基于MSP430及ZigBee的多点气体监测及处理的系统设计

2020年第1期23方案与应用信息技术与信息化基于MSP430的智能窗户设计杨颖慧* 黄齐兴 徐 建YANG Ying-hui HUANG Qi-xing XU Jian摘　要 本设计针对普通窗户进行了智能化改装，室内外分别安装温湿度传感器、燃气探测器、烟感探测器和光照强度传感器、风雨传感器，窗门边缘和窗帘杆上安装步进电机和限位开关，各个传感器感知外界环境的变化并收集相关数据，通过ZigBee 将所采集到的数据发送到以MSP430为核心的控制模块，在MSP430平台中对接收到的各种数据分别进行分析和处理，进而控制步进电机、限位开关来实现窗户的开闭程度和窗帘的开关状况，从而实现窗户智能化的效果，以达到人们满意的效果。

关键词 传感器；ZigBee ；数据处理；步进电机doi：10.3969/j.issn.1672-9528.2020.01.005* 湖北民族大学信息工程学院 湖北恩施 445000[基金项目] 湖北省大学生创新创业训练计划项目（S201910517048）0 引言21世纪是一个高科技引领潮流的时代，科技飞速发展，加之5G 网络横空出世，人们对生活水平、工作环境的要求也不断提高，因而传统简单的家居设备已经不能满足人们的需求，现在人们迫切需要的是能够与计算机、通信网络、自动化等先进科学技术相结合的智能化家居设备，一个具有高度安全、方便快捷、愉悦舒适等特点的生活和工作环境。

在此背景下，以“高效、安全、便捷、智能”为设计理念的新一代的智能家居便应运而生。

现代社会人们忙碌于学习和工作，早出晚归，对室内环境调节十分重要的窗户就很容易被人们遗忘。

普通的窗户在刮强风或者下大雨时不能自动关闭，夏天晚上天气突然变凉而人们正在熟睡中时不能自动关闭，也就是说普通窗户不能够自动调整开合程度以适应风、雨、光、温湿度等环境变化，同时当屋内发生煤气泄漏时也不能及时开窗透风，或者出现火灾时不能及时的关窗，这样会让屋内有充足空气从而使火势越来越大，这些问题给生活带来了诸多不便甚至有一定的安全隐患。

高等教育自学考试本科毕业论文基于单片机的气体检测系统设计考生姓名：准考证号：专业层次：院（系）：指导教师：职称：重庆科技学院二O一三年九月十五日摘要本论文研究设计了一种用于公共场所及室内具有检测及超限报警功能的室内空气质量检测系统。

其设计方案基于89C51单片机，选择瑞士蒙巴波公司的CH20/S-10甲醛传感器和MQ-5气体传感器。

系统将传感器输出的4~20mA的标准信号通过以AD0832为核心的A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由LCD显示甲醛浓度值。

文中详细介绍了数据采集子系统、数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。

系统对于采样地点超出规定的甲醛容许浓度和天然气规定浓度时采用三极管驱动的单音频报警电路提醒监测人员。

同时，操作人员对于具体报警点的上限值可以通过单片机编程进行设置。

另外，该系统对浓度信号进行了信号补偿等处理，减少了测量误差，因此，具有较高的测量精度，而且结构简单，性能优良。

本系统的量程为0-10ppm，精度为0.039ppm 。

关键词: 甲醛检测，天然气检测，AT89C52单片机ABSTRACTThis thesis design of a paper for public places and indoor testing and over-limit alarm functions with indoor air quality testing system. Its design is based on 89C51 single chip, with the choice of MQ-5 gas sensors and CH20/S-10 formaldehyde sensor from Switzerland mengbabo company. Sensor system will output 4 ~ 20mA standard signal through the core ADC0832 for A / D conversion circuit after conditioning, by the single-chip microcomputer for data processing, at last display the formaldehyde concentration on the LCD . The article detailed the data acquisition subsystem, data processing and data display and alarm system circuit design method and process. When the sampling sites when the formaldehyde and Natural gas concentration exceeded，To the single-transistor drive circuit audio alarm will sound the alarm，Testing staff to remind. At the same time，The concentration of formaldehyde, Can be set through the single-chip programming.In addition, the system signals a concentration compensation signal processing, a reduction of measurement error, therefore, have a high measurement accuracy, and simple structure, excellent performance. The range of the system for 0-10ppm, accuracy 0.039ppm.Keywords: Formaldehyde detection,Natural gas detection, AT89C52 single-chip目录摘要................................................................................................................................................................ I I ABSTRACT.. (III)1 绪论 (1)1.1 设计的意义 (1)1.2设计的内容 (1)1.3发展背景 (1)２总体方案设计 (3)2.1总体方案设计 (3)2.2总体电路概念图设计 (3)3 硬件设计 (4)3.1主控芯片AT89C52的设计 (4)3.2 传感器设计 (5)3.3 模数转换设计 (7)3.4 按键设计 (9)3.5 外围扩充存储器设计 (10)3.6 时钟芯片设计 (10)3.7 LCD显示器设计 (11)4 软件设计 (13)4.1 主程序模块设计 (13)4.2模数转换设计 (13)4.3按键模块设计 (13)4.4时钟模块设计 (14)4.5LCD显示模块设计 (15)5系统仿真 (16)5.1编译软件介绍 (16)5.2主程序 (16)结论 (22)致谢 (23)参考文献 (24)1 绪论1.1 设计的意义甲醛是一种无色，有强烈刺激性气味的气体。

