【《基于STM32单片机的智能室内监控系统设计》12000字（论文）】.docx

基于STM32单片机的潜能室内陈棒系统设计旗着社会科技水平和居民生活质量的不断提升,健康、舒适已然成为了人们对居家坏境的主要要求.在这种市场背景之下,智能家居应用物联网技术应运而生。我国在智统家居物联网技术的研究上已经经过了漫长的探索与实践,与传统家居相比,智越家居拥有信息获取、自动控制和人机交互等功能,大大地保障了居民在居家之中的健康性与舒适性。本论文通过结合智能家居与物联网技术,设计了一个智能室内监控系统.该系统用于实时监测室内环境,监测的环境数据有温度、湿度、CO浓度和PM2.5浓度.并将这些采集到的环境数据通过显示屏反馈给用户。此外,该系统还设省了GSM警报模块,在某一环境数据超过设置的上限数值,GSM警报模块能够发送报警短信至用户手机,并且系统会驱动蜂鸣器响动,让用户能够及时收到信息反馈并对室内环境做出相应调整.有效地保障居民身体健康.提升家居健家性、舒适性。关键词：物联网技术：智能家居；GSM;STM321.1 背景和意义1-2研究现状及发展趋势1.3 论文研究工作21.4 本专小结3-设ti'42.1 硬件总体设计42.2 主控模块硬件设计42.2.1 主控芯片选型分析42.2.2 主控芯片电路设计62.3 CO传感器模块硬件设计6231CO传感器选型分析62.3.2Co传感电路72.4 温湿度传感器模块硬件设计72.4.1 温湿度传感器选型分析72.4.2 温湿度传感电路82.5 PM2.5传感器模块硬件设计92.5.1 PM2.5传感器选型分析92.5.2 PM2.5传感电路102.6 1.CD显示模块硬件设计IO2.6.1 1.CD显示屏选型分析102.6.2 1.CD显示电路112.7 GSM报警模块硬件设计122.7.1 GSM模块选型分析122.7.2 GSM模块电路设计122.8 其他电路设计132.8.1 供电电路132.8.2 按键控制电路132.8.3 蜂鸣器电路142.9 本章小结1431I153.2 主程序设计153.3 温湿度传感器数据采集163.4 CO恃感器数据采集173.5 PM2.5传感器数据采集183.6 1.CD显示193.7 GSM短信发送203.8 蜂鸣器报警213.9 按键设鬣224.1 系统测试实验思路和目的244.2 硬件测试244.3 软件测试244.4 功作测试254.4.1 温度测试254.4.2 湿度测试254.4.3 CO浓度测试和PM2.5浓度测试264.4.4 报警时差测试274.5 系统测试结果分析274.6 本章小结284j(1.1.r29Sft31I1.1.1结论1.1 背景和意义迨若科学技术的不断创新与发展.物联网逐渐进入到人们的日常生活之中并发挥着巨大的作用。物联网技术的发明,打破了人们对硬件和软件不能结合的传统思维，更是成为了当今时代的热门技术研究之一。物联网技术综合了网络通信技术与传感技术,目前己在信息产业、安防、医学、工业和农业等众多社会领域发挥了极大的作用。而伴随若科技的迸步和经济的飞速发展,人们的传统生活方式也已逐渐发生改变,人们对自身居家环境的要求也不是仅仅止步于温饱程度，而是开始追求更加现代化智能化的居家环境,保障自身居住环境的健康性、舒适性。智筐家居是在物联网技术上提出,是原有的家居技术结合物联网技术而形成的更加智能化的技术，智能家居也为人们理想智能生活提供了无限的可能。近年来,国内掀起了一股智能家居热潮,智能家居的概念也逐渐进入大众视野。随着我国经济发展进入新常态和“中国制造2025”战略的实施,传统制造业面临若前所未有的挑战，大力发展智能制造成为企业转型升级的重要途径，国家也出台了一系列鼓励措施支持智能家居产业.2017年,国家六大重点应用领域的示范工程之中,智能家居就位列其中。就目前国民家居生活来看,足不出户已然成为一种寿新的生活方式，特别是如今新冠疫情形式还是较为产峻的情况之下,拥有一个健康、舒适的居家环境是必不可少的。以较为便捷的STM32单片机为主控器,通过利用互联网技术、无线通信技术,在外围加入多种传感器.通过传感器警相关装置组合，逐步实现对室内环境的监控.如温度、湿度、空气质量、有害气体浓度等,让用户及时做出相应的调节和控制,有效保障人体健康安全,家居环境的健康和舒适。因此.研究和开发智箜室内监控系统，本身就具有一定的理论意义和实践意义。1.2 研究现状及发展趋势截至目前,国内基于物联网技术推出了多种运用传感器制作的室内环境监测产品。例如高校和企业的化学实验室通常配备拥有温湿度传感器的设备.以保证各种化学实验的进行；我国居民家庭常在用房设省拥有烟雾传感器的报警器,让居民知道室内环境CO浓度是否超标.保障居民安全使用燃气、煤气：温室大鹏种植中常配有氨气传感器的设备,避免氨气浓度过高危害种植作物,确保温室内种植作物的正常生长等等。