PAGEPAGE69目錄TOC\o"1-3"\h\u17496摘要 116939Abstract 24617引言 351441選題的背景及意義 440641.1選題背景 4209531.2國內(nèi)外研究狀況 4313401.2.1國外研究現(xiàn)狀 4189231.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 44401.2.3關(guān)鍵技術(shù)對比與差距分析 586141.3研究意義 6320761.4設(shè)計(jì)目標(biāo) 6173411.5問題模擬 63052系統(tǒng)設(shè)計(jì)及理論概述 8326842.1系統(tǒng)硬件架構(gòu) 8256392.2程序主流程圖 8188482.3管腳連接表 1021543硬件電路設(shè)計(jì) 11180793.1STM32F10C8T6單片機(jī) 119503.1.1STM32F10C8T6單片機(jī)介紹 11284133.1.2STM32單片機(jī)引腳圖以及原理圖 11267393.2溫濕度傳感器 1285423.2.1傳感器功能概述 12166823.2.2溫濕度傳感器工作原理及引腳說明 1348143.3一氧化碳傳感器 1463223.3.1MQ-7傳感器功能描述 14114633.3.2MQ-7氣體傳感器工作原理及引腳說明 14319273.4OLED顯示屏 15123023.4.1OLED顯示屏功能描述 1555103.4.2傳感器工作原理及引腳說明 16276003.5蜂鳴器 1613593.6光敏電阻傳感器 1747183.6.1光敏電阻傳感器功能描述 1746513.6.2光敏電阻傳感器工作原理及引腳說明 18168514上位機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用 20172264.1編程軟件keiluVsion5 204784.2界面設(shè)計(jì)軟件QtCreator 20264105實(shí)物檢測 22150085.1硬件模塊檢測 22171155.1.1OLED顯示屏檢驗(yàn) 22154255.1.2一氧化碳傳感器檢驗(yàn) 2330685.2軟件模塊檢測 25211115.2.1ui界面控制與檢測 2525006結(jié)語 2716640參考文獻(xiàn) 287510致謝 3030175附錄一 3120053附錄二 35PAGEPAGE69摘要隨著人們對環(huán)境質(zhì)量的需求以及關(guān)注逐漸提高，實(shí)時監(jiān)測環(huán)境參數(shù)并及時預(yù)警的需求也日益增加。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種基于STM32F10C8T6單片機(jī)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，集成DHT11溫濕度傳感器、MQ-2/MQ-135氣體傳感器及光敏傳感器，實(shí)現(xiàn)溫濕度、PM2.5、CO、光照強(qiáng)度五參數(shù)同步采集。系統(tǒng)采用模塊化硬件架構(gòu)，創(chuàng)新性提出閾值預(yù)警機(jī)制：實(shí)時觸發(fā)聲光報(bào)警預(yù)警信息，報(bào)警響應(yīng)時間<2s。通信模塊整合串口(UART)傳輸，實(shí)時傳輸數(shù)據(jù)。使用Qt設(shè)計(jì)ui界面，顯示采集數(shù)據(jù)并控制報(bào)警模塊，形成反饋。實(shí)測表明，系統(tǒng)在正常環(huán)境連續(xù)工作24小時功耗為1W，界面控制響應(yīng)時間<1s，適用于工廠、農(nóng)業(yè)等場景。研究成果通過優(yōu)化多傳感器數(shù)據(jù)調(diào)度與低功耗設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)在實(shí)時性與擴(kuò)展性上的瓶頸，提供了低成本、高可靠的解決方案。關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī)；環(huán)境監(jiān)測；報(bào)警

AbstractAspeople'sdemandsandconcernsforenvironmentalqualitygraduallyincrease,theneedforreal-timemonitoringofenvironmentalparametersandtimelyearlywarningisalsogrowing.ThispaperdesignsandimplementsanenvironmentalmonitoringsystembasedontheSTM32F10C8T6microcontroller,integratingtheDHT11temperatureandhumiditysensor,MQ-2/MQ-135gassensors,andaphotosensitivesensortoachievesynchronouscollectionoffiveparameters:temperature,humidity,PM2.5,CO,andlightintensity.Thesystemadoptsamodularhardwarearchitectureandinnovativelyproposesathresholdearlywarningmechanism:real-timetriggeringofsoundandlightalarmearlywarninginformation,withanalarmresponsetimeoflessthan2seconds.Thecommunicationmoduleintegratesserialport(UART)transmissiontotransmitdatainrealtime.TheQtisusedtodesigntheUIinterfacetodisplaythecollecteddataandcontrolthealarmmodule,formingafeedbackloop.Theactualmeasurementshowsthatthesystemconsumes1Wofpowerwhencontinuouslyworkinginanormalenvironmentfor24hours,andtheinterfacecontrolresponsetimeislessthan1second,makingitsuitableforfactory,agriculturalandotherscenarios.Theresearchresultssolvethebottlenecksoftraditionalsystemsinreal-timeperformanceandscalabilitybyoptimizingthemulti-sensordataschedulingandlow-powerdesign,providingalow-costandhighlyreliablesolution.Keywords:STM32microcontroller；environmentalmonitoring；alarm

引言在微控制器技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，STM32單片機(jī)憑借其優(yōu)異的性能、低功耗、多樣的外設(shè)接口和強(qiáng)大的處理能力脫穎而出，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)界域之中，持續(xù)穩(wěn)居行業(yè)領(lǐng)先地位，成為行業(yè)頂尖團(tuán)隊(duì)的一員?；赟TM32單片機(jī)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對多種環(huán)境參數(shù)的實(shí)時采集和處理，還可以通過多種通信方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇蛻舳耍奖阌脩綦S時隨地查看環(huán)境狀態(tài)，更能通過客戶端實(shí)時控制元器件的運(yùn)行。其靈活的編程特性和模塊化設(shè)計(jì)也為系統(tǒng)的功能擴(kuò)展和優(yōu)化提供了便利。本文著力打造一套以STM32單片機(jī)為核心的實(shí)時環(huán)境監(jiān)測與警報(bào)系統(tǒng)。本系統(tǒng)集成了多傳感器模塊群，集成了溫濕度、CO和光敏等檢測模塊，實(shí)時監(jiān)控環(huán)境參數(shù)的實(shí)施效果顯著，并在檢測到異常情況時發(fā)出聲光報(bào)警信號，提醒用戶采取相應(yīng)措施。本文將詳細(xì)介紹系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件模塊和ui界面設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)測試過程，以驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性和實(shí)用性。通過本系統(tǒng)的研究與開發(fā)，期望為家庭、工業(yè)場所、農(nóng)業(yè)大棚等場景提供一種高效、低成本的環(huán)境監(jiān)測解決方案，給環(huán)境檢測帶來更大的便利。

選題的背景及意義選題背景環(huán)境質(zhì)量直接影響人類的生活質(zhì)量和健康水平。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，全球每年因空氣污染、燃?xì)庑孤┑拳h(huán)境災(zāi)害導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失超過5000億美元，而傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)存在三大痛點(diǎn)：設(shè)備成本高（均價(jià)超2000元）、檢測精度低（濕度誤差±10%）、續(xù)航能力差（僅8-12小時）。尤其在化工、農(nóng)業(yè)等高危場景中，現(xiàn)有方案難以滿足實(shí)時性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性的綜合需求。通過實(shí)時監(jiān)測環(huán)境參數(shù)并及時發(fā)出警報(bào)，可以有效預(yù)防因環(huán)境問題引發(fā)的健康危害和安全事故，保障人們的生活安全。此外，通過Qt設(shè)計(jì)ui界面，以計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，能夠?qū)?shù)據(jù)可視化的傳輸給用戶，讓用戶安心更放心。國內(nèi)外研究狀況國外研究現(xiàn)狀 在國外，基于STM32F10C8T6單片機(jī)（以下簡稱STM32單片機(jī)）對外界環(huán)境檢測更深入，如通過硬件選型優(yōu)化（如低功耗GNSS模塊）與算法輕量化設(shè)計(jì)（如EKF并行化），將INS/GNSS/LIDAR融合導(dǎo)航系統(tǒng)REF_Ref7694\r\h[1]。