基于STM32单片机的室内温湿度及PM2.5浓度监测报警系统

摘要：
本文设计并实现了一个基于STM32单片机的室内温湿度及PM2.5浓度监测报警系统。该系统通过集成温湿度传感器和PM2.5传感器，实时监测室内环境参数，并将数据通过液晶显示屏实时显示。当室内温湿度或PM2.5浓度超过预设阈值时，系统会自动触发报警，提醒用户及时采取措施。本设计具有实时性好、使用方便、经济实惠等优点，可广泛应用于智能家居、办公室等场所。

关键词：STM32单片机；温湿度监测；PM2.5浓度监测；报警系统

一、引言

引言

随着科技的飞速发展和人们生活品质的不断提高，对居住环境的舒适度和健康性要求也日益增强。室内环境作为人们日常生活的重要场所，其空气质量直接关系到人们的身体健康和生活质量。其中，室内温湿度和PM2.5浓度是影响室内空气质量的关键因素。温湿度适宜的环境不仅能让人们感到舒适，还有助于维持室内物品的完好；而PM2.5作为大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，对人体健康危害极大，长期吸入高浓度的PM2.5可能导致多种呼吸系统疾病。

传统的室内环境监测方式大多依赖人工检测和记录，这种方式不仅效率低下，而且难以实时反映室内环境的变化。因此，开发一种能够实时监测室内温湿度及PM2.5浓度的系统显得尤为重要。这样的系统不仅可以实时提供准确的室内环境数据，还能在环境参数异常时及时发出报警，提醒用户采取相应的措施，从而保障室内环境的舒适度和健康性。

在此背景下，本文基于STM32单片机设计并实现了一个室内温湿度及PM2.5浓度监测报警系统。该系统通过集成先进的温湿度传感器和PM2.5传感器，能够实时、准确地监测室内环境参数，并通过液晶显示屏实时显示监测结果。当室内温湿度或PM2.5浓度超过预设阈值时，系统能够自动触发报警，为用户提供及时的预警和提示。该系统具有实时性好、使用方便、经济实惠等优点，可广泛应用于智能家居、办公室等场所，为人们创造更加舒适、健康的室内环境。

通过本文的研究，希望能够为室内环境监测领域的发展贡献一份力量，同时也为相关领域的研究人员提供有价值的参考和借鉴。

二、系统设计

1. 本系统的核心设计围绕着STM32单片机展开，通过集成各类传感器和辅助模块，实现室内温湿度及PM2.5浓度的实时监测与报警功能。以下是对系统设计的详细展开：

   一、硬件设计

2. 主控制器：选用STM32F103系列单片机作为主控制器，该单片机具有丰富的外设接口和强大的数据处理能力，能够满足本系统对数据采集、处理和报警控制的需求。
3. 传感器模块：
   • 温湿度传感器：采用DHT11传感器，该传感器具有高精度、高可靠性和低功耗的特点，能够实时测量室内温湿度，并将数据通过I2C总线传输给STM32单片机。
   • PM2.5传感器：选用SDS011传感器，该传感器能够实时测量室内PM2.5浓度，并将数据通过UART串口传输给STM32单片机。
4. 显示模块：采用LCD1602液晶显示屏，用于实时显示室内温湿度及PM2.5浓度的数值。通过编程控制，可以实现数据的清晰显示和界面的友好交互。
5. 报警模块：包括蜂鸣器和LED灯，当室内温湿度或PM2.5浓度超过预设阈值时，STM32单片机将控制蜂鸣器发出报警声音，并通过LED灯闪烁进行视觉报警。
6. 电源模块：为整个系统提供稳定的电源供应，确保系统能够长时间稳定运行。

通过以上硬件和软件设计，本系统能够实现对室内温湿度及PM2.5浓度的实时监测与报警功能，为用户提供舒适、健康的室内环境。

二、软件设计

数据采集与处理：STM32单片机通过I2C总线和UART串口与温湿度传感器和PM2.5传感器进行通信，实时读取环境参数。然后，单片机将读取到的数据进行处理，包括数据的解析、转换和存储等。 数据显示：STM32单片机将处理后的数据通过LCD1602液晶显示屏进行实时显示。显示内容包括室内温湿度及PM2.5浓度的数值，以及当前时间等信息。 报警控制：STM32单片机根据预设的阈值判断室内环境参数是否异常。当室内温湿度或PM2.5浓度超过预设阈值时，单片机将控制蜂鸣器和LED灯进行报警。同时，单片机还可以通过蓝牙模块或WiFi模块将报警信息发送给用户的手机或电脑，实现远程报警功能。 按键控制：系统还配备了多个按键，用于设置预设阈值、切换显示界面等功能。用户可以通过按键操作方便地控制系统的运行和设置。

