基于单片机的室内CO监测报警系统设计

基于单片机的室内CO监测报警系统设计(开题报告,论文12500字)
摘要
本片论文设计了一种准确率高、实用性强的一氧化碳检测系统。该系统可以对一氧化碳浓度进行实时检测监控，同时根据系统设定的阈值判断环境浓度是否超标并进行报警。基于STM32F407单片机的核心数据处理模块，处理来自MQ7传感器采集传输的一氧化碳浓度数据，并且送给显示模块和报警模块。在这个过程中，传感器采集到的数据经过运算放大之后送到单片机的A/D转换接口，再经过软件滤波被数据采集模块采集。另外，本次设计还加了4*4矩阵键盘外接单片机和手机APP接蓝牙模块连接单片机作为输入模块的一部分。输出端附加了光耦隔离加继电器加排气扇的电路，一方面可以提高报警的准确率，另一方面可以保护单片机。整个系统具有体积小、功耗低、速度快、准确率高的特点使得其可以广泛使用。

关键字：STM32F407，MQ7传感器，4*4矩阵键盘，光耦隔离
 
Abstract
This paper designs a carbon monoxide detection system with high accuracy and practicability. The system can detect and monitor the concentration of carbon monoxide in real time. At the same time, it can judge whether the concentration of carbon monoxide exceeds the standard according to the threshold set by the system and give an alarm. Based on the core data processing module of STM32F407, the data of CO concentration collected and transmitted from MQ7 sensor is processed and sent to display module and alarm module. In this process, the data collected by the sensor is magnified by operation and sent to the A/D conversion interface of the single chip computer, and then collected by the data acquisition module through software filtering. In addition, this design also adds 4*4 matrix keyboard external MCU and mobile APP to connect Bluetooth module to MCU as part of the input module. The output terminal is equipped with optocoupler isolation and relay plus exhaust fan circuit. On the one hand, it can improve the accuracy of alarm, on the other hand, it can protect the single chip computer. The whole system has the characteristics of small size, low power consumption, fast speed and high accuracy, so it can be widely used.

Key words: STM32F407, MQ7 sensor, 4*4 matrix keyboard, optocoupler isolation
 
以单片机为核心，本设计要完成的基本目标是当一氧化碳浓度达到设定值的时候且停留几秒钟之后进行自动报警 , 要解决的问题主要有一氧化碳浓度的实时监测以及如何实现自动报警这两个问题。为了解决它们，该设计制作了中央控制系统、一氧化碳浓度监测系统以及报警系统。其中中央控制系统由单片机构成，主要负责接收以及转化监测系统传送过来的信息并在必要时发送命令给报警系统，监测系统内部的一氧化碳传感器负责检测一氧化碳的浓度，并将该信息以模拟信号的形式传递给单片机。报警系统由蜂鸣器组成 ,负责接收单片机传送的指令进行报警。
3.2.3主要参数
对于MQ-7传感器的主要具体参数如表3.2所示：
表3.2 MQ7具体参数
产品型号    MQ-7
产品类型    半导体气敏元件
标准封装    塑封
检测气体    一氧化碳
检测浓度    10-1000ppmCO
标准电路条件    回路电压    Vc    ≤10V  DC
    加热电压    VH    5.0V±0.2V ACorDC（高）
1.5V±0.1V ACorDC（低）
    加热时间    TL    60±1S（高）90±1S（低）
    负载电阻    RL    可调
标准测试条件下元件特性    加热电阻    RH    31Ω±3Ω（室温）
    加热功耗    PH    ≤350mW
    敏感体表面电阻    Rs    2KΩ-20KΩ(in100ppmCO)
    灵敏度    S    Rs(in air)/Rs(100ppmCO)≥5
    浓度斜率    α    ≤0.6(R300ppm/R100ppm CO)
标准测试条件    温度、湿度    20℃±2℃；65%±5%RH
    标准测试电路    Vc：5.0V±0.1V； VH(高)：5.0V±0.1V； VH(低)：1.5V±0.1V
    预热时间    不少于48小时
 

目录
摘要    I
Abstract    II
第1章绪论    1
1.1  课题研究目的及意义    1
1.2  国内外研究现状    1
1.3  课题研究内容    2
第2章系统总体设计方案    3
2.1  系统设计功能    3
2.2  系统框图    3
2.3  总体设计思路    4
第3章硬件设计    5
3.1  单片机STM32F407VGT6    5
3.1.1  单片机的选择    5
3.1.2  单片机最小系统的设计    6
3.2  一氧化碳传感器模块    7
3.2.1  传感器的选择    7
3.2.2  传感器的原理和结构特点    7
3.2.3  主要参数    8
表3.2 MQ7具体参数    8
3.2.4  实物图及接口说明    9
3.4  运算放大电路    10
3.5  4*4矩阵键盘    11
3.5.1  4*4矩阵键盘的原理    11
3.5.2  4*4矩阵键盘的电路图    11
3.6  输出模块    12
3.6.1  OLED 屏幕显示    12
3.6.2  报警装置    12
3.6.4  光耦隔离    14
3.7  电源模块    14
第4章系统软件设计    15
4.1  Keil uVision5    15
4.2  系统程序设计    16
4.2.1  主程序设计    17
4.2.2  软件滤波    18
4.2.2  显示界面子程序设计    19
4.2.3  数据发送子程序设计    20
4.2.5  按键控制子程序设计    21
4.2.6  存储子程序设计    22
第5章系统的调试    23
5.1  硬件调试    23
5.2  软件调试    23
第6章结论与展望    26
参考文献    27
致谢    28
附录    29
通讯核心程序    29
定时发送子程序    30