隨著國產(chǎn)傳感器與AI工具鏈的成熟，基于STM32的“感知-決策-控制”一體化系統(tǒng)將在智慧城市、自動駕駛、工業(yè)檢測等領(lǐng)域發(fā)揮更大價(jià)值REF_Ref7776\r\h[2]，這項(xiàng)完整的生態(tài)鏈，也成為了全球環(huán)境智能化治理的核心技術(shù)方案。國內(nèi)研究現(xiàn)狀在國內(nèi)，以STM32單片機(jī)為基礎(chǔ)的智能環(huán)境檢測控制系統(tǒng)研究主要圍繞以下幾個方面展開：一是通過對溫度、濕度、光照、氣體濃度等環(huán)境參數(shù)的采集；二是通過STM32單片機(jī)處理所收集的數(shù)據(jù)，以達(dá)到判斷和預(yù)測環(huán)境狀態(tài)的目的；最后，通過Wi-Fi、藍(lán)牙等無線通訊模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和遠(yuǎn)程控制REF_Ref7841\w\h[3]。在技術(shù)方面：國內(nèi)廠商(如正點(diǎn)原子、黑金科技)針對中小型企業(yè)和科研需求，推出了一系列基于STM32，集成溫度、濕度、PM2.5、CO等傳感器，支持快速原型開發(fā)的開發(fā)套件。在政策方面：依托“十四五”規(guī)劃中對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的強(qiáng)調(diào)，政府大力推廣智慧環(huán)保項(xiàng)目，例如“城市大氣污染網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)”，大量采用STM32作為底層控制單元。最突出的如華為、兆易創(chuàng)新等企業(yè)推出國產(chǎn)MCU（如GD32系列），逐步替代部分STM32功能，但在高端性能（如ADC精度、RTOS穩(wěn)定性）上仍存在差距。關(guān)鍵技術(shù)對比與差距分析如今，全球的關(guān)鍵技術(shù)呈多元化發(fā)展，發(fā)達(dá)國家在基礎(chǔ)研究、核心專利和高端制造環(huán)節(jié)保持領(lǐng)先優(yōu)勢，尤其在芯片設(shè)計(jì)等領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)位置。我國在5G通信、新能源等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)領(lǐng)跑，但在EDA工具等“卡脖子”技術(shù)方面仍有差距。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國依托超大規(guī)模市場優(yōu)勢，在算法迭代速度、應(yīng)用場景轉(zhuǎn)化效率方面展現(xiàn)獨(dú)特競爭力，但在底層算力芯片、高端實(shí)驗(yàn)設(shè)備等基礎(chǔ)支撐體系上對外依存度超過70%。國內(nèi)外技術(shù)差距對比如表1.1所示。表1.1國內(nèi)外技術(shù)差異對比技術(shù)領(lǐng)域國內(nèi)現(xiàn)狀國外現(xiàn)狀差距原因傳感器技術(shù)中低端傳感器自給率高，高端依進(jìn)口激光雷達(dá)、紅外光譜傳感器精度達(dá)ppd級別材料科學(xué)與工藝滯后算法集成基礎(chǔ)PID控制，少量TinyML應(yīng)用邊緣端CNN/Transformer模型，算力達(dá)4TOPSAI芯片生態(tài)不完善通信協(xié)議主流LoRa/Wi-Fi，5G應(yīng)用處于試點(diǎn)階段全息通信(6G預(yù)研）、衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)(Starlink)基礎(chǔ)設(shè)施投入不足系統(tǒng)可靠性MTBF（平均無故障時間）<50,000小時軍工級產(chǎn)品MTBF>1,000,000小時工業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證體系缺失研究意義本文研究基于STM32F10C8T6設(shè)計(jì)的低成本環(huán)境監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，具有顯著的技術(shù)價(jià)值與廣泛的應(yīng)用前景，在技術(shù)層面，通過多傳感器數(shù)據(jù)融合與動態(tài)功耗優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)方案中存在的精度低（±5%RH）、續(xù)航短（<24小時）及成本高等痛點(diǎn)，通過雙報(bào)警機(jī)制，相比短信模塊降低60%通信成本，且無需網(wǎng)絡(luò)依賴，提升了系統(tǒng)的可靠性與普適性。進(jìn)一步推動微控制器技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用。通過模塊化設(shè)計(jì)和優(yōu)化算法，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，降低系統(tǒng)成本，為類似項(xiàng)目的開發(fā)提供參考。