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编号：
CP-51-2021-062
设计简介：
本设计是基于单片机的室内空气质量监测系统，主要实现以下功能：
- 可通过LCD1602显示二氧化碳、甲醛、甲烷、PM2.5、温湿度；
- 可通过按键调整二氧化碳、甲醛、甲烷、PM2.5、温湿度的阈值；
- 可通过按键切换测量界面；
- 当测量值不在阈值内或大于最大值时，相应的继电器打开、蜂鸣器进行间断报警。
标签：51单片机、LCD1602、SGP30、PM2.5、DHT11、MQ-4。
1. 中控部分
- 核心控制器：采用STC89C52单片机，负责获取输入数据、进行数据处理，并控制输出部分的操作。
- 功能：实现室内空气检测系统的核心逻辑，包括数据采集、异常判断、显示控制、报警处理等。
2. 输入部分
- SGP30检测模块：检测当前环境中的CO2浓度和甲醛浓度。
- PM2.5检测模块 + ADC0832芯片：检测当前环境中的PM2.5浓度。
- MQ-4甲烷检测模块 + ADC0832芯片：检测当前环境中的甲烷浓度。
- DHT11温湿度检测模块：检测当前环境的温度和湿度。
- 独立按键：通过三个独立按键切换显示界面和调整设定值，方便用户操作。
- 供电电路：为整个系统提供稳定的电源支持。
3. 输出部分
- LCD1602显示模块：显示当前CO2浓度、甲醛浓度、甲烷浓度、PM2.5浓度、温湿度值及修改设定值等信息，方便用户实时查看系统状态。
- 继电器：当检测到的气体浓度或温湿度值超出设定范围时，继电器闭合，触发异常处理机制（如启动通风设备）。
- LED指示灯：每按一次按键，LED指示灯亮一次，用于提示用户操作成功。
- 蜂鸣器：当检测到的气体浓度或温湿度值超出设定范围时，蜂鸣器进行间断报警，提醒用户注意异常情况。
5 实物调试
上电并且烧录成功后，整个系统开始工作。设计总共可以测量的指标有6个，分别是二氧化碳浓度、甲醛浓度、甲烷浓度、PM2.5浓度、温度和湿度。因为使用的是LCD1602，所以每页只能显示两行。此时，LCD1602第一页显示的是二氧化碳浓度和甲醛浓度。要想显示其他页面内容，可以通过按键S5改变显示的页面。LCD1602第二页显示的是甲烷浓度和PM2.5浓度。LCD1602第三页显示的是温度和湿度。再次按下S5按键，就会显示到第一页上面。如图5-2所示为实物图。图中1标签是LCD1602液晶显示器。图中2标签是MQ-4甲烷传感器。图中3标签是蜂鸣器。图中4标签是继电器。图中5标签是SGP30模块。图中6标签是DHT11温湿度传感器。图中7标签是GP2Y10PM2.5传感器。图中8标签是风扇。
图5-2 实物图
系统刚开始设置的初值分别为CO2浓度最大值700ppm、甲醛浓度最大值80ppm、甲烷浓度最大值150ppm、PM2.5浓度最大值200ug/m3、温度最大值35℃、温度最小值20℃、湿度最大值60%和湿度最小值30%。要想设置二氧化碳浓度最大值、甲醛浓度最大值、甲烷浓度最大值、PM2.5浓度最大值、温度最大最小值和湿度最大最小值，需要按下S3按键来进行设置。当进入设置二氧化碳浓度最大值、甲醛浓度最大值、甲烷浓度最大值、PM2.5浓度最大值、温度最大最小值和湿度最大最小值后，可以通过按键S4和按键S5来进行加减操作。按键S4是进行加操作，按键S5是进行减操作。如图5-3所示。
图5-3 设置阈值图
当二氧化碳浓度超过设定的阈值后，通风继电器闭合，风扇开始工作。净化继电器闭合，与之相连的设备开始工作。在这里使用LED灯做演示，LED灯亮表示继电器闭合，LED灯灭表示继电器打开。如图5-4所示，二氧化碳浓度超过设定的阈值，通风LED灯和净化LED灯亮。
图5-4 二氧化碳浓度超出阈值图
当甲醛浓度超过设定的阈值后，通风继电器闭合，风扇开始工作。净化继电器闭合，与之相连的设备开始工作。在这里使用LED灯做演示，LED灯亮表示继电器闭合，LED灯灭表示继电器打开。如图5-5所示，甲醛浓度超过设定的阈值，通风LED灯和净化LED灯亮。
图5-5 甲醛浓度超出阈值图
当甲烷浓度超过设定的阈值后，通风继电器闭合，风扇开始工作。净化继电器闭合，与之相连的设备开始工作。在这里使用LED灯做演示，LED灯亮表示继电器闭合，LED灯灭表示继电器打开。如图5-6所示，甲烷浓度超过设定的阈值，通风LED灯和净化LED灯亮。
图5-6 甲烷浓度超出阈值图
当PM2.5浓度超过设定的阈值后，通风继电器闭合，风扇开始工作。净化继电器闭合，与之相连的设备开始工作。在这里使用LED灯做演示，LED灯亮表示继电器闭合，LED灯灭表示继电器打开。如图5-7所示，PM2.5浓度超过设定的阈值，通风LED灯和净化LED灯亮。
图5-7 PM2.5浓度超出阈值图
当温度最大值超过设定的阈值后，制冷继电器闭合，与之相连的设备开始工作。当温度最小值超过设定的阈值后，加热继电器闭合，与之相连的设备开始工作。当湿度最大值超过设定的阈值后，除湿继电器闭合，与之相连的设备开始工作。当湿度最小值超过设定的阈值后，加湿继电器闭合，与之相连的设备开始工作。在这里使用LED灯做演示，LED灯亮表示继电器闭合，LED灯灭表示继电器打开。如图5-10所示，湿度浓度超过设定的阈值，LED灯亮。
图5-10 湿度超出阈值图
设计摘要：
随着科学技术的提高，人们生活质量的日益改善，人们对于空气质量的关注也越来越高。本文将以STC89C52单片机为主控器，利用SGP30传感器、MQ-4传感器、GP2Y10传感器、DHT11传感器实现对二氧化碳浓度、甲醛浓度、甲烷浓度、PM2.5浓度以及温湿度的实时监测。并用显示器1602将单片机监测到的数据呈现出来，使人们可以更加直观的了解到身边空气的质量如何。使用按键可以设定气体浓度和温湿度的阈值。根据检测到的数据超出了设定的范围，系统采取报警或通风和净化空气的处理。
关键词：空气质量；甲醛；STC89C52单片机
字数：12000+
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目 录
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究的目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 主要研究内容与目标
2 系统整体设计
3 硬件设计
3.1 单片机最小系统
3.2 稳压电路和电源电路
3.3 LCD1602显示电路
3.4 继电器电路
3.5 甲烷监测电路
3.6 温湿度传感器电路
3.7 蜂鸣器电路
3.8 PM2.5检测电路
3.9 甲醛检测电路
3.10 按键电路
4 系统软件设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
总结和展望
参考文献
致谢
附录