《基于STM32的室内空气质量检测仪的设计与实现》篇一一、引言随着人们对生活品质的追求不断提高，室内空气质量成为了一个备受关注的话题。

为了更好地监测和改善室内空气质量，设计并实现一款基于STM32的室内空气质量检测仪显得尤为重要。

本文将详细介绍该检测仪的设计思路、实现方法以及实验结果。

二、系统设计1. 硬件设计本系统采用STM32微控制器作为核心，搭配多种传感器实现空气质量的检测。

硬件设计主要包括STM32最小系统、传感器模块、电源模块、通信模块等。

(1) STM32最小系统：包括STM32微控制器、时钟电路、复位电路等，为系统提供稳定的运行环境。

(2) 传感器模块：选用具有高灵敏度、低功耗的传感器，如颗粒物传感器、气体传感器等，实现对室内PM2.5、PM10、TVOCs 等空气质量参数的检测。

(3) 电源模块：为系统提供稳定的电源，可通过外接电源或内置电池供电。

(4) 通信模块：支持与上位机或手机APP进行通信，实现数据的远程传输和监控。

2. 软件设计软件设计主要包括操作系统、驱动程序、数据采集与处理、通信协议等部分。

(1) 操作系统：采用STM32常用的操作系统，如HAL库或RTOS等，为系统提供稳定、高效的运行环境。

(2) 驱动程序：编写传感器模块、通信模块等硬件设备的驱动程序，实现对硬件设备的控制和数据采集。

(3) 数据采集与处理：通过传感器模块采集室内空气质量数据，进行数据滤波、校正等处理，以提高数据准确性。

(4) 通信协议：设计与上位机或手机APP的通信协议，实现数据的远程传输和监控。

三、实现方法1. 传感器选型与配置根据实际需求，选择合适的传感器进行空气质量检测。

例如，选用颗粒物传感器实现PM2.5、PM10的检测，选用气体传感器实现TVOCs等有害气体的检测。

同时，根据传感器的工作原理和性能参数进行合理的配置和调试。

2. 数据采集与处理通过传感器模块采集室内空气质量数据，进行数据滤波、校正等处理。

基于物联网技术的智能气体检测与报警系统设计随着物联网技术的快速发展，人们对安全环境的要求越来越高。

在工业生产、医疗卫生、居住环境等各个领域，气体泄漏事件可能会对人们的生命和财产安全造成严重威胁。

而基于物联网技术的智能气体检测与报警系统设计，正是针对这一需求，利用传感器、网络、云计算等技术，实现对气体数据的实时监测、分析和报警，以提升人们的安全保障水平。

一、系统架构设计智能气体检测与报警系统的核心架构包括传感器、数据通信模块、数据处理与分析模块、报警与预警模块以及远程监控与管理模块。

1. 传感器：采用高精度、高稳定性的气体传感器，能够实时检测环境中的有害气体浓度，并将检测结果以数字信号的形式传输给数据通信模块。

2. 数据通信模块：使用无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等，与传感器进行无线连接，将实时采集的气体浓度数据传输到数据处理与分析模块。

3. 数据处理与分析模块：接收传感器传输的数据，并通过算法对数据进行处理，比较检测结果与预设阈值，判断是否存在气体泄漏或浓度超标的情况。

同时，还可以对历史数据进行存储和分析，为后续的数据挖掘和决策提供支持。

4. 报警与预警模块：当检测结果超过事先设定的阈值时，系统会立即触发报警机制，以声音、光照等方式提醒现场人员，并通过短信、邮件等形式发送报警信息给相关人员，以便及时采取应对措施。