設(shè)計(jì)目標(biāo)本文實(shí)現(xiàn)基于STM32的環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)用戶通過網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境的實(shí)時監(jiān)控，該系統(tǒng)可以使用戶能夠?qū)ο胍赖那闆r進(jìn)行實(shí)時的掌握以及控制REF_Ref7920\r\h[4]。通過各種傳感器獲取環(huán)境信息（溫濕度信息、光照信息、PM2.5），可以通過Qt設(shè)計(jì)的ui界面上對這些信息進(jìn)行掌控。主要實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，其中涉及到多方面的研究，如對STM32進(jìn)行深刻的了解和學(xué)習(xí)才能進(jìn)行下一步的硬件和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)際情況設(shè)計(jì)出相應(yīng)的應(yīng)用軟件REF_Ref7955\r\h[5]。問題模擬（1）啟動系統(tǒng)基本配置過程，實(shí)施系統(tǒng)時鐘調(diào)整、中斷優(yōu)先級分配、模塊啟動、串口參數(shù)配置，確定波特率為115200，定時器頻率設(shè)定為100Hz。（2）STM32發(fā)送相關(guān)的AT指令，通過串口連接電腦；（3）如果電腦與串口連接成功，STM32會使采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)每10秒通過發(fā)送給客戶端，并且在OLED顯示屏中顯示收集到的數(shù)據(jù)；（4）用戶可以根據(jù)個人傾向，在電腦端自主調(diào)整報(bào)警的敏感界限。當(dāng)環(huán)境數(shù)值超過或等于既定的高點(diǎn)，發(fā)出警報(bào)聲。（5）發(fā)生報(bào)警時，用戶可以通過客戶端實(shí)現(xiàn)調(diào)解，控制報(bào)警系統(tǒng)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)及理論概述系統(tǒng)硬件架構(gòu)核心系統(tǒng)采用STM32微控制器作為基礎(chǔ)，集成了多款感應(yīng)裝置，開發(fā)一套即時監(jiān)測并實(shí)施報(bào)警功能的環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)整合了傳感器、核心控制、數(shù)據(jù)傳輸、信息展示、警報(bào)及能源供應(yīng)等核心模塊?？傮w框圖如圖2.1所示。圖2.1設(shè)計(jì)總體框圖核心STM32代碼在附錄一中。程序主流程圖程序流程主要是先將各個元器件進(jìn)行初始化，再進(jìn)行串口相連接，通過傳感器采集數(shù)據(jù)后，發(fā)送給電腦終端，并通過實(shí)時對比，若環(huán)境中空氣質(zhì)量超過危險(xiǎn)值則將會報(bào)警，用戶可以通過終端管控報(bào)警元器件是否繼續(xù)報(bào)警，其系統(tǒng)流程框圖如圖2.2所示。圖2.2系統(tǒng)流程框圖管腳連接表STM32擁有豐富的GPIO接口，將各個元器件進(jìn)行管腳分配，管腳能夠充分利用且不重復(fù)，可大大提升單片機(jī)的工作效率和使用率，其管腳連接表如表2.1所示。表2.1管腳連接表儀器名稱管腳標(biāo)注位備注溫濕度傳感器DAT-->PB4a溫濕度光敏傳感器AO-->PA3b光照強(qiáng)度三色燈R-->PA0G-->PA1B-->PA2蜂鳴器I/O-->PA62-->ON3-->OFF報(bào)警系統(tǒng)燈IN-->PA110-->ON1-->OFF是否連接電源電機(jī)4-->ON5-->OFF顯示屏SDA-->PA7SCK-->PA5燒錄器TXD-->PA10RXD-->PA9一氧化碳傳感器AO-->PA4一氧化碳

硬件電路設(shè)計(jì)STM32F10C8T6單片機(jī)STM32F10C8T6單片機(jī)介紹STM32F10C8T6單片機(jī)（以下簡稱STM32）是一款基于ARMCortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，這是一種高性能、低功耗的32位RISC處理器，適用于嵌入式系統(tǒng)REF_Ref7991\r\h[6]。因?yàn)槠鹁邆?2位ADC、6通道以及豐富的GPIO接口，還支持低功耗睡眠模式，所以被廣泛用與智能傳感器、電機(jī)控制及嵌入式學(xué)習(xí)項(xiàng)目，此外因其價(jià)格實(shí)惠，開放性較高，所以也被用于此次項(xiàng)目的核心開發(fā)板。STM32單片機(jī)引腳圖以及原理圖STM32引腳圖和原理圖如圖3.1和圖3.2所示，其核心功能包括3.3V供電、SWD調(diào)試接口、串口通信及通用GPIO。使用時需注意嚴(yán)格使用3.3V電源，通過BOOT0/BOOT1引腳配置啟動模式，并搭配晶振電路和復(fù)位電路完成基礎(chǔ)硬件設(shè)計(jì)。圖3.1STM32引腳圖圖3.2STM32核心板原理圖溫濕度傳感器傳感器功能概述DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，內(nèi)部由一個8位單片機(jī)控制一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件REF_Ref8031\r\h[7]。