基于STM32單片機(jī)的空氣凈化器畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 中 文 摘 要PM2.5STM32給出了一種電壓可調(diào)式的辦公室用空氣凈化器總體設(shè)計(jì)方案；其次，根據(jù)市場(chǎng)需求MCUTFT_LCDL298NDHT11SDS011PWM最后，進(jìn)行空氣凈化器的整體測(cè)試，據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、觸屏控制、檔位選擇、開(kāi)關(guān)機(jī)設(shè)定、無(wú)線通信等功能。關(guān)鍵詞 STM32單片機(jī) 空氣凈化器 液晶顯示 激光傳感器 觸屏控制畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 外 文 摘 要Title DesignofOfficeAirPurifierControlSystemBasedonSingleChipMicrocomputerAbstractWiththedevelopmentofChina'smodernizationpacecontinuestoaccelerate,thelocalPM2.5valueisveryhigh．Inviewofthisphenomenon，ThispaperusesSTM32MCUascontrolcore，F(xiàn)irstofalldomesticandinternationalairpurifierhasdoneadetailedanalysis，Avoltageeofficeheoveralldesigneofrpurifierygoedemandandthefeasibilityofschemecomparison，AminimumsystemofMCUunit，TFT_LCDliquidcrystaldisplaymodule，TheL298Ndrivermodule，DHT11temperatureandhumiditysensor，SDS011lasersensorwasdesigned，Ithasbuiltacompletehardwareplatform．Again，Theembeddedoperatingsystemusesmodularprogrammingmethodbasedcompletionofthemainprogram,PWMdisplaysubroutine,outputsubroutine,dataacquisitionsubprogram,PCeedooneteoveralltofrpurifiersfinishedgotestresults，Thedesignandimplementationofdataacquisition,touchscreencontrol,gearselection,switchsetting,wirelesscommunicationarerealized．KeyWords STM32Singlechip AirCleaner LCD LaserSensor TouchScreenControl本科畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄

第Ⅰ頁(yè) 共Ⅱ頁(yè)引言 1課題研究背景及意義 1國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1課題主要工作 3控制器方案設(shè)計(jì) 4控制器總體方案設(shè)計(jì) 4方案論證對(duì)比 4控制器硬件電路設(shè)計(jì) 7單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 7顯示電路設(shè)計(jì) 9驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 12按鍵電路設(shè)計(jì) 13數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì) 13控制器軟件設(shè)計(jì) 16主程序設(shè)計(jì) 16顯示子程序設(shè)計(jì) 16PWM輸出子程序設(shè)計(jì) 22數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì) 23上位機(jī)程序設(shè)計(jì) 27其它子程序設(shè)計(jì) 27試驗(yàn)與調(diào)試 30DHT11溫濕度傳感器試驗(yàn)與調(diào)試 30SDS011激光傳感器試驗(yàn)與調(diào)試 30上位機(jī)控制器試驗(yàn)與調(diào)試 31本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第Ⅱ頁(yè) 共Ⅱ頁(yè)試驗(yàn)與調(diào)試 32結(jié)論 38致謝 39參考文獻(xiàn) 40附錄A：空氣凈化器主電路原理圖 41附錄B：下位機(jī)C語(yǔ)言主程序 42附錄C：上位機(jī)C#語(yǔ)言主程序 44引言