5. 远程监控与管理模块：通过互联网将监测数据传输到云服务器，并提供远程监控与管理的功能。

用户可以通过手机APP、电脑终端等设备，实时查看气体浓度、报警状态和历史记录，并对系统进行远程设置和管理。

二、技术选择与关键问题解决1. 传感器选择：根据不同的气体类型和监测要求，选择适合的传感器。

常见的气体传感器包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等。

传感器的准确性、稳定性和响应时间等性能指标要求高，需要在供应商的评估和实际使用中进行验证。

2. 数据通信选择：根据系统实际需求和现场环境特点选择合适的无线通信技术。

《基于STM32的室内空气质量检测仪的设计与实现》篇一一、引言随着科技的不断进步，室内空气质量问题已经成为了现代社会的一大关注焦点。

人们越来越关注空气的清洁度和健康因素。

为此，我们提出了一种基于STM32的室内空气质量检测仪的设计与实现。

这款产品能够实时监测室内空气中的多种有害物质，如PM2.5、甲醛、TVOC等，并通过精确的传感器和先进的算法，为人们提供一个安全、健康的室内环境。

二、系统设计1. 硬件设计本系统以STM32微控制器为核心，采用高精度的传感器模块进行空气质量检测。

主要硬件包括STM32微控制器、传感器模块、显示屏、电源模块等。

其中，传感器模块负责实时检测室内空气中的有害物质，并将数据传输给STM32微控制器进行处理。

显示屏用于显示检测结果，电源模块为整个系统提供稳定的电源。

2. 软件设计软件设计主要包括数据采集、数据处理、数据传输和显示等部分。

数据采集部分通过传感器模块实时采集室内空气质量数据，数据处理部分对采集到的数据进行处理和分析，以得到准确的空气质量指数。

数据传输部分将处理后的数据通过蓝牙或Wi-Fi传输到手机或电脑等设备上，方便用户随时查看。

显示部分则将数据以直观的方式展示在显示屏上。

三、系统实现1. 传感器模块的实现传感器模块是本系统的核心部分，负责实时检测室内空气中的有害物质。

我们采用了高精度的传感器，如PM2.5传感器、甲醛传感器、TVOC传感器等，通过与STM32微控制器进行通信，实时采集空气质量数据。

2. 数据处理与显示的实现数据处理部分通过算法对传感器模块采集到的数据进行处理和分析，以得到准确的空气质量指数。

显示部分则将数据以数字、图表等方式展示在显示屏上，方便用户随时查看。

此外，我们还将开发一款手机App，将数据通过蓝牙或Wi-Fi传输到手机上，用户可以随时随地查看室内空气质量情况。

3. 系统调试与优化在系统实现过程中，我们需要对硬件和软件进行反复的调试和优化，以确保系统的稳定性和准确性。

《基于STM32的室内空气质量检测仪的设计与实现》篇一一、引言随着人们对生活品质的追求日益提高，室内空气质量成为了人们关注的重点。

因此，设计并实现一款基于STM32的室内空气质量检测仪具有重要的现实意义。

该设备不仅能够实时监测室内空气中的主要污染物，如PM2.5、甲醛、VOC等，还可以将检测数据通过显示屏和无线通信技术进行实时显示和传输，为人们提供一个健康、舒适的居住环境。

二、系统设计1. 硬件设计本系统以STM32微控制器为核心，搭配多种传感器模块，包括PM2.5传感器、甲醛传感器、VOC传感器等。

此外，还包括电源模块、显示屏模块和无线通信模块等。

（1）STM32微控制器：作为整个系统的核心，负责数据的采集、处理和传输。

（2）传感器模块：负责检测室内空气中的主要污染物，如PM2.5、甲醛、VOC等。

（3）电源模块：为系统提供稳定的电源供应。

（4）显示屏模块：用于实时显示检测数据和系统状态。

（5）无线通信模块：将检测数据通过无线方式传输到手机或电脑等设备上。

2. 软件设计软件设计主要包括STM32微控制器的程序设计和上位机软件设计。

（1）STM32微控制器程序设计：负责数据的采集、处理和传输。

通过传感器模块获取室内空气质量数据，经过处理后通过无线通信模块发送到上位机软件进行显示和存储。

（2）上位机软件设计：包括手机APP和电脑软件。

手机APP可以实时显示检测数据和系统状态，并支持远程控制；电脑软件可以实现对数据的存储、分析和处理等功能。

三、实现过程1. 传感器模块的选型与配置根据实际需求，选择合适的传感器模块，并进行配置和调试。

确保传感器模块能够准确、稳定地检测室内空气质量数据。

2. STM32微控制器的程序设计编写STM32微控制器的程序，实现数据的采集、处理和传输功能。

通过传感器模块获取室内空气质量数据，并进行数据处理和存储。

同时，通过无线通信模块将数据发送到上位机软件进行显示和存储。

3. 显示屏模块的连接与配置将显示屏模块与STM32微控制器进行连接，并进行配置和调试。

常州机电职业技术学院毕业设计（论文）系部：信息工程系专业：应用电子技术题目：基于MSP430单片机的环境参数监测仪的设计制作指导者：评阅者：2014 年 4 月毕业设计（论文）中文摘要温湿度和光照度等参数是标定环境不可缺少的参数，对其进行准确的测量具有重要意义。

