便攜式化工廠環(huán)境監(jiān)測儀系統(tǒng)設(shè)計

便攜化工廠環(huán)境監(jiān)測儀系統(tǒng)設(shè)計

摘要溫濕度和氣壓是環(huán)境中重??要的物??理參數(shù)??，人類??的生存??和社會??活動與??溫濕度??、氣壓??密切相??關(guān)?；S是化工產(chǎn)品生產(chǎn)的主要場所,從備料到產(chǎn)品完成,整個過程都存在發(fā)生環(huán)境污染的可能性。??便攜式??環(huán)境測??試儀的??設(shè)計采??用智能??化的測??量方法??實現(xiàn)對??溫度、??濕度、??氣壓的??檢測.??該系統(tǒng)??以STM32??單片機??作為主??控芯片??，采用??了具有??精度高??、成本??低、體??積小、??接口簡??單等優(yōu)??點的??SHT??11??溫濕度??傳感器??實現(xiàn)溫??度與濕??度的檢??測，氣??壓傳感??器M??PX4??105??實現(xiàn)??氣壓的??檢測，??采用點??陣字符??型L??CD??顯示溫??濕度字??母、數(shù)??字。該??環(huán)境監(jiān)??測儀結(jié)??構(gòu)簡單??，能??很好的??滿足各種環(huán)境??中對溫??濕度及??氣壓檢??測范圍??和精度的要求，適用于中小型化工廠。關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測；單片機；傳感器

目錄第1章緒論 緒論研究目的單片機已被成??熟應(yīng)用??于許多??工業(yè)控??制和家??電的設(shè)??計領(lǐng)域??中，利??用單片??機最小??系統(tǒng)板??結(jié)合外??部拓展??模塊，??設(shè)計并??實現(xiàn)對??最小系??統(tǒng)板與??外部模??塊間的??通信控??制成為??研究課??題的難??點與重??點[1]。數(shù)??據(jù)采集??是工農(nóng)??業(yè)生產(chǎn)??過程中??進行監(jiān)??控所必??需的環(huán)??節(jié)，本??課題是??對嵌入??式技術(shù)??與數(shù)據(jù)??采集技??術(shù)的應(yīng)??用，即??用流行??的ST??M32??單片機??平臺實??現(xiàn)數(shù)據(jù)??的采集與顯示[2]。研究意義近年來隨著??計算機??在社會??領(lǐng)域的??滲透，??單片機??的應(yīng)用??正在不??斷地走??向深入??，同時??帶動傳??統(tǒng)控制??檢測日??新月益??更新[3]。??在實時??檢測和??自動控??制的單??片機應(yīng)??用系統(tǒng)??中，單??片機往??往是作??為一個??核心部??件來使??用，僅??單片機??方面知??識是不??夠的，??還應(yīng)根??據(jù)具體??硬件結(jié)??構(gòu)以及??針對具??體應(yīng)用??對象特??點的軟??件結(jié)合??，以作??完善。??目前S??TM3??2單片??機滲透??到我們??生活的??各個領(lǐng)??域，幾??乎很難??找到哪??個領(lǐng)域??沒有單??片機的??蹤跡。??導(dǎo)彈的??導(dǎo)航裝??置[4]，飛??機上各??種儀表??的控制??，計算??機的網(wǎng)??絡(luò)通訊??與數(shù)據(jù)??傳輸[5]，??工業(yè)自??動化過??程的實??時控制[6]????和數(shù)據(jù)??處理，??廣泛使??用的各??種智能??IC卡??，民用??豪華轎??車的安??全保障??系統(tǒng)[7]，??錄象機??、攝象??機、全??自動洗??衣機的??控制，??以及程??控玩具??[8]、電子??寵物等??等，這??些都離??不開單??片機。??更不用??說自動??控制領(lǐng)??域的機??器人、??智能儀??表、醫(yī)??療器械??了。單??片機廣??泛應(yīng)用??于儀器??儀表、??家用電??器醫(yī)用??設(shè)備、??航空航??天、專??用設(shè)備??的智能??化管理??及過程??控制等??領(lǐng)域，??STM??32單??片機的??應(yīng)用如??此廣泛??而又潛??力，因??而也不??用質(zhì)疑其生命力。便攜式環(huán)境??測試儀??的設(shè)計??采用智??能化的??測量方??法實現(xiàn)??對溫度??、濕度??、氣壓??的檢測??.該系??統(tǒng)以??STM??32??單片??機作為??主控芯??片，采??用了具??有精度??高、成??本低、??體積小??、接口??簡單等??優(yōu)點的??SH??T11??溫濕??度傳感??器實現(xiàn)??溫度與??濕度的??檢測，??氣壓傳??感器??MPX??410??5實??現(xiàn)氣壓??的檢測[9]??，采用??點陣字??符型??LCD??顯示??溫濕度??字母、數(shù)字。該環(huán)境監(jiān)測儀結(jié)構(gòu)簡單，并能很好的滿足許多環(huán)境中對溫濕度及氣壓檢測范圍和精度的要求。

