统等环境监测报警系统都已经是环境检测报警系统的主要应用类型。这款监控系统设计主要指的是由三个组成部分监控系统组成，主要要运用到的技术是嵌入式技术、传感器采集技术，设计出了一款通过设计环境数据节点，实现数据采集节点、监控终端和监控服务器的环境系统。其中监测终端有关环境数据的获取以及采集节点与设计监控数据终端之间的有关数据采集和传输的部分都是通过先进的无线网络和通信技术实现的，并且通过4g的网络甚至可说是现阶段已经被自主开发了出来的5g网络技术在设计环境监控的终端与设计环境数据节点进行监控的服务器之间己经建立了无线数据的连接。该数据监控服务器系统可以很方便的实现对整个施工现场的环境图像和参数的获

15、取能够进行实时采集和远程报警，具备的稳定的性能，可以很方便的进行远程监控和数据的传输。该监控系统的设计比较合理，设备简单，实用性强。二、硬件系统的设计2.1整体设计的方向基于单片机STM32的PM2.5监控系统主要由五个基本的部分设计组成，它们五个组成部分为：基于单片机的控制部分的电路，警报部分的电路，按钮信号处理的部分，液晶显示屏部分和基于PM2.5检测信号处理部分的电路。此监控系统主要的目的是用于测试便携式的空气净化器中的PM2.5的灰尘颗粒浓度，是一个便携式的单片机大气环境颗粒浓度数据采集处理系统至其规划的检测区域内所采集的大气环境颗粒浓度数据的设计。此系统的设计也可以简称为PM2.5检

16、测，是一个以基于单片机的STM32为设计基础的微控制器对单片机内灰尘颗粒的浓度进行检测。其中在这个系统的设计中特别添加了大气数据溢出颗粒浓度警报的功能，是为了使用户能够在单片机ICd上实时显示已经微控制器检测分析出来的PM2.5的灰尘颗粒数据。此系统设计中关于硬件的部分比较简单，容易于理解。整个系统的硬件框架结构框图如图所示。如图片中所显示，工作频率一般为72赫兹，该单片机系统的整个单片机工作频率一般为72赫兹，工作处理流程由一个arm微处理器系统进行控制，它可以说是最重要也是最具有核心的单片机工作处理部件。其单片机工作处理流程分为两个步骤：当一个STM32flO3c8单片机处理器开始发出信号，采样处理模块开始进行采集数据，由所进行采集得到的处理器对数据进行了整合和处理后，再通过一块液晶的显示屏对数据进行了显示，当处理器采样的