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第1頁(yè)共45頁(yè)課題研究背景及意義年的發(fā)展，化石燃料與汽車尾氣的排放，使得我國(guó)空氣質(zhì)量嚴(yán)重下降，尤其是PM2.5尾氣排放、煤炭發(fā)電廠、吸煙等社會(huì)活動(dòng)。研究表明，PM2.5PM2.5因此，根據(jù)這一現(xiàn)象，市面上出現(xiàn)了越來(lái)越多的空氣凈化裝置。其中，空氣凈化器使得這一問(wèn)題得以解決。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間處于室內(nèi)工作的人們來(lái)說(shuō)，空氣凈化器尤為重要?？諝鈨艋骺梢詫?duì)室內(nèi)多種氣體污染和灰塵顆粒等懸浮物進(jìn)行有效的處理，通過(guò)機(jī)內(nèi)的通風(fēng)裝置使室內(nèi)空氣循環(huán)流動(dòng)，讓空氣得以凈化。所以，對(duì)空氣凈化器的研究有著十分現(xiàn)實(shí)的意義。國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r近年來(lái)，受空氣污染的影響，空氣凈化技術(shù)蓬勃發(fā)展。由此，改善空氣質(zhì)量的方式也逐漸增多。目前，在市場(chǎng)上主流的凈化空氣方法主要有：源控制、通風(fēng)和空氣凈化。源控制是指對(duì)污染的源頭進(jìn)行控制處理，其能有效的從根本上解決空氣的污染問(wèn)題，是國(guó)外很多城市處理空氣污染的主要手段。雖然控制效果不錯(cuò)，但其成本也著實(shí)不低。通風(fēng)控制也能降低室內(nèi)空氣的污染程度，但其需要良好有效的控制調(diào)節(jié)裝置?？諝鈨艋侵咐梦锢砘蚧瘜W(xué)等手段對(duì)空氣中污染物進(jìn)行吸附過(guò)濾等處理?；蛘邔?duì)一些有毒的不良?xì)怏w來(lái)說(shuō)，高溫、化學(xué)滅菌也是凈化空氣的常用手段。早在上世紀(jì)七、八十年代，國(guó)外空氣凈化器已有了發(fā)展，歐、美等發(fā)達(dá)國(guó)家在空氣污染方面已經(jīng)有了較深的研究，尤其是對(duì)有害物體的治理有了相當(dāng)大的改善。美國(guó)在當(dāng)在日本，由于特定的大氣環(huán)境，在每年的春秋到來(lái)之際，花粉過(guò)敏者不計(jì)其數(shù)，因此，空氣凈化技術(shù)蓬勃發(fā)展。但大部分凈化原理都是基于過(guò)濾網(wǎng)的物理吸附。目前，隨著智能時(shí)代的快速到來(lái)，夏普、松下等國(guó)際品牌也加入其中。在歐洲，寵物受到大眾們的歡本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第2頁(yè)共45頁(yè)迎。一到夏季，室內(nèi)由于寵物掉落的毛發(fā)增多而使空氣受到嚴(yán)重的污染。與此同時(shí)，由于寵物本身自帶的特殊氣味或者可能的病菌等原因，使得空氣污染源變得復(fù)雜。因此，這一現(xiàn)象迫使其空氣凈化裝置的發(fā)展。如今，其空氣凈化方法眾多，技術(shù)處于全球先進(jìn)水平。在我國(guó)，由于抗日戰(zhàn)爭(zhēng)的緣故，起步相對(duì)較晚，直至改革開(kāi)放，我國(guó)科技才有了初步的進(jìn)展。近幾年，雖然在經(jīng)濟(jì)發(fā)展上取得了舉世矚目的成果，但在空氣清潔方面卻相對(duì)于其他國(guó)家有一定的差距。無(wú)論在國(guó)外亦或在國(guó)內(nèi)，室內(nèi)空氣凈化器是實(shí)現(xiàn)空氣凈化的最直接、便捷的儀器，盡管各國(guó)發(fā)展歷程不盡相似，但從目前來(lái)看，空氣凈化器產(chǎn)品主要有以下幾種：機(jī)械過(guò)濾式凈化器、機(jī)械過(guò)濾吸附式凈化器、靜電式凈化器、負(fù)離子凈化器[21]、紫外光空氣凈化器等。機(jī)械過(guò)濾式凈化器，是一種小型空氣過(guò)濾器，空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓，通過(guò)過(guò)濾材料，從而凈化顆粒污染物，只能除去一定大小的顆粒污染物，總體凈化效果不佳。機(jī)械過(guò)濾吸附式凈化器，分別采用不同的凈化機(jī)理取出顆粒污染物和氣態(tài)污染物，這種凈化器將普通空氣過(guò)濾技術(shù)與活性炭吸附技術(shù)結(jié)合起來(lái)，總體上改善了凈化性能，但活性炭存在吸附飽和狀態(tài)，比較麻煩，因而沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。產(chǎn)生臭氧等二次污染物，正被逐步淘汰。膜，破壞各種病菌，細(xì)菌，寄生蟲(chóng)以及其他致病體的DNAPM2.5本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第3頁(yè)共45頁(yè)課題主要工作本課題根據(jù)辦公室工作環(huán)境的實(shí)際情況以及所學(xué)專業(yè)知識(shí)完成了一款適合教師在辦公室使用的新型空氣凈化器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。主要工作包括：對(duì)比了國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)人們?nèi)粘Ｉ畹男枨?，提出了本課題的總體設(shè)擇等。CPU電路設(shè)計(jì)、各傳感器接口電路設(shè)計(jì)等，搭建了一套完整的硬件平臺(tái)。位機(jī)界面的程序處理算法的研究。對(duì)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的測(cè)試。包括待機(jī)顯示界面、溫濕度采集、空題設(shè)計(jì)的空氣凈化器滿足實(shí)際工作的要求。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)控制器方案設(shè)計(jì)控制器總體方案設(shè)計(jì)