系統(tǒng)現(xiàn)狀分析2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2019年程鵬飛[10]在??其發(fā)表??的《淺??析單片??機開發(fā)??板的設(shè)??計與制??作》中??提出當(dāng)??前，信??息技術(shù)??快速發(fā)??展，環(huán)??境監(jiān)測??儀器儀??表控制??技術(shù)應(yīng)??積極將??信息技??術(shù)應(yīng)用??其中，??并緊緊??跟隨技??術(shù)的發(fā)??展，創(chuàng)??新電氣??自動化??儀器儀??表控制??技術(shù)，??最終提??高環(huán)境??監(jiān)測控??制水平??，在新??時代跟??隨我國??工業(yè)4??.0的??腳步，??提高自??動化儀??器儀表??控制技??術(shù)的自??主創(chuàng)新??能力，??促進我??國環(huán)境??保護的??發(fā)展，??有效地??提高環(huán)??境監(jiān)測??效率，??減輕工??作人員??的勞動??強度，??為政府??決策部??門提供??有效的??環(huán)境監(jiān)??測數(shù)據(jù)??的支撐??，從而??創(chuàng)造更??多的社??會和經(jīng)濟效益。張玲[11]在201??8年在??其發(fā)表??的《淺??析單片??機開發(fā)??應(yīng)用技??巧》中??指出在??國內(nèi)因??為一些??因素的??影響，??我們國??家在環(huán)??境監(jiān)測??這個方??面的發(fā)??展不太??好，生??產(chǎn)的儀??器和設(shè)??備都不??夠先進??，也不??夠自動??化，但??是因為??現(xiàn)在人??們越來??越重視??這個方??面，我??們國家??在環(huán)境??監(jiān)測上??面花費??的精力??也越來??越多，??生產(chǎn)了??一系列??的產(chǎn)品。史萍,佘艷REF_Ref25314\r\h[12]在其發(fā)表??的《基??于S??TM3??2單??片機的??實驗開??發(fā)板設(shè)??計》目??前國內(nèi)??對環(huán)境??質(zhì)量監(jiān)??測方面??的研究??非常多??，而且??大部分??都是用??單片機??，不僅??有很重??要的意??義，而??且對于??人們生??產(chǎn)生活??也提供??了很多??的便利??。國外??的研究??現(xiàn)狀[13]在??環(huán)境監(jiān)??測這個??方面，??國外要??比國內(nèi)??更加領(lǐng)??先，在??這個方??面的產(chǎn)??品也比??較多，??Cha??o-T??ung??Ya??ng[14]等??人研究??出了一??種空氣??質(zhì)量監(jiān)??測系統(tǒng)[15]??，這個??系統(tǒng)是??根據(jù)醫(yī)??院室內(nèi)??的空氣??質(zhì)量來??進行研??究的。??SZ??amp??oll??i[16]等??人研究??出了一??種室內(nèi)??空氣質(zhì)??量監(jiān)測??應(yīng)用電??子鼻[17]，??此系統(tǒng)??是基于??固態(tài)傳??感器陣列的[18]，并且成本比較低。2020年JeonghwanHwang,Changsunshin[19]等人提出??了一種??農(nóng)業(yè)環(huán)??境的檢??測系統(tǒng)??這個系??統(tǒng)是以??無線傳??感網(wǎng)絡(luò)??為基礎(chǔ)??。飛利??浦公司[20]??也在生??產(chǎn)和環(huán)??境優(yōu)化??方面相??關(guān)的產(chǎn)??品，他??們主要??是針對??生活環(huán)??境中的??氣體，??就像甲??醛還有??煤氣這??樣會對??人體造??成傷害??的，他??們還可??以增加??濕度還??有清潔??細菌的??功能，??這些對??人們的??生活環(huán)??境都是??有益的。2.2主要研究內(nèi)容本設(shè)計是一種??基于STM3??2單片??機技術(shù)??的便攜??化工廠??環(huán)境監(jiān)??測儀系??統(tǒng)設(shè)計??。通過??STM??32F??103??C8T??6單片??機作為??基本控??制核心??，實時??采集和??數(shù)據(jù)處??理能夠??準確地??監(jiān)測環(huán)??境，采??用OL??ED液??晶輔助??顯示模??塊，顯??示環(huán)境??溫度，??利用傳??感器檢測氣體。