本文以室内外居住环境为背景，设计出一种以MSP430F5438A超低功耗单片机为控制核心的环境参数监测仪。

论文对环境参数监测系统硬件和软件模块包括子系统模块进行了详细设计：通过相应的传感器芯片对包括温度、湿度、光强、红外辐射度和可燃气体浓度等环境参数进行检测和采集；通过微处理器MSP430F5438A将传感器芯片采集到的数据进行分析处理，并在液晶终端进行参数的实时显示和监控。

论文分别对温度传感器模块，单总线湿度传感器模块，光照度传感器模块，气敏传感器模块，红外热释电模块以及按键和液晶显示模块进行了单模块分别调试。

在此基础上对这些子程序模块进行了整合调试及整机功能和功耗测试，最终完成整个监控系统及仪器的设计制作。

实验显示，本环境参数监测仪具有体积小、携带方便、功耗低、可靠性高、免维护、成本低等优点，在室内外环境参数监测领域，具有很好的应用前景。

关键词：MSP430单片机环境参数监测传感器液晶显示毕业设计（论文）外文摘要Title： The Design and Production of Environmental Parameter Monitor Based on MSP430Abstract：Parameters such as temperature, humidity and illuminance are indispensable to the calibration environment, which has important significance for accurate measurement. The aim of this thesis isto design an environmental parameter monitor, which controlledby an ultra-low power MSP430F5438A for indoor and outdoor living environment.The detailed design of hardware and software module including subsystem module in the environmental parameter monitor is proposed in this thesis. The corresponding sensor chip is usedto detect and collect the environmental parameter such as temperature, humidity, illuminance, the infrared radiation intensity and combustible gas concentration. The MSP430F5438A analyzes and processed the data which collected by sensor chips, and realized the real-time display and monitoring for parameterson LCD terminal.The thesis proceeds debugging on single module likes temperature sensor module, single bus humidity sensor module, illuminance sensor module, gas sensor module, pyroelectricinfrared module and buttons and LCD module, respectively. On the basis of that, after debugging and test on the function and power for the integrated subroutine modules, the design and production of the whole monitoring system and instrument is completed.Test results given show that the environmental parameter monitor has several advantages, such as small volume, portable, low power consumption, high reliability, maintenance-free, low cost and so on. It has a great application prospect in the field of indoor and outdoor environmental parameters monitoring.Key words: MSP430, Environmental Parameter Monitor, Sensor, LCD Display目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 论文的主要内容 (2)2 数据监测系统的总体设计方案 (4)2.1 系统总体框图设计 (4)2.2单片机选型 (4)2.2.1 MSP430单片机概述 (4)2.2.2 MSP430F5438A介绍 (6)2.3 传感器的选型 (6)3 系统硬件设计 (8)3.1 主控芯片模块 (8)3.1.1 单片机最小系统模块 (8)3.1.2系统电源模块 (8)3.2 子系统模块 (8)3.2.1光强采集模块 (8)3.2.2 温度采集模块 (10)3.2.3 湿度采集模块 (11)3.2.4 气敏传感器监测模块 (11)3.2.5 红外采集模块 (12)3.2.6液晶显示和键盘模块 (14)3.3 硬件电路板的焊接与制作 (16)3.3.1 系统硬件电路原理图 (16)3.3.2 系统硬件电路PCB图 (17)4 系统软件设计 (19)4.1 软件开发环境及编程思想简介 (19)4.2系统主程序设计 (19)4.3 系统子程序设计 (20)4.3.1 按键设置程序 (20)4.3.2 数据监测程序 (20)4.3.3 主控芯片MSP430F5438A时钟设定程序 (21)4.3.4 DHT11单总线数据读取程序 (22)4.3.5 片内ADC程序 (23)4.3.6模拟I2C通信协议 (24)5 监测系统调试分析 (29)5.1人机操作界面测试分析 (29)5.2 光强模块测试分析 (30)5.3 温度模块测试分析 (30)5.4 湿度模块测试分析 (30)5.5 气敏传感器监测模块测试分析 (31)5.6 红外监控模块测试分析 (31)5.7整机装配与调试 (32)5.7.1整机装配调试 (32)5.7.2功耗测试 (32)总结 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录A 系统原理图 (35)附录B 系统PCB图 (36)附录C 控制程序源代码 (37)1 绪论1.1 课题背景为了使人类拥有舒适、健康的生活，很多情况下要监测周围的环境参数。

基于单片机的有毒气体检测系统的设计毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

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3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它燕山大学毕业设计（论文）任务书摘要煤矿中含有CO(一氧化碳)等有毒气体，是煤矿下重要的危害源之一，是导致重大事故的因素；家庭中，煤气泄漏将在短时间内产生大量一氧化碳，危及人生安全。