第4頁(yè)共45頁(yè)根據(jù)所學(xué)知識(shí)及相關(guān)資料，本設(shè)計(jì)由供電電路、數(shù)據(jù)采集電路、驅(qū)動(dòng)電路、按鍵電路、顯示電路、上位機(jī)控制電路六部分組成。系統(tǒng)總體方案如圖2.1所示。圖2.1空氣凈化器總體方案本設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)作為空氣凈化器的控制核心]PM2.5A方案論證對(duì)比控制模塊方案對(duì)比方案一：選取STC12系列單片機(jī)作為主控芯片STC12510-35MHZ36I/O種輸入輸出模式。PCA5132TFT_LCD本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第5頁(yè)共45頁(yè)功能。方案二：選取STM32系列單片機(jī)作為主控芯片STM3272MHZ，是STC126-72FLASH64KSRAMRTC時(shí)器連續(xù)不斷地計(jì)時(shí)。不僅如此，此類單片機(jī)還擁有55該芯片不僅有高速的處理速度，而且擁有眾多的板載資源，功能十分強(qiáng)大。144PM2.5TFT_LCD便快捷的控制效果。綜上所述，本設(shè)計(jì)選取STM32系列單片機(jī)作為主控芯片。顯示模塊方案對(duì)比方案一：選取LCD12864液晶作為顯示模塊LCD12864128×64[9]既可以用來(lái)顯示字符，又可以通過(guò)中文字庫(kù)顯示漢字。但其有限的顯示字?jǐn)?shù)和復(fù)雜的時(shí)序位置操作以及簡(jiǎn)陋的顯示效果和其無(wú)法觸控的特點(diǎn)使得其并不完全適合充當(dāng)本設(shè)計(jì)的顯示模塊。方案二：選取TFT_LCD液晶作為顯示模塊TFT_LCD小[16-17]。在屏幕上可分行分段顯示大批量數(shù)據(jù)并可通過(guò)觸控芯片和相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)觸屏功能。雖然控制方式較復(fù)雜，但獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和方便的操作使得其滿足本設(shè)計(jì)的要求。綜上所述，本設(shè)計(jì)選取TFT_LCD液晶作為顯示模塊。驅(qū)動(dòng)模塊方案對(duì)比方案一：選取L298N作為驅(qū)動(dòng)模塊L298NPWM5V本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第6頁(yè)共45頁(yè)方案二：選取LM2596作為驅(qū)動(dòng)模塊LM25963-40V1.5-35V節(jié)，若要通過(guò)電子進(jìn)行調(diào)節(jié)電壓的輸出，需要增加其他控制電路，比較繁瑣。綜上所述，本設(shè)計(jì)選取L298N作為驅(qū)動(dòng)模塊。PM2.5方案一：選取GP2Y1014AU粉塵傳感器該模塊為夏普公司生產(chǎn)的一種粉塵煙霧傳感器，能檢測(cè)出非常細(xì)微的顆粒。裝置中A/DPM2.5方案二：選取SDS011激光傳感器SDS011位]該P(yáng)M2.5綜上所述，本設(shè)計(jì)選取SDS011型激光PM2.5傳感器。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)控制器硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

第7頁(yè)共45頁(yè)芯片對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要]STM32F103ZET6Cortex‐M3（CM3）處理器，不頻率高，72MHzCM33.1圖3.1 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖然而，要想正確合理的應(yīng)用此單片機(jī)，僅僅依靠芯片本身是不行的。其往往還需要外部時(shí)鐘、復(fù)位、隔離等單元電路才能工作。其硬件電路如圖3.2所示。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第8頁(yè)共45頁(yè)圖3.2 單片機(jī)硬件電路132.768KHzRTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路供電，使得其計(jì)時(shí)準(zhǔn)確；晶振Y28MHzC6、C70.01F，在此作為電源濾波；RESET為復(fù)位按鍵，此款芯片TFT_LCD3.3本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第9頁(yè)共45頁(yè)圖3.3 單片機(jī)復(fù)位電路顯示電路設(shè)計(jì)TFT_LCDLEDLCD，TFT_LCD3.4圖3.4 TFT_LCD液晶硬件連接圖PF8PF9PF10PB2PB0LCD本科畢業(yè)設(shè)計(jì)TFT_LCD

第10頁(yè)共45頁(yè)TFT_LCDTFT_LCD摸屏。STM32F1O3ZET6ILI9320FSMCILI932016[19]懂。為了準(zhǔn)確有效的得到觸控位置，將電壓信號(hào)模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，需要一個(gè)A/DXPT20463.5圖3.5XPT2046原理框圖XPT2046電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差，使轉(zhuǎn)換精度更高[4]3.6本科畢業(yè)設(shè)計(jì)圖3.6 XPT2046典型應(yīng)用電路