系統(tǒng)需求分析3.1設(shè)計方案文獻研究法??。通過??查閱文??獻來獲??得研究??資料，??對系統(tǒng)??設(shè)計中??所涉及??到的相??關(guān)內(nèi)容??進行研??究，初??步構(gòu)想??系統(tǒng)要??實現(xiàn)的??功能及??其運用??的技術(shù)??并搜集??相關(guān)資??料，作??為系統(tǒng)??設(shè)計的素材。功能分析法??。功能??分析法??是社會??科學(xué)用??來分析??社會現(xiàn)??象的一??種方法??，是社??會調(diào)查??常用的??分析方??法之一??。本系??統(tǒng)通過??功能分??析法，??對軟件??的各項??功能進??行具體分析，從而明確開發(fā)目標(biāo)。定性分析法??。通過??對文獻??的研究??，運用??歸納和??演繹、??分析與??綜合以??及抽象??與概括??等方法??，深入??了解軟??件和硬??件開發(fā)??的相關(guān)??技術(shù)，??從而熟??悉系統(tǒng)??中各個??功能模??塊之間??的關(guān)系??，掌握??系統(tǒng)的??工作原??理及其??本質(zhì)，??確定開??發(fā)流程。經(jīng)驗總結(jié)法??。希望??通過已??有的每??一塊功??能的結(jié)??合進行??總結(jié)，??設(shè)計出??一套優(yōu)??良的系統(tǒng)，并規(guī)范的編寫程序。3.2功能需求分析3.2.1技術(shù)路線（1）硬件部分需要單片機模塊、傳感器模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼管顯示模塊;（2）設(shè)計中采用OLED液晶顯示設(shè)定電壓和電源輸出的實際電壓，便于觀察和調(diào)整；（3）設(shè)計復(fù)位電路和晶振電路；（4）采用C編程語言完成下位機軟件設(shè)計;（5）系統(tǒng)調(diào)試;（6）設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖.3.2.2預(yù)期結(jié)果實時采集和??數(shù)據(jù)處??理能夠??準確地??監(jiān)測環(huán)??境，采??用OLED液晶輔??助顯示??模塊，??顯示環(huán)??境溫度??，利用??傳感器??檢測氣??體，M??Q系列??傳感器??檢測某??種氣體??，PM??2.5檢測模塊實時顯示；超過閾值，報警。3.3總體方案設(shè)計第一：理論知識??準備階??段，理??解設(shè)計??課題，??認真研??究課題??所涉及??到的內(nèi)??容，能??夠較好??的掌握??有關(guān)題??目的知識；第二：確定系統(tǒng)??各個模??塊，理??清各個??模塊之??間的關(guān)??系，收??集相關(guān)??得到軟硬件資料；第三：規(guī)劃課題，??確定系??統(tǒng)組成??結(jié)構(gòu)，??勾畫出??大體系??統(tǒng)框架??并在結(jié)??構(gòu)框架??的基礎(chǔ)上提出原理框圖；第四：利用軟件??完成硬??件電路??部分設(shè)??計并畫??出各部??分電路??圖，將??系統(tǒng)部??件通過??接口電??路集合??在一起??，并畫??出電路圖；第五：根據(jù)系統(tǒng)??控制過??程完成??軟件設(shè)??計部分??，繪制??出主流程圖；第六：進行模擬??仿真，??檢查系??統(tǒng)是否??能夠按??照要求??實現(xiàn)控??制功能，整理論文。3.4單片機型號選擇主控制芯片??選擇S??TM3??2F1??03C??8T6??，S??TM3??2F1??03C??8T6??是由意??法半導(dǎo)??體集團??基于S??TM3??2系列??ARM??Co??rte??x-M??內(nèi)核開??發(fā)的一??款具有??64K??B的程??序存儲??器的3??2位微??控制器??。其工??作時需??要2V??~3.??6V的??電壓和-40℃~85℃環(huán)境溫度。STM32系列單片機??是一款??高性能??，功能??強大的??