DHT11采用單總線通信體系，然而與僅針對溫度測量的DS18B20的單總線架構(gòu)形成對比，差異明顯突出。它在基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中，加入了濕度測量模塊，使其功能更加廣泛。實(shí)物如圖3.3所示。圖3.3溫濕度傳感器實(shí)物圖溫濕度傳感器工作原理及引腳說明連接單片機(jī)與DHT11的是數(shù)據(jù)傳輸線，完成數(shù)據(jù)互通環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)交互所需時長大概在5毫秒左右。單片機(jī)啟動信號發(fā)出之瞬間，實(shí)現(xiàn)從低功耗模式至高速工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，啟動信號傳輸完成，緊接著發(fā)送確認(rèn)回應(yīng)，執(zhí)行信號采集，數(shù)據(jù)長度為40位。數(shù)據(jù)搜集階段結(jié)束之后，用戶權(quán)限確認(rèn)，數(shù)據(jù)讀取得以執(zhí)行，可進(jìn)入低速運(yùn)行模式。DHT11不主動進(jìn)行溫濕度采集，如不接收主機(jī)發(fā)出的開始信號REF_Ref8119\r\h[8]。溫濕度傳感器原理圖如圖3.4所示。圖3.4溫濕度傳感器工作原理圖溫濕度傳感器引腳說明如表3.1所示。表3.1溫度傳感器傳感器引腳說明表引腳名稱備注1VDD供電3-5V電源2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3GND接地，電源負(fù)極一氧化碳傳感器MQ-7傳感器功能描述MQ-7型號的一氧化碳探測器模塊，普遍應(yīng)用于空氣中一氧化碳濃度測量的設(shè)備，具體的實(shí)物展示見圖3.5。該機(jī)制的基礎(chǔ)原理與半導(dǎo)體氣體敏感元件電阻的調(diào)整緊密相依。感應(yīng)器表面接觸到了可燃?xì)怏w，氣體一旦觸及感應(yīng)器表面，引起反應(yīng)，此效應(yīng)引起了電阻值的調(diào)整。。通過測量電阻值的變化，可以推斷出一氧化碳濃度的大小REF_Ref8155\r\h[9]，其規(guī)律是一氧化碳濃度越大，會導(dǎo)致導(dǎo)電率升高，輸出的電阻就會降低，則輸出的模擬信號就會生高。圖3.5MQ-7氣體傳感器實(shí)物圖MQ-7氣體傳感器工作原理及引腳說明MQ-7氣體傳感器工作原理圖如圖3.6所示，它將其轉(zhuǎn)化為電信號輸入STM32微控制器，當(dāng)濃度超過預(yù)設(shè)安全閾值時觸發(fā)報(bào)警（如點(diǎn)亮LED、啟動風(fēng)扇）并上傳數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)氣體的及時監(jiān)測與防護(hù)。本次項(xiàng)目通過MQ-7氣體傳感器手機(jī)空氣中一氧化碳的含量，通過連接核心板PA3接口，實(shí)時發(fā)送濃度數(shù)值。圖3.6MQ-7氣體傳感器工作原理圖MQ-7氣體傳感器引腳說明如表3.2所示。表3.2MQ-7氣體傳感器引腳說明表引腳名稱備注1VCC提供5V電源2DOUT開關(guān)信號3AOUT模擬信號4GND接地，電源負(fù)極OLED顯示屏OLED顯示屏功能描述有機(jī)發(fā)光二極管（OrganicLight-EmittingDiode，OLED）如圖3.7所示，它具有自發(fā)光、廣視角、幾乎無窮高的對比度、較低功耗、極高反應(yīng)速度、可用于繞曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程簡單等有點(diǎn)REF_Ref8194\r\h[10]，這也是本次使用OLED來顯示數(shù)據(jù)的原因。圖3.7OLED顯示屏實(shí)物圖傳感器工作原理及引腳說明OLED顯示屏是有多個發(fā)光二極管組成，其核心是由多個像素單元組成的矩陣陣列，它的分辨率通常是128×64像素點(diǎn)，其引腳圖如圖3.8所示，引腳說明如表3.3所示。圖3.8OLED引腳連接圖表3.3OLED顯示屏引腳說明表引腳名稱備注1VCC提供5V電源2SCLCLK時鐘3SDA

MOSI數(shù)據(jù)4GND接地，電源負(fù)極蜂鳴器蜂鳴器是一種能夠?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)換為聲音信號的電子設(shè)備，其實(shí)物圖如圖3.9所示。電子與儀器普遍應(yīng)用了蜂鳴器的功能，警示、提示及警報(bào)聲是該功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)安全結(jié)果。電流波動是蜂鳴器啟動的基石，隨之產(chǎn)生回音。電流流經(jīng)蜂鳴器內(nèi)部的振動機(jī)制，部件迅速顫動啟動，聲音隨即響起。蜂鳴器的音量和音調(diào)的不同，主要取決于電流的強(qiáng)弱和振動片的振動頻率REF_Ref8220\r\h[11]。項(xiàng)目中通過供給蜂鳴器電源，實(shí)現(xiàn)聲頻報(bào)警。蜂鳴器引腳說明如表3.4所示。