第11頁(yè)共45頁(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片設(shè)計(jì)AT24C02EEPROM，25683.73.1管腳名稱A0 A1 SDASCLWPVCC1GND

圖3.7 24C02硬件連接表3.124C02管腳功能

功能描述器件地址選擇寫(xiě)保護(hù)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第12頁(yè)共45頁(yè)如上所示，由于本設(shè)計(jì)中只采用一個(gè)存儲(chǔ)器來(lái)保存校準(zhǔn)的參數(shù)，因此為了連接方A0、A1、A20X00。SCLPB10SDA/PB11R19、R20驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)行與其驅(qū)動(dòng)電路密切相關(guān)。變壓器將220V12V。單片機(jī)通過(guò)PWML298N0-12VL298N43.8圖3.8 驅(qū)動(dòng)電路硬件連接圖ENAENBPWMIN1IN2OUT1OUT2OUT3OUT4220uF本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第13頁(yè)共45頁(yè)按鍵電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，采用按鍵調(diào)節(jié)方式對(duì)控制器的開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。由于只涉及到小時(shí)與分鐘的更改，故采用兩個(gè)獨(dú)立按鍵調(diào)節(jié)。其硬件電路如圖3.9所示。圖3.9 按鍵電路硬件連接圖其中，S1PA0，S2PE4接。在進(jìn)入設(shè)置第三級(jí)菜單后，可通過(guò)按鍵的方式設(shè)定開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間。數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)溫濕度傳感器模塊設(shè)計(jì)DHT110-5020%-90%，精度為±5%RH3.10圖3.10 DHT11溫濕度傳感器連接圖本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第14頁(yè)共45頁(yè)DHT113-5VPG11PM2.5PM2.53.11圖3.11 PM2.5傳感器實(shí)物圖PM2.5PM103.2管腳名稱表3.2SDSO11激光傳感器引腳定義備注1CTL控制腳，備用21um0.335V5V電源輸入425um2.55GND地6R串口接收RX7T串口發(fā)送TX本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第15頁(yè)共45頁(yè)雖然此傳感器測(cè)量結(jié)果精度較高，但其工作環(huán)境、輸入輸出電流大小不可忽略，具體技術(shù)指標(biāo)如表3.3所示。表3.3 PM2.5技術(shù)參考指標(biāo)序號(hào)項(xiàng)目參數(shù)1測(cè)量輸出PM2.5、PM102量程0.0-999.9微克/立方米3供電電壓5V4最大工作電流100mA5休眠電流2mA6工作溫度范圍-20-50℃7響應(yīng)時(shí)間1秒8串口數(shù)據(jù)輸出頻率1次/秒9顆粒物直徑分辨率0.3微米10相對(duì)誤差10%11產(chǎn)品尺寸71x70x23mm本科畢業(yè)設(shè)計(jì)控制器軟件設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)