系列單??片機。??該系列??單片機??常被用??于要求??低成本??、高性??能和低??功耗的??嵌入式??應(yīng)用程??序，其??在功耗??和集成??方面也??展現(xiàn)出??良好的??性能。??由于其??便捷的??工具和??簡單的??結(jié)構(gòu)并??且結(jié)合??了強大??的功能??性，在??業(yè)界很??受歡迎??。本實??驗采用的最小系統(tǒng)如下圖。圖3-1單片機最小系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)整體設(shè)計4.1系統(tǒng)總體設(shè)計通過STM32F103C8T6單片機作??為基本??控制核??心，實??時采集??和數(shù)據(jù)??處理能??夠準確??地監(jiān)測??環(huán)境，??采用O??LED??液晶輔??助顯示??模塊，??顯示環(huán)??境溫度??，利用??M??Q系列傳感器??檢測氣??體。PM??2.5檢測模塊??實時??顯示；??超過閾??值，報??警?？傮w原理圖如下。圖4-1系統(tǒng)總體原理圖4.2系統(tǒng)的主要模塊設(shè)計4.2.1OLED顯示屏模塊設(shè)計OLED，即有機發(fā)??光二極??管。O??LED??由于同??時具備??自發(fā)光??，不需??背光源??、對比??度高、??厚度薄??、視角??廣、反??應(yīng)速度??快、可??用于撓??曲性面??板、使??用溫度??范圍廣??、構(gòu)造??及制程??較簡單??等優(yōu)異??之特性??，被認??為是下??一代的??平面顯??示器新??興應(yīng)用技術(shù)。LCD都需要背光??，而??OLE??D不需??要，因??為它是??自發(fā)光??的。這??樣同樣??的顯示??OLE??D效果??要來得??好一些??。以目??前的技??術(shù)，O??LED??的尺寸??還難以??大型化??，但是??分辨率??確可以??做到很高。有以下特點：0.96寸OLED有黃藍，??白，藍??三種顏??色可選??;其中??黃藍是??屏上1??/4部??分為黃??光，下??3/4??為藍;??而且是??固定區(qū)??域顯示??固定顏??色，顏??色和顯??示區(qū)域??均不能??修改;??白光則??為純白??，也就??是黑底??白字;??藍色則??為純藍??，也就是黑底藍字。(2)分辨率為128*64(3)多種接口方??式;O??LED??裸屏總??共種接??口包括??:6??800??、80??80兩??種并行??接口方??式、3??線或4??線的串??行SP??I接口??方式、??llc??C接口??方式，??這五種??接口是??通過屏??上的BSO~BS2來配置的。(4)中景園電子的??本屏開??發(fā)了兩??種接口??的De??mo板??，接口??分別為??七針的??SPI??/II??C兼容??模塊，??四針的??llC??模塊。其基本原理圖如下：圖4-2OLED模塊原理圖4.2.2溫濕度傳感器模塊設(shè)計在溫度精確??測量中??，關(guān)鍵??有工作??壓力溫??度計、??熱電阻??式溫度??計、雙??金屬溫??度計、??熱電阻??溫度計??、電子??光學(xué)高??溫計、??輻射源??高溫計??和紅外線溫度計。工作壓力溫??度計是??工業(yè)化??生產(chǎn)中??最初的??溫度測??量法之??一。它??構(gòu)造簡??易，沖??擊韌性??好，低??成本，??不依靠??外界開??關(guān)電源??。它普??遍使用??于工業(yè)??化生產(chǎn)??中的溫??度精確??測量。??但鑒于??其反應(yīng)??時間長??、儀器??設(shè)備密??封性維??護保養(yǎng)??不會改??變、受??外部環(huán)??境危害??大等緣??故，慢??慢撤出??了溫度??檢測的隊伍。電子光學(xué)高溫計、輻射源高溫計和紅外線高溫計都輸出非接觸式溫度計。日常日常生??活和工??業(yè)生產(chǎn)??場地的??濕度通??常是相??對性濕??度，用??RH%??表明。??即氣體??(通常??是氣體??)中包??含的水??蒸汽量??(水蒸??汽壓)??是與它??的氣體??同樣時??