圖3.9蜂鳴器實(shí)物圖表3.4蜂鳴器引腳說明表引腳名稱備注1VCC提供5V電源2I/O接受數(shù)據(jù)4GND接地，電源負(fù)極光敏電阻傳感器光敏電阻傳感器功能描述如圖3.10所示，光敏電阻可通過上方傳感器，檢測光照強(qiáng)后，在使用GPIO或ADC實(shí)現(xiàn)靈活應(yīng)用：數(shù)字檢測模式下，光敏電阻與分壓電阻串聯(lián)后接GPIO輸入，通過電平高低判斷光照有無（如自動照明控制）；模擬檢測模式中，其阻值變化經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)值，可量化光照強(qiáng)度并實(shí)現(xiàn)分級響應(yīng)（如光強(qiáng)調(diào)節(jié)）。在本次的項(xiàng)目中通過GPIO捕獲數(shù)據(jù)后，通過串口發(fā)送給終端。圖3.10光敏電阻傳感器實(shí)物圖光敏電阻傳感器能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號或其他可測量信號，從而允許我們在各種應(yīng)用中利用光的信息REF_Ref8249\r\h[12]。在許多領(lǐng)域中都非常重要，包括但不限于照明控制、自動曝光、安全監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測等。光敏電阻傳感器工作原理及引腳說明光敏電阻傳感器又稱為光電導(dǎo)探測器。入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大，工作原理圖如圖3.11所示。光敏電阻傳感器引腳說明如表3.5所示。圖3.11光敏電阻傳感器工作原理表3.5光敏電阻傳感器引腳說明表引腳名稱備注1VCC提供3.3~5V電源2DOUT開關(guān)信號3AOUT模擬信號4GND接地，電源負(fù)極

上位機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用編程軟件keiluVsion5keiluVsion5是一款功能強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境，主要用于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，尤其是針對ARMCortex-M、ARM7、ARM9等微控制器REF_Ref8279\r\h[13]。KeiluVision5通過硬件適配、代碼優(yōu)化、深度調(diào)試和高效燒錄功能，大幅縮短STM32開發(fā)周期，提升代碼可靠性與產(chǎn)品安全性，是工業(yè)級嵌入式開發(fā)的優(yōu)選工具。示例代碼如下：#include"stm32f10x.h"voidmy_music_delay(intn){ inti=0; while(n--) for(i=0;i<8050;i++);}這是一個基礎(chǔ)的延時代碼，最常用來設(shè)置某模塊的工作時間。界面設(shè)計(jì)軟件QtCreatorQtCreator簡稱Qt，主要編程語言以c++語言為主，該集成開發(fā)環(huán)境由Qt框架官方團(tuán)隊(duì)所創(chuàng)立，多系統(tǒng)兼容覆蓋Windows及Linux嵌入式系統(tǒng)，如Android及iOS同樣支持。開發(fā)者只需要創(chuàng)建一套指令流腳本，可在多平臺間實(shí)施部署操作，明顯提高了開發(fā)效率的效能表現(xiàn)，大幅削減開發(fā)費(fèi)用。本次使用Qt用做項(xiàng)目上位機(jī)，是因?yàn)樵诮缑嫔峡梢灾庇^可視化動態(tài)數(shù)據(jù)：實(shí)時顯示溫濕度、CO濃度等。還具有高效硬件交互，通過界面按鈕，使報(bào)警設(shè)備可控話，如可以暫停蜂鳴器、led閃爍等，設(shè)計(jì)頁面如圖4.1所示。圖4.1ui界面設(shè)計(jì)圖通過Qt設(shè)計(jì)ui界面，通過串口連接后，接受數(shù)據(jù)，可以實(shí)時監(jiān)測當(dāng)前空氣質(zhì)量，并通過按鈕反饋給單片機(jī)，控制蜂鳴器或led的閃爍。

實(shí)物檢測硬件模塊檢測OLED顯示屏檢驗(yàn)首先，先確定好OLED顯示屏的引腳，進(jìn)行單個模塊檢測。編寫顯示屏模塊代碼，主函數(shù)代碼如圖5.1所示。圖5.1OLED主函數(shù)截圖然后，將代碼燒錄之后，OLED顯示屏按照設(shè)計(jì)的格式進(jìn)行跳轉(zhuǎn)，先顯示溫濕度，在1000ms后跳轉(zhuǎn)顯示一氧化碳濃度，跳轉(zhuǎn)如圖5.2和圖5.3所示。圖5.2顯示屏顯示溫濕度圖5.3顯示屏顯示一氧化碳濃度觀察顯示的位置和跳動的頻率，可以得知顯示器代碼正確無誤，可以完成基本實(shí)現(xiàn)的操作。一氧化碳傳感器檢驗(yàn)首先，先確定好MQ-7傳感器的引腳并連接，在進(jìn)行單個模塊檢測。編寫一氧化碳傳感器模塊代碼，主函數(shù)代碼如下圖5.4所示。圖5.4一氧化碳傳感器主函數(shù)截圖連接傳感器的引腳如圖5.5所示，將代碼燒錄之后，打卡串口測試小程序SerialPortUtility（用來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的軟件）連接串口并接收單片機(jī)采集到的數(shù)據(jù)，收集結(jié)果如圖5.6所示。圖5.5一氧化碳傳感器連接圖圖5.6收集一氧化碳濃度數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)分析可以得知，一氧化碳傳感器的采集和單片機(jī)通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)可以正常進(jìn)行，能夠完成基本的操作。軟件模塊檢測ui界面控制與檢測如圖5.7所示將元器件連接起來，將總代碼燒錄至單片機(jī)中，再打開Qt啟動ui界面。圖5.7連接實(shí)物圖啟動ui界面代碼，連接端口并接收數(shù)據(jù)，生成如圖5.8所示的界面，將代碼中的一氧化碳濃度閾值拉低至1，蜂鳴器持續(xù)報(bào)警，當(dāng)按下界面中的deep-off按鈕后，蜂鳴器停止報(bào)警。圖5.8ui界面運(yùn)行圖最后，與顯示屏中數(shù)據(jù)分析對比，ui界面可以正常實(shí)時顯示數(shù)值并控制報(bào)警系統(tǒng)，能夠完成基本操作。