第16頁(yè)共45頁(yè)空氣凈化器控制系統(tǒng)由初始化程序、觸摸屏控制程序、按鍵處理程序、定時(shí)器中斷RTCLCD]實(shí)現(xiàn)了溫濕度測(cè)量、PM2.54.1圖4.1 主程序工作流程圖在接入電源后，單片機(jī)控制器開(kāi)始工作，首先系統(tǒng)對(duì)所需功能進(jìn)行初始化自檢，在PM2.5本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第17頁(yè)共45頁(yè)鍵設(shè)置定時(shí)時(shí)間。最后，按“確定”按鈕返回主界面。采集及顯示，并向上位機(jī)發(fā)送參數(shù)。串口1PM2.52B顯示子程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，用TFT_LCD液晶屏顯示測(cè)量得到的參數(shù)，例如：時(shí)間、溫濕度、PM2.5濃度、時(shí)間、界面等內(nèi)容。然而要想正確控制液晶顯示參數(shù)，需要對(duì)液晶及其控制器進(jìn)行一系列校準(zhǔn)與設(shè)置。具體操作流程如圖4.2所示。圖4.2液晶初始化程序流程圖則顯示待機(jī)狀態(tài)下的菜單，否則需要經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)程序進(jìn)行校準(zhǔn)；其次，判斷LCDILI9320FSMCLCD本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第18頁(yè)共45頁(yè)定區(qū)域?qū)懨?，?xiě)數(shù)據(jù)，以達(dá)到界面切換或顯示參數(shù)的目的。具體分析如下：時(shí)鐘使能STM32時(shí)鐘的使能。初始化GPIOGPIOGPIO50MHz。FSMCFSMCSRAMFSMC進(jìn)行設(shè)置。24C02存儲(chǔ)器，最后判斷屏幕是否已經(jīng)校準(zhǔn)。I2C單片機(jī)通過(guò)串行總線通信可以使硬件電路大大簡(jiǎn)化，提高可靠性。I2C總線只有兩根雙向信號(hào)線。當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，兩根信號(hào)線均為高電平[6]。當(dāng)連接在總線上的I2C24C024.3所示。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第19頁(yè)共45頁(yè)圖4.3 I2C通信流程圖24C02后，向該地址發(fā)送想要傳輸?shù)淖止?jié)，最后等待接收的應(yīng)答，完成一次數(shù)據(jù)的傳輸。I2C[1]4.4圖4.4 I2C數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)在圖4.3中，產(chǎn)生I2C起始和終止信號(hào)時(shí)序如圖4.5所示。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第20頁(yè)共45頁(yè)圖4.5 起始信號(hào)與終止信號(hào)時(shí)序圖SCLSDASDA4usSCLSDASCL4us4.34.6圖4.6I2C產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)與非應(yīng)答信號(hào)時(shí)序應(yīng)答信號(hào)程序設(shè)計(jì)：首先將SCLSDASCL4usSCLSDA是處于低電平狀態(tài)，在程序中以返回值“0”代替。SCLSDASCL4usSCLSDA平狀態(tài)，在程序中以返回值“1”代替。在圖4.3中，發(fā)送數(shù)據(jù)格式如圖4.7所示。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第21頁(yè)共45頁(yè)圖4.7數(shù)據(jù)傳輸格式8從機(jī)已經(jīng)正確接收到數(shù)據(jù)。液晶屏幕校準(zhǔn)觸摸屏為絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)，即每次的坐標(biāo)與上一次坐標(biāo)沒(méi)有任何關(guān)系。在理論上，同一點(diǎn)輸出的數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的，但在實(shí)際中，由于技術(shù)等原因，無(wú)法保證每次在同一點(diǎn)輸出的數(shù)據(jù)保持一致，這時(shí)將會(huì)產(chǎn)生漂移現(xiàn)象。為了防止此現(xiàn)象的發(fā)生，需要通過(guò)程序進(jìn)行校準(zhǔn)。然而，在程序中使用的LCD坐標(biāo)通常是以像素為單位的，故需要通過(guò)程序?qū)⑽锢碜鴺?biāo)轉(zhuǎn)化為像素坐標(biāo)。轉(zhuǎn)化公式如下所示：LCD_Xx_factor*Pxx_shift;LCD_Yy_factor*Pyy_shift;其中，LCD_X、LCD_YLCDPx、Pyx_factor、y_factorX、Yx_shift、y_shiftX、Y4.8本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第22頁(yè)共45頁(yè)圖4.8液晶屏幕校準(zhǔn)流程圖液晶屏幕校準(zhǔn)：首先，在屏幕上顯示已知坐標(biāo)的四個(gè)點(diǎn)，用戶在校準(zhǔn)的過(guò)程中需要依次按下屏幕上這四個(gè)點(diǎn)。單片機(jī)根據(jù)按下的位置獲取物理坐標(biāo)，在判別坐標(biāo)合x(chóng)_factory_factorx_shifty_shift24C02標(biāo)，達(dá)到屏幕校準(zhǔn)的目的。坐標(biāo)合理判別：在單片機(jī)讀取四個(gè)物理坐標(biāo)（設(shè)為①、②、③、④）ERR_LENGTHERR_LENGTH50。PWMPWMPWM波，并通過(guò)程序可設(shè)置輸出頻率和占空比。其PWM4.9本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第23頁(yè)共45頁(yè)圖4.9PWM輸出流程圖如上圖所示，上電后，在執(zhí)行到該子程序時(shí)，首先，設(shè)置TIM3_CCR23CR1TIM3_CCR2CR1CR1一定的高低電平。在程序運(yùn)行過(guò)程中，可通過(guò)設(shè)置TIM3_CCR2PWM數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)溫濕度傳感器模塊程序設(shè)計(jì)DHT11現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸]傳感器內(nèi)部的溫濕度數(shù)據(jù)通過(guò)引腳一次性傳給單片機(jī)。其數(shù)據(jù)分為小數(shù)部分和整數(shù)部分。格式為：8bit+8bit+8bit據(jù)+8bit+8bit4.1本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第24頁(yè)共45頁(yè)P(yáng)in表4.1名稱DHT11引腳功能圖功能1VDD電源正極2DATA數(shù)據(jù)傳輸引腳3NC懸空4GND電源負(fù)極PG11DATA此時(shí)，傳感器將轉(zhuǎn)換成高速模式，直到主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，DHT11應(yīng)處理，同時(shí)，送出采集到的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)下一次信號(hào)的采集]在采集完成后將會(huì)轉(zhuǎn)換到低速模式，等待下一次主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)。其通訊過(guò)程如圖4.10所示。圖4.10DHT11通訊過(guò)程30usDHT發(fā)出響應(yīng)輸出后，保持一段時(shí)間，再將其拉高，這樣就可以傳TFT_LCD相應(yīng)位置。其具體流程如圖4.11所示。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第25頁(yè)共45頁(yè)圖4.11 DHT11工作流程圖PM2.5SDS011PM2.596004.12圖4.12 PM2.5傳感器工作流程圖如圖所示，由于該傳感器是通過(guò)串口進(jìn)行通訊的，故初始化串口后，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第26頁(yè)共45頁(yè)時(shí)會(huì)進(jìn)入串口中斷，在中斷函數(shù)中，將接收到的數(shù)據(jù)保存至數(shù)組，然后根據(jù)公式計(jì)算出PM2.5的濃度并通過(guò)顯示函數(shù)將數(shù)據(jù)顯示在LCD液晶屏上。STM32F103ZET651PA9，PA104.13圖4.13串口初始化流程圖在初始化過(guò)程中，首先初始化所用功能的時(shí)鐘；然后將串口進(jìn)行復(fù)位處理，以免受外設(shè)異常的干擾；由于該傳感器傳輸速度為9600位/秒，故在串口參數(shù)初始化中將波特率設(shè)置為9600；最后進(jìn)行中斷的配置，設(shè)置中斷分組和NVIC優(yōu)先級(jí)。PM2.5：SDS0111016依次為：報(bào)文頭+指令號(hào)+數(shù)據(jù)(64.2數(shù)據(jù)位表4.2說(shuō)明激光傳感器數(shù)據(jù)說(shuō)明數(shù)據(jù)位說(shuō)明1報(bào)文頭6PM10高字節(jié)2指令號(hào)7傳感器ID3PM2.5低字節(jié)8傳感器ID4PM2.5高字節(jié)9校驗(yàn)和5PM10低字節(jié)10報(bào)文尾本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第27頁(yè)共45頁(yè)P(yáng)M2.5PM2.5=（PM2.5×256+PM2.5）/10單位為：ug/m3上位機(jī)程序設(shè)計(jì)VisualC#4.14圖4.14 上位機(jī)軟件顯示界面PM2.5C其它子程序設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)RTC