飽和狀??態(tài)水蒸??汽(飽??和水蒸??汽壓)??的百分??數(shù)。濕??度用肯??定濕度??、相對??性濕度??、漏點??、體內(nèi)??濕氣與??干氣的??占比(??凈重或??容積)??等表明??。普遍??的濕度??測量法??有：動??態(tài)性法??(雙壓??法、雙??溫法、??分離法??)、靜??態(tài)數(shù)據(jù)??法(飽??和狀態(tài)??鹽法、??鹽酸法??)、漏??點法、??干濕度??球法和??電子器件感應(yīng)器法。雙壓法和雙溫??法是根??據(jù)P、??V、T??的熱學(xué)??均衡原??理，平??衡時間??長。分??離法根??據(jù)肯定??濕度和??絕對干??躁氣體??的精準??混和。??因為運??用了當(dāng)??代精確??測量和??操控方??式，這??種設(shè)施??可以生??產(chǎn)制造??得非常??精準。??殊不知??，因為??他們的??多元性??、高成??本費和??用時的??實際操??作，他??們應(yīng)當(dāng)??被用于??規(guī)范精??確測量??，而且??他們的??精確測??量精度可以超過±2%RH以上。在本系統(tǒng)的設(shè)計??中，傳??感器有??溫度傳??感器和??濕度傳??感器,??所以需??要對兩??種類型??的傳感??器進行??選擇。??如圖3??-2溫??濕度傳感器。圖4-3溫濕度傳感器原理圖4.2.3MQ-4甲烷傳感器模塊設(shè)計MQ-4可用于家庭??和工廠??的氣體??泄漏監(jiān)??裝置，??適宜于??液化氣??、丁烷??、丙烷??、甲烷??、酒精??、煙霧??等的探??測。它??的優(yōu)點??是靈敏??度高、??響應(yīng)快??、穩(wěn)定??性好。??壽命長??、驅(qū)動??電路簡??單以及??方便安??裝。M??Q-4型煙霧??傳感器??屬于二??氧化錫??半導(dǎo)體??氣敏材??料，屬??于表面??離子式??N型半??導(dǎo)體。??處于2??00~??300??0攝氏??度時，??二氧化??錫表面??吸附空??氣中的??氧，形??成氧的??負離子??吸附，??使半導(dǎo)??體中的??電子密??度減少??，從面??使其電??阻值增??加。當(dāng)??與煙霧??接觸時??，如果??晶粒間??界處的??勢壘收??到煙霧??的調(diào)至??面變化??，就會??引起表??面導(dǎo)電??率的變??化。利??用這一??點就可??以獲得??這種煙??霧存在??的信息??煙霧濃??度越大??導(dǎo)電率??越大，??輸出電??阻越低??，則輸??出的模??擬信號??就越大。拿甲烷舉例，天然沼氣經(jīng)過物理分離就能得到甲烷，通過國家標(biāo)準濃度可知，當(dāng)空氣中甲烷含量達到25%-30%時，人會頭痛、乏力、注意力不集中，若不及時遠離可致窒息死亡，由此可知，在甲烷濃度達到2500-3000PPM時(PPM指一般體積分數(shù))，需要進行預(yù)警，MQ-4傳感器的檢測范圍為300PPM-10000PPM，所以我們將預(yù)估值設(shè)為2500PPM，在達到相應(yīng)閾值后.儀器發(fā)出蜂鳴，原理圖如下:圖4-4MQ-4模塊原理圖4.2.4AM312人體感應(yīng)模塊設(shè)計在電子防盜、????人??體探????測器??領(lǐng)????域中，????被??動式????熱釋??電????紅外探????測??器的????應(yīng)用??非????常廣泛????，??因其????價格??低????廉、技????術(shù)??性能????穩(wěn)定??而????受到廣????大??用戶????和專??業(yè)????人士的????歡??迎。????本文??詳????細介紹????了??被動????式熱??釋????電紅外????探??頭的????特點??。????人體都????有??恒定????的體??溫????，一般????在??3????7??度????，所以????會??發(fā)出????特定??波????長1????0??μm????左??右????的紅外????線??，被????動式??紅????外探頭????就??是靠????探測??人????體發(fā)射????