三、实验结果与分析

在完成基于STM32单片机的室内温湿度及PM2.5浓度监测报警系统的设计与实现后，我们对系统进行了详细的测试和分析，以验证其性能与功能。

一、实验环境与方法

为了全面评估系统的性能，我们在不同温湿度和PM2.5浓度条件下进行了多次实验。实验环境包括恒温恒湿箱和PM2.5浓度可调的室内环境模拟装置。在实验过程中，我们记录了系统在不同条件下的实时监测数据和报警情况，并与实际环境参数进行对比分析。

二、实验结果

1. 温湿度监测实验：
   • 我们将系统放置在恒温恒湿箱中，分别设定不同的温度和湿度值，观察系统是否能够准确读取并显示数据。实验结果表明，系统对温湿度的监测具有较高的准确性，误差范围在可接受范围内。
   • 在温湿度变化较快的情况下，系统也能够迅速响应并更新显示数据，表现出较好的实时性。
2. PM2.5浓度监测实验：
   • 我们使用PM2.5浓度可调的室内环境模拟装置，分别设定不同的PM2.5浓度值，观察系统是否能够准确读取并显示数据。实验结果表明，系统对PM2.5浓度的监测同样具有较高的准确性，能够实时反映室内空气质量的变化。
   • 在PM2.5浓度超标的情况下，系统能够迅速触发报警，并通过蜂鸣器和LED灯进行声光报警，提醒用户及时采取措施。
3. 报警功能测试：
   • 我们设置了不同的预设阈值，模拟室内温湿度或PM2.5浓度超过阈值的情况。实验结果表明，当环境参数超过预设阈值时，系统能够自动触发报警，并通过蜂鸣器和LED灯进行声光报警。同时，系统还能够将报警信息通过蓝牙模块或WiFi模块发送给用户的手机或电脑，实现远程报警功能。

三、结果分析

通过实验结果的分析，我们可以得出以下结论：

1. 系统准确性高：系统对室内温湿度及PM2.5浓度的监测具有较高的准确性，能够实时反映室内环境的变化。这得益于我们选用的高精度传感器和有效的数据处理算法。

2. 实时性好：系统能够迅速响应环境变化并更新显示数据，确保用户能够及时了解室内环境的实时状态。

3. 报警功能可靠：当室内环境参数超过预设阈值时，系统能够自动触发报警，并通过多种方式进行声光报警和远程报警。这为用户提供了及时有效的预警和提示，有助于保障室内环境的舒适度和健康性。

4. 易于操作和维护：系统采用模块化设计，各模块之间相对独立，便于维护和更换。同时，系统操作简便，用户可以通过按键轻松设置预设阈值和切换显示界面。

综上所述，基于STM32单片机的室内温湿度及PM2.5浓度监测报警系统具有较高的准确性、实时性和可靠性，能够满足用户对室内环境监测的需求。该系统可广泛应用于智能家居、办公室等场所，为人们创造更加舒适、健康的室内环境。

四、结论

通过本论文的研究与实验，我们成功设计并实现了一个基于STM32单片机的室内温湿度及PM2.5浓度监测报警系统。该系统不仅功能完善，而且性能优越，能够为用户提供实时、准确的室内环境信息，并在环境参数超标时及时发出报警。以下是对本系统结论的详细展开：

一、系统性能卓越

本系统采用了高精度的DHT11温湿度传感器和SDS011 PM2.5传感器，确保了数据采集的准确性和可靠性。同时，STM32F103单片机作为核心控制器，凭借其强大的数据处理能力和丰富的外设接口，使得系统能够实时、高效地处理数据，并快速响应环境变化。此外，系统还采用了LCD1602液晶显示屏作为输出设备，清晰直观地显示了室内温湿度及PM2.5浓度的数值，为用户提供了直观的信息反馈。

二、报警功能可靠

本系统设计了可靠的报警机制，当室内温湿度或PM2.5浓度超过预设阈值时，能够自动触发报警。报警方式包括声光报警和远程报警，通过蜂鸣器和LED灯的声光提示，用户可以迅速注意到室内环境的变化。同时，系统还支持通过蓝牙模块或WiFi模块将报警信息发送给用户的手机或电脑，实现了远程报警功能，使得用户即使不在现场也能及时了解室内环境的状况。