第28頁(yè)共45頁(yè)STM32RTC4.15圖4.15 RTC時(shí)鐘初始化流程圖RTC時(shí)鐘的核心為預(yù)分頻模塊與可編程計(jì)數(shù)器構(gòu)成。通過(guò)程序?qū)㈩A(yù)分頻值設(shè)置為3276732.768KHz1HZ132232136時(shí)間設(shè)定函數(shù)程序設(shè)計(jì)論選中哪個(gè)按鈕，均可進(jìn)入時(shí)間設(shè)定環(huán)節(jié)。根據(jù)圖3.6所示，當(dāng)S110msS2，PE4接入低電平，通過(guò)消抖后，可調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間中的分鐘數(shù)。當(dāng)RTC本科畢業(yè)設(shè)計(jì)定的開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間相等時(shí)，則進(jìn)入開(kāi)關(guān)機(jī)子程序]

第29頁(yè)共45頁(yè)熄屏子程序設(shè)計(jì)TFT_LCD0試驗(yàn)與調(diào)試

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第30頁(yè)共45頁(yè)DHT11DHT113.7LCD2651%5.1所示。為了測(cè)量其溫濕度的變化與精度，在下載程序后，用手握住傳感器10秒，觀察溫濕度變化。10秒后，溫度為28度，濕度為89%。結(jié)果如圖5.2所示。圖5.1 試驗(yàn)前溫濕度值 圖5.2 試驗(yàn)后溫濕度值經(jīng)過(guò)測(cè)量對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，在10秒內(nèi)，溫度變化了2度，濕度變化了38%，由此說(shuō)明該模塊工作正常，測(cè)試程序正確。SDS011SDS0113.2PM2.55.3本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第31頁(yè)共45頁(yè)圖5.3PM2.5調(diào)試結(jié)果71，PM2.501PM2.536.9ug/m3。SDS011PM2.5相仿。由此說(shuō)明該傳感器工作正常，測(cè)試程序無(wú)誤。上位機(jī)控制器試驗(yàn)與調(diào)試[12]。將電腦USBPA2PA3打開(kāi)串口，此時(shí)，串口狀態(tài)顯示為打開(kāi)狀態(tài)。此時(shí)，上位機(jī)就可以與單片機(jī)進(jìn)行通信。5.45.5VisualStudio圖5.4 上位機(jī)登錄系統(tǒng)界面