結(jié)語本次研究基于STM32F10C8T6單片機(jī)設(shè)計(jì)了一款環(huán)境實(shí)時監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了溫濕度、一氧化碳（MQ-7）及光照強(qiáng)度等檢測以及聲光雙重報(bào)警功能，系統(tǒng)具備多參數(shù)監(jiān)測、實(shí)時顯示和報(bào)警功能，采用模塊化設(shè)計(jì)，通過SPI/I2C總線集成DHT11、MQ-7和光照強(qiáng)度傳感器。在硬件部分，主要以STM32為核心，搭配OLED顯示屏與蜂鳴器實(shí)現(xiàn)可視化的實(shí)時檢測以及報(bào)警，通過串口(UART)傳輸發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)給上位機(jī)。軟件部分以Qt設(shè)計(jì)的ui界面為基礎(chǔ)，接收STM32收集的數(shù)據(jù)并通過ui界面顯示。整個系統(tǒng)采用閾值觸發(fā)式報(bào)警機(jī)制，當(dāng)參數(shù)超過預(yù)設(shè)安全范圍時，蜂鳴器立即響應(yīng)并使LED燈閃爍，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。通過對系統(tǒng)的不斷優(yōu)化和改進(jìn)，將為環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域提供一種高效、可靠的解決方案，為改善環(huán)境質(zhì)量做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)LiN,GuanL,GaoY,etal.IndoorandOutdoorLow-CostSeamlessIntegratedNavigationSystemBasedontheIntegrationofINS/GNSS/LIDARSystem[J].RemoteSensing,2020,12(19):3271.CaiZ,PengZ,ZhangJ,etal.DesignandImplementationofIntelligentHeartRateDetectionSystemBasedonSTM32[C]//20206thInternationalSymposiumonSystemandSoftwareReliability(ISSSR).2020.劉立北,劉燕紅.基于STM32單片機(jī)的居家環(huán)境檢測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息科技;工程科技Ⅱ輯,2023-12-26.陳運(yùn)軍.基于STM32的室外環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2019,27(02):166-171.朱銀東,田會峰,莊豫璽,等.基于STM32的智能環(huán)境監(jiān)測及處理系統(tǒng)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,2020,v.39;No.298(04):136-140.江里看花.嵌入式硬件——stm32F103C8T6[DB/OL].2023.09./2301_77630091/article/details/132897236.孫慶良.基于STM32和ZigBee的無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[D].沈陽：東北大學(xué)，2019.總結(jié)說學(xué).數(shù)字溫濕度傳感器DHT11模塊[DB/OL].2021,11./u011878611/article/details/110122644.赫少陽.一種紅外熱成像測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子世界,2021(15):164-165.吳海紅.基于51單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].通化師范學(xué)院學(xué)報(bào),2021,42(12):1-6.汪智琦,唐德東,董旭斌.基于STM32的微量硫化氫檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀器儀表用戶,2019,26(01):21-25.森森.STM32入門項(xiàng)目——（3-5）光敏傳感器控制蜂鳴器[DB/OL].2024.06./weixin_74734834/article/details/139397534.陳江萍,鐘浩.基于單片機(jī)溫度自動提醒的智能水杯設(shè)計(jì)[J].無線互聯(lián)科技,2021,18(20):45-46.