的??1????0μ??m????左右????的??紅外????線而??進????行工作????的??。人????體發(fā)??射????的1????0??μm????左??右????的紅外????線??通過????菲涅??爾????濾光片????增??強后????聚集??到????紅外感????應(yīng)??源上????。紅??外????感應(yīng)源????通??常采????用熱??釋????電元件????，??這種????元件??在????接收到????人??體紅????外輻??射????溫度發(fā)????生??變化????時就??會????失去電????荷??平衡????，向??外????釋放電????荷??，后????續(xù)電??路????經(jīng)檢測????處??理后????就能??產(chǎn)????生報警????信??號。原??理圖如??下所示。圖4-5人體感應(yīng)模塊原理圖4.2.5蜂鳴器電路模塊設(shè)計蜂鳴器是一體化結(jié)構(gòu)??的電子??訊響器??，采用??直流電??壓供電??，廣泛??應(yīng)用于??計算機??、打印??機、復(fù)??印機、??報警器??、電子??玩具、??汽車電??子設(shè)備??、電話??機、定??時器等??電子產(chǎn)??品中作??發(fā)聲器??件。結(jié)??構(gòu)一般為：1、蜂鳴器：??發(fā)聲元??件，在其??兩端施??加直流??電壓（??有源蜂??鳴器）??或者方??波（無??源蜂鳴??器）就??可以發(fā)??聲，其??主要參??數(shù)是外??形尺寸??、發(fā)聲??方向、??工作電??壓、工??作頻率??、工作??電流、??驅(qū)動方??式（直??流方波??）等。??這些都??需要根??據(jù)需要進行選擇。2、續(xù)流二極??管：蜂鳴??器本質(zhì)??上是一??個感性??元件，??其電流??不能瞬??變，因??此必須??有一個??續(xù)流二??極管提??供續(xù)流??。否則??，在蜂??鳴器兩??端會產(chǎn)??生幾十??伏的尖??峰電壓??，可能??損壞三??極管，??并干擾??整個電??路系統(tǒng)的其他部分。3、濾波電容：??作用??是濾波??，濾除??蜂鳴器??電流對??其他部??分的影??響，也??可以改??善電源??的交流??阻抗，??如果可??能，最??好是再??并聯(lián)一??個22??0uF??的電解電容。4、三極管：起??開關(guān)作??用，其基??極的高??電平使??三極管??飽和導(dǎo)??通，使??蜂鳴器??發(fā)聲;??而基極??低電平??則使三??極管關(guān)??閉，蜂??鳴器停??止發(fā)聲。其原理圖為：圖4-6蜂鳴器報警電路原理圖4.2.6PM2.5檢測模塊設(shè)計激光粉塵傳感器是一種基于激光散射原理進行粉塵檢測的傳感器。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的粉塵檢測和環(huán)境監(jiān)測中。激光粉塵傳感器是利用激光與粉塵顆粒的散射原理進行檢測的。當(dāng)激光束射向被檢測的粉塵顆粒時，粉塵顆粒會對激光進行散射，形成散射光信號。激光粉塵傳感器通過測量散射光信號的強度和角度，來確定粉塵顆粒的濃度和大小。本設(shè)計采用的GP2Y1014AU粉塵傳感器通過光學(xué)的散射原理和特殊光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計，可檢測室內(nèi)空氣中粒徑0.8μm以上顆粒物濃度變化的趨勢，出廠進行濃度標(biāo)定，內(nèi)置溫度補償功能，自動積灰補償功能，具有以下特點。1、高靈敏度：激光粉塵傳感器對粉塵顆粒的檢測靈敏度非常高，能夠檢測到微米級別的粉塵顆粒。2、高精度：激光粉塵傳感器的精度非常高，可以實現(xiàn)對粉塵顆粒濃度和大小的準確測量。3、快速響應(yīng)：激光粉塵傳感器的響應(yīng)速度非?？?，可以在短時間內(nèi)對粉塵濃度進行檢測和分析。4、無污染：激光粉塵傳感器不會對被檢測的物體產(chǎn)生任何污染，保證被檢測物體的質(zhì)量和安全性。其原理圖為：圖4-7PM2.5檢測模塊原理圖