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)圖5.5 上位機(jī)顯示系統(tǒng)界面

第32頁(yè)共45頁(yè)控制器外包裝設(shè)計(jì)]這一問(wèn)題。利用AutoCAD3mmCAD5.6本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第33頁(yè)共45頁(yè)圖5.6外包裝平面設(shè)計(jì)10×1510mm便。每一面木板周圍分布間隔相等、齒距為3mm綜合試驗(yàn)與調(diào)試動(dòng)模塊、LCD5.7]在檢查連接無(wú)誤后，接入電源，系統(tǒng)開(kāi)始正常工作。LCD5.8圖5.7 空氣凈化器樣機(jī)圖 圖5.8 待機(jī)菜單界面當(dāng)選中“自動(dòng)控制”按鈕時(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)空氣中的PM2.5濃度值自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)速。其PM2.5濃度閾值與風(fēng)速關(guān)系如表5.1所示。

第34頁(yè)共45頁(yè)表5.1 PM2.5濃度閾值與風(fēng)速關(guān)系表PM最小值PM最大值風(fēng)速PM最小值PM最大值風(fēng)速06.5050100三檔風(fēng)速6.520一檔風(fēng)速100200四檔風(fēng)速2050二檔風(fēng)速200999五檔風(fēng)速根據(jù)試驗(yàn)可得表5.2中數(shù)據(jù)。表5.2 PM2.5濃度與風(fēng)速試驗(yàn)數(shù)據(jù)PM2.5濃度值(ug/m3)風(fēng)速PM2.5濃度值(ug/m3)風(fēng)速324.8五檔風(fēng)速27.3二檔風(fēng)速145.5四檔風(fēng)速12.8一檔風(fēng)速86.9三檔風(fēng)速6.20PM2.56.5ug/m3關(guān)閉風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速即可。由上表可知，在自動(dòng)控制模式下，系統(tǒng)能夠根據(jù)所測(cè)PM2.5動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。5.9所示。在此狀態(tài)下，可通過(guò)觸摸“一檔后可通過(guò)觸摸“返回”按鈕返回至主界面，此時(shí)檔位并不發(fā)生任何變化。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第35頁(yè)共45頁(yè)圖5.9 手動(dòng)控制下二級(jí)菜單當(dāng)選中“設(shè)置”按鈕時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入此模式下的二級(jí)菜單，如圖5.10所示。在此狀態(tài)下，可通過(guò)觸摸“開(kāi)機(jī)時(shí)間5.11所示。圖5.10設(shè)置下二級(jí)菜單 圖5.11設(shè)置下三級(jí)菜單在此菜單中，可通過(guò)按鍵設(shè)定開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間與設(shè)定的開(kāi)機(jī)時(shí)間相等時(shí)，進(jìn)入自動(dòng)控制模式。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間與設(shè)定的關(guān)機(jī)時(shí)間相等時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速停止，并進(jìn)入待機(jī)模式。液晶屏幕熄滅，與此同時(shí)，程序停止執(zhí)行，可按復(fù)位鍵重新加載。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第36頁(yè)共45頁(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié) 論

第37頁(yè)共45頁(yè)近年來(lái)，空氣污染日益加劇，PM2.5PM2.5氣凈化有明顯效果。具體特點(diǎn)如下：功能強(qiáng)大。系統(tǒng)采用2.4濃度以及溫濕度，并可在自動(dòng)控制與手動(dòng)控制之間切換，具有定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)的功能。無(wú)線通信。系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊將下位機(jī)采集的參數(shù)傳送至上位機(jī)。通過(guò)發(fā)揮著重要作用。操作方便。系統(tǒng)在上電時(shí)已自動(dòng)完成觸摸屏的校準(zhǔn)，在運(yùn)行過(guò)程中，可直接調(diào)壓控制，滿足用戶的多樣化需求。雖然本課題設(shè)計(jì)的空氣凈化器能對(duì)空氣中的PM2.5但作為用戶凈化空氣的裝置，僅僅具有此功能是不太完美的。根據(jù)污染物種類的多樣化來(lái)設(shè)計(jì)凈化器是十分必要的，在此設(shè)計(jì)的凈化器基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)增加紫外線殺菌、甲醛檢測(cè)與處理、防火防盜報(bào)警系統(tǒng)、GSMGSM本科畢業(yè)設(shè)計(jì)致 謝