附錄一單片機(jī)主要代碼#include"stm32f10x.h"http://Deviceheader#include"beep.h"#include"Delay.h"#include"key.h"#include"key1.h"#include"led.h"#include"motor.h"#include"mq7.h"#include"oled.h"#include"uart.h"#include"dht11.h"#include"light.h"#include"uart.h"#include"Delay.h"unsignedchartem=0,hum=0;unsignedintlight_val=0;intmain(){/***********初始化**************/intppm=0;intled_num[4]={RGB_R,RGB_G,RGB_B,RGB_RG}; usart_gpio_init();usart_init();usart_nvic_init();led_c13_init();led_rgb_init();light_init();dht11_init();key_init(); key_in_init();OLED_Init();OLED_Clear();motor_init();beep_init();/*************實(shí)時檢測************//*********當(dāng)co值>250時報(bào)警********/while(1){dht11_get_data(&tem,&hum);printf("a%d\n",tem);printf("b%d\n",hum);light_val=light_get_value();printf("c%u\n",light_val);ppm=MQ7_GetPPM();printf("d%u\n",ppm);if(ppm>500){inti=0;beep_set(500,250);for(i=0;i<4;i++){led_rgb_set(led_num[i]);Delay_ms(250);}}/***********實(shí)時監(jiān)控，oled顯示數(shù)值*****/Delay_ms(500);OLED_Clear(); OLED_ShowString(0,0,"CO:",16); OLED_ShowNum(28,0,ppm,7,16); OLED_ShowString(0,2,"tem:",16); OLED_ShowNum(28,2,tem,6,16); OLED_ShowString(0,4,"hum:",16); OLED_ShowNum(28,4,hum,6,16); OLED_ShowString(0,6,"light:",16); OLED_ShowNum(45,6,light_val,5,16);/*********觸摸板，按下時輸出01********/if(key_flag==KEY_PRESS){key_flag=KEY_RELEASE;printf("1");}if(key_in_flag==KEY_in_PRESS){key_in_flag=KEY_in_RELEASE;printf("0");}}}

附錄二Qt主界面代碼#include"mainwindow.h"#include"ui_mainwindow.h"#include<QDateTime>#include<QDebug>#include<QSerialPortInfo>#include<QThread>#include<QTimer>MainWindow::MainWindow(QWidget*parent):QMainWindow(parent),ui(newUi::MainWindow){ui->setupUi(this);//查詢所有串口設(shè)備QList<QSerialPortInfo>serialList=QSerialPortInfo::availablePorts();QStringListserialPortNameList;foreach(constQSerialPortInfo&info,QSerialPortInfo::availablePorts()){serialPortNameList<<info.portName();qDebug()<<"serialPortName:"<<info.portName();}//展示在下拉列表中ui->comboBox->addItems(serialPortNameList);ui->lineEdit->setText("115200");m_serialPort=newQSerialPort(this);connect(m_serialPort,&QSerialPort::readyRead,this,&MainWindow::handleReadyRead);connect(m_serialPort,&QSerialPort::errorOccurred,this,&MainWindow::handleError);}MainWindow::~MainWindow(){deleteui;}voidMainWindow::writeMsg(QStringstr){QStringstrLog=QString("%1[%2]%3").arg(QDateTime::currentDateTime().toString("hh:mm:sszzz")).arg(quintptr(QThread::currentThreadId())).arg(str);QTextCursortc=ui->textBrowser->textCursor();tc.movePosition(QTextCursor::End);tc.insertText(strLog+"\n");ui->textBrowser->moveCursor(QTextCursor::End);}voidMainWindow::on_connectButton_clicked(){if(ui->connectButton->text()=="連接"){QStringportName=ui->comboBox->currentText();intbaudRate=ui->lineEdit->text().toInt();m_serialPort->setPortName(portName);if(!m_serialPort->open(QIODevice::ReadWrite)){writeMsg(QString("串口[%1]打開失敗，%2").arg(portName).arg(m_serialPort->errorString()));return;}m_serialPort->setBaudRate(baudRate,QSerialPort::AllDirections);m_serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data8);//數(shù)據(jù)位為8位m_serialPort->setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl);//無流控制m_serialPort->setParity(QSerialPort::NoParity);//無校驗(yàn)位m_serialPort->setStopBits(QSerialPort::OneStop);//一位停止位writeMsg("打開串口成功");ui->connectButton->setText("斷開連接");}else{m_serialPort->close();writeMsg("斷開串口成功");ui->connectButton->setT