4.3軟件的主要流程實時采集和數(shù)據(jù)處理能夠準確地監(jiān)測環(huán)境，采用OLED液晶輔助顯示模塊，顯示環(huán)境溫度，利用傳感器檢測氣體。MQ系列傳感器檢測某種氣體，檢測PM2.5并實時顯示；超過閾值，報警。流程圖如下。圖4-8系統(tǒng)總體流程圖

4.4OLED顯示屏模塊軟件設(shè)計當(dāng)系統(tǒng)初始化完成后，開始正常工作。顯示屏模塊將獲取來自單片機的傳感器各個數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)的工作狀態(tài)并顯示出來，便于觀察。流程圖如下。圖4-9顯示屏模塊流程圖

4.5溫濕度傳感器模塊軟件設(shè)計當(dāng)系統(tǒng)初始化完成后，開始正常工作。溫濕度傳感器將對周圍環(huán)境溫濕度進行檢測，并發(fā)送給單片機，單片機進行閾值對比。若超出閾值則控制蜂鳴器報警，流程圖如下。圖4-10溫濕度傳感器模塊流程圖

4.6MQ-4傳感器模塊設(shè)計當(dāng)系統(tǒng)初始化完成后，開始正常工作。MQ-4傳感器將對周圍環(huán)境氣體進行檢測，并發(fā)送給單片機，單片機進行閾值對比。若超出閾值則控制蜂鳴器報警，流程圖如下。圖4-11MQ-4傳感器模塊流程圖

4.7人體感應(yīng)模塊軟件設(shè)計當(dāng)系統(tǒng)初始化完成后，開始正常工作。人體感應(yīng)模塊作為系統(tǒng)圍欄，可以檢測是否有人員靠近，若有人靠近則單片機報警處理。流程圖如下。圖4-12人體感應(yīng)模塊流程圖

4.8蜂鳴器報警電路軟件設(shè)計當(dāng)系統(tǒng)初始化完成后，開始正常工作。當(dāng)傳感器檢測到異常數(shù)值時，單片機會使蜂鳴器報警電路工作報警處理。流程圖如下。圖4-13蜂鳴器模塊流程圖

4.9PM2.5檢測模塊軟件設(shè)計當(dāng)系統(tǒng)初始化完成后，開始正常工作。粉塵傳感器將對周圍PM2.5數(shù)值進行檢測，并發(fā)送給單片機，單片機進行閾值對比。若超出閾值則控制蜂鳴器報警，流程圖如下。圖4-14PM2.5檢測模塊流程圖