三、应用广泛且实用

本系统具有广泛的应用前景和实用价值。首先，它可以应用于智能家居领域，作为室内环境监测的重要组成部分，为用户创造更加舒适、健康的居住环境。其次，它也可以应用于办公室、学校等公共场所，实时监测室内空气质量，保障人们的健康和安全。此外，系统还可以根据具体需求进行定制开发，满足不同场景下的环境监测需求。

四、易于操作和维护

本系统采用模块化设计，各模块之间相对独立，便于维护和更换。同时，系统操作简便，用户可以通过按键轻松设置预设阈值和切换显示界面。此外，系统还具有良好的扩展性，可以方便地添加其他传感器或功能模块，以满足更多的监测需求。

综上所述，基于STM32单片机的室内温湿度及PM2.5浓度监测报警系统具有较高的性能、可靠的报警功能、广泛的应用前景和实用价值以及易于操作和维护的特点。该系统不仅能够为用户提供实时、准确的室内环境信息，还能够在环境参数超标时及时发出报警，为用户提供及时有效的预警和提示。随着科技的不断发展和社会对室内环境质量要求的不断提高，该系统将具有更加广阔的应用前景和发展空间。

五、致谢

在完成本论文的过程中，我得到了许多人的帮助和支持，在此向他们表示衷心的感谢。

首先，我要感谢我的导师。在我整个研究过程中，导师给予了我悉心的指导和无私的帮助。从选题到实验设计，再到论文的撰写和修改，导师都倾注了大量的心血。他严谨的学术态度、深厚的学术造诣和勤奋的工作作风，都深深地影响了我，使我受益匪浅。

其次，我要感谢实验室的同学们。在研究过程中，我们互相学习、互相鼓励、互相帮助，共同克服了许多困难。他们的陪伴和支持让我感受到了集体的力量和温暖。特别是在实验阶段，我们共同讨论问题、分享经验，使得实验能够顺利进行并取得良好的结果。

此外，我还要感谢我的家人。他们一直是我最坚实的后盾，在我遇到困难时给予我鼓励和支持。他们的关爱和期望是我不断前进的动力源泉。没有他们的支持，我无法完成这项研究。

同时，我要感谢学校提供的良好学习环境和丰富的学术资源。学校的图书馆、实验室和在线平台都为我提供了便捷的学习途径和丰富的学术资料，使我能够顺利地完成论文的撰写。

最后，我要感谢参与本研究的所有相关人员，包括提供实验设备和场地的实验室管理员、协助我进行实验操作的同学们以及参与数据收集和分析的志愿者们。没有他们的支持和帮助，我无法获得准确可靠的实验数据，也无法完成这篇论文。

在此，我向所有帮助和支持过我的人表示衷心的感谢！我会将这份感激之情铭记在心，并以此为动力，继续努力学习、不断进步。

参考文献：
（根据实际研究过程中参考的文献进行罗列）

以上仅为毕业论文的框架和内容概述，具体撰写时还需根据学校或导师的要求进行详细的撰写和修改。

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#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "adc.h"
#include "oled.h"
#include "bsp_dht11.h"DHT11_Data_TypeDef DHT11_Data;int main(void){ u16 pm;delay_init();	    	 //延时函数初始化	  uart_init(9600);	 	//串口初始化为9600LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口Q1=1;Adc_Init();		  		//ADC初始化	  OLED_Init();OLED_ColorTurn(0);OLED_DisplayTurn(0);	OLED_ShowString(0,0,"PM2.5=",24);   OLED_ShowString(50,100,"C",24); OLED_ShowString(95,100,"%",24); OLED_Refresh(); DHT11_Init();while(1){DHT11_Read_TempAndHumidity ( & DHT11_Data );//获取传感器湿度pm=Get_GP2Y_Average(20);//读取PM2.5值OLED_ShowNum(75,0,pm,3,24);		//显示PM2.5值OLED_ShowNum(20,100,DHT11_Data .temp_int,2,24);//显示温度OLED_ShowNum(70,100,DHT11_Data .humi_int,2,24);//显示湿度OLED_Refresh(); 
if(pm>30) Q1=0;//PM2.5浓度过高报警else Q1=1;LED1=~LED1;//运行指示灯delay_ms(200);}											    
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