第38頁(yè)共45頁(yè)參考文獻(xiàn)郭同輝. 管道煤氣泄漏檢測(cè)研究應(yīng)用[D].東華理工大學(xué),2012.季必文. 基于TinyOS的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D].北京交通大學(xué)2012.蔣由輝. 航空公司運(yùn)營(yíng)績(jī)效評(píng)價(jià)研究[D].中國(guó)民用航空飛行學(xué),2012.李金雷. 基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境信息智能采集終端研發(fā) [D].河北工業(yè)大學(xué)2013.本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第39頁(yè)共45頁(yè)范志華. 區(qū)域火災(zāi)報(bào)警控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西南交通大,2014.劉粉. 多標(biāo)準(zhǔn)低功耗高頻RFID讀卡模塊的研發(fā)[D].西安科技大學(xué),2015.翟亞芳，張?zhí)禊i. 基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用2011(11):102-104.肖仁偉，唐小章，康志亮. GSM田間多地點(diǎn)多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技與應(yīng)用,2014(6):90-93.王國(guó)安. 機(jī)器人PID控制技術(shù)的研究[D].東北大學(xué),2012.趙振東. 基于USB的高頻數(shù)字波形觀測(cè)儀研究與設(shè)計(jì)[D].哈爾濱工程大學(xué)2006.何承發(fā)，巴維真，吾勤之，魏錫智. 量熱計(jì)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微子學(xué)與計(jì)算機(jī),1994(4):38-41.王曉宇. 薄膜厚度在線測(cè)量系統(tǒng)的研制[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2014.黃軍友. 物聯(lián)網(wǎng)溫濕度無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2013(9):18-21.任俊龍. 基于單片機(jī)的空氣凈化器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].合肥業(yè)大學(xué),2011.張啟，陸興華，張傳金. 基于物聯(lián)網(wǎng)的空氣凈化系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)[J].科技視界,2014(23):106-106.WenGangChen,XiaoJieSong,WeiLiu.DesignofAutomatedDistillationJianshi,MianGuo.EmbeddedDigitalOscilloscopeBasedonStm32uC/OS-ll[J].AppliedMechanicsandMaterials.2012,1923(190).WenGangChen,XiaoJieSong,WeiLiu.DesignofAutomatedDistillation[17]AnalyzerBasedonSTM32[J].AdvancedMaterialsResearch,2012,1566(433).AnalyzerBasedonSTM32[J].AdvancedMaterialsResearch,2012,1566(433).婁山林．新型負(fù)離子空氣凈化器的研制[D].2006.InAs/GaAsMOCVD[D].2012.D.C.Chou,Cloudcomputing:avaluecreationmodel,Comput.Interfaces38(0)(2015)72–77.姜安璽.空氣污染控制[M].化學(xué)工業(yè)出版社 2003:255-262.本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第40頁(yè)共45頁(yè)附錄A：空氣凈化器主電路原理圖本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第41頁(yè)共45頁(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)附錄B：下位機(jī)C語(yǔ)言主程序

第42頁(yè)共45頁(yè)intmain(void){intcount_flag1=0,count_flag2=0;delay_init();NVIC_Configuration();uart_init(9600);LED_Init();LCD_Init();KEY_Init();Adc_Init();usmart_dev.init(SystemCoreClock/1000000);RTC_Init();DHT11_Init();POINT_COLOR=RED;Open_display();LCD_Clear(WHITE);Display_THPM();tp_dev.init();LCD_Display();TIM3_PWM_Init(199,7199);INT0=1;INT1=0;TIM4_Int_Init(4999,7199);while(1){Dis_Time(); //PM_TEST();tp_dev.scan(0);if(tp_dev.sta&TP_PRES_DOWN) //{LCD_position();}if((tp_dev.x>20&&tp_dev.x<210)&&(tp_dev.y>70&&tp_dev.y<115)&&BACK_FLAG!=0){Auto_control(); //自動(dòng)控制}if((tp_dev.x>20&&tp_dev.x<210)&&(tp_dev.y>140&&tp_dev.y<185)&&BACK_FLAG!=0){Handle_control(); //手動(dòng)控制}本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

第43頁(yè)共45頁(yè)if((tp_dev.x>20&&tp_dev.x<210)&&(tp_dev.y>210&&tp_dev.y<255)&&BACK_FLAG!=0){Setting(); //設(shè)置}else ;}else;X_Close();flag=1;Time_Autoadj(); //定時(shí)時(shí)間判斷}}本科畢業(yè)設(shè)計(jì)附錄C：上位機(jī)C#語(yǔ)言主程序

第44頁(yè)共45頁(yè)namespace登錄界面{publicpartialclassForm2:Form{privateintcounter=0;inti=0,USART_RX_STA;string[]numbers=newstring[]{};publicForm2(){Init