系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實物圖圖5-1系統(tǒng)總體實物圖圖5-2PM2.5檢測模塊實物圖圖5-3 MQ系列煙霧傳感器實物圖圖5-4溫濕度傳感器及電子圍欄實物圖5.2測試原理將設(shè)計數(shù)據(jù)程序化，將電路中反饋的數(shù)據(jù)按規(guī)定的格式傳輸至STM32核心板，在核心板中搭建傳感器程序、顯示程序、閾值分析程序。進行數(shù)據(jù)管理并傳遞至顯示屏。下面是各個板塊的運行測試情況。如圖5-5，關(guān)閉溫度傳感器，溫度顯示模塊顯示為0，溫度反饋斷路，證明溫度系統(tǒng)模塊運行正常圖5-5關(guān)閉溫度傳感器如圖5-6，交流電，氣壓，及PM2.5數(shù)值均為實時顯示，數(shù)值顯示準確，證明其所對應(yīng)模塊功能完善，各回路反饋正常，測試結(jié)果如圖所示，左邊數(shù)值為設(shè)定閾值。當(dāng)前PM2.5值較高，已超過閾值，可以聽到蜂鳴器報警。也可以用打火機在溫濕度傳感器和煙霧傳感器附近打火，觀察溫濕度和有害氣體數(shù)值變化和報警。圖5-6顯示屏顯示實時數(shù)值（右）和設(shè)定閾值（左）如圖5-7，靠近人體傳感器（電子圍欄），顯示屏最下面一行顯示1代表有人靠近，蜂鳴器報警，證明人體感應(yīng)模塊運行正常。圖5-7靠近人體傳感器（電子圍欄）5.3總結(jié)在整個設(shè)計過程中，硬件方面主要設(shè)計了STM32單片機的最小系統(tǒng)、繼電器接口電路、液晶屏幕及顯示、溫濕度傳感器電路、煙霧傳感器電路、人體檢測傳感器電路。軟件方面借助各個渠道的資料，主要設(shè)計傳感器程序、顯示程序、閾值分析程序。系統(tǒng)的調(diào)試主要是通過一塊STM32開發(fā)板，再借助于Keil以及自己搭建的電路實現(xiàn)的。分部調(diào)試時偶爾會出現(xiàn)一些問題但解決方案都有跡可循。此管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)檢測后不需要人為干預(yù)，自動進行操作。節(jié)省了大量人力資源，方便人們生活。

展望6.1展望為了畫出自己滿意的電路圖，圖表等，我仔細學(xué)習(xí)了繪圖技術(shù)。我在設(shè)計電路的初期，由于沒有設(shè)計經(jīng)驗，覺得無從下手，空有很多設(shè)計思想，卻不知道應(yīng)該選哪個，經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)，我的設(shè)計漸漸有了頭緒,通過查閱資料，逐漸確立了系統(tǒng)方案。畢業(yè)設(shè)計對于每個大學(xué)生來說是一門必修課程，在大學(xué)這一個求學(xué)階段只有一次。完成了電路設(shè)計這一部分的工作內(nèi)容，我覺得自己將曾經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識再次學(xué)習(xí)了一遍，對于各個元器件的設(shè)計規(guī)則，又有了進一步的了解。在完成畢業(yè)設(shè)計的過程中，每一步都是我自己親自設(shè)計的,遇到的問題也非常多，在遇到問題、思索問題和解決問題的過程中，我收獲了非常多的經(jīng)驗教訓(xùn)。以往沒有注意到的問題，都在這一次的畢業(yè)設(shè)計中得以體現(xiàn)，這培養(yǎng)了我的細心、耐心和專心。指導(dǎo)老師給予的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助讓我受益良多。無論是理論工作上的計算，還是實際工作上的的操作，老師都給我做了詳細的分析，讓我在設(shè)計各個數(shù)值環(huán)節(jié)時更能與實際結(jié)合，從而更合理的進行安排設(shè)計。但此次設(shè)計的便攜化工廠環(huán)境監(jiān)測儀系統(tǒng)也存在不足的地方，以后有待改進。

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