而我国在智能家居物联网技术的研究上已经经过了漫长的探索与实践,与传统家居相比,智能家居拥有僖息获取、自动控制和人机交互等功能,大大地保障了居民在居家之中的健漾性与舒适性。市场上越来越智掂化的智能家居产品也层出不穷，这些智能家居产品是人们的生活痍量得到提升，越来越多的人也接受并开始追求智能冢居。智能室内监控系统比其他智能家居产品更加注重用户的健康和居住的野适性.在这样的市场背景之下,国内的公司与企业已经推出了多种类别的室内环境监测产品，但大多数监测产品的功能比较局限，常常只有一两种检测功能。因此，一个具有可以监测多种环境因素数据的智能室内监控系统的监测产品需求明显。智能室内监控系统已经在国内外拥有极其广泛的应用,其主要实现对仓库、温室大棚、实险室，家庭等封闭环境进行实时监测,为用户提供可养、全面的环境数据。智能室内监控系统使用物联网传感技术.并将多种类型传感需共同至于室内环境中.传感器可以随时对采样室内的环境数据进行采集.如温湿度、Co和NOz等有害气体的浓度、PM2.5的浓度、光照强度等等,传感器采集到的环境数据为模拟信号,之后传感器将其上传给CPU,模拟信号经过CPU处理后变成数字信号,反饿给用户。当室内环境中的某一数据数值超过设置上限.控制中心立即做出响应，自动驱动安全警扳提岗用户对环境迸行调整及采取措施，可以大大保障室内人员和监测环境的安全。1.3 论文研究工作本文以物联网技术和传感技术为基础,提出了一种能够实时采集室内温度、湿度、CO浓度、PM2.5浓度的智能室内监控系统.并将采集到的几种环境数据经过处理后及时反馈给用户,提醒用户采取相关措施维护室内环境1建康。其主要内容如下：使用STM32单片机隹为系统的主控核心,实现数据采集和发送功境。通过Co传感器模块,实现采集CO浓度数值切综通过温湿度传感器模块.实现采集温湿度功绘通过PM2.5传感器模决,实现采集PM2.5浓度数值功第。通过1.CD显示模块，实现数据显示功能。通过GSM报警模块,实现数值超标饕报功能。系统的硬件部分主要由STM32主控模块、温湿度传感器模块、CO传感器模块、PM2.5传感器模块、1.CD显示模块和GSM报警模块组成n三个传感器摸块负责对室内环境进行采集.然后传送到主控模块进行转换处理后得到数字化环境数据.并通过1.CD显示模块直观地呈现给用户。当传熟器采集的数据数值超过设定的数值上限,主控模块根据采集回来的数值契动GSM报警模块启动，蜂鸣器进行声光报警的同时直接发送短信给用户。1.CD显示模洪和GSM报警模块都会将环境数据信息反馈给用户,让用户根据提取到室内环境信息及时对室内环境做出相应措施来进行调整。1.4 本章小结本受节主要讨论了物联网智能冢居技术的研究背景和意义,引出了本文所研究的智能室内监测系统,此外还总结了国内外对于智能室内监控系统的研究与应用现状,并分析了该系统研究方向和发展趋势。最后在此基础上提出本文所要解决的问题和主要研究内容，拟设计了智能室内监控系统的基本框架,并阐述系统的主要实现功能,为进一步的开发和设计提供了理论依据和方向。2系统的硬件设计2.1 硬件总体设计在本系统中,硬件装者主要分为六个基本授块,分别是采用STM32芯片作为该读入式系统核心处理器的主控模块,对环境数据进行采集的三大传感器模块（CO传感器模块、温湿度传感器模块、PM2.5传感器模块）、PM2.5传感器模块,直观显示STM32转澳后的数字化环境数据的1.CD模块,以及数值超标会进行声光报警和发送报警短信到用户手机的GSM报警模块。硬件的总体设计也是圉绕着这六个基本模块及预想实现功能而展开,明确主控芯片和各个传感器以及其他所需器件的类别型号，并采用模块化硬件电路设计，其中主要包括主控芯片电路、三大传感器电器、GSM模块电逐、蝇鸣需报警电路、1.CD液晶显示电路、按键设置电路及供电电路等.文章后续也会对各个模块电路设计进行详述。以下是系统硬件总体框架如下：图2-1系统硬件总体框架2.2 主控模块硬件设计2.2.1 主控芯片选型分析单片机的应用非常广泛,与我们的生活息息相关并带来了极大的便利。现今大多数电器都是由单片机进行控制,比如我们常见的有冰箱、洗衣机、电视机、鼠标、键盘等,单片机甚至在医学设备、航空航天等领域都有广泛的应用。智能设备的发展也离不开单片机，所以市面上推出的单片机种类会越来越多.功能也会越来越强大。STM32FIO3是STM3211OI的增强型单片机.是一款低功耗、高性能的微控制器,也是ST公司出品的一款较为出色的单片机。而本系统的主控模块就是采用STM32增强系列的STM32FI03C8T6作为控制核心。STM32FIO3C8T6的特点如下：晶振部分采用了RTc低负载的方式。工作频率高达72MHzo使用3.3V稔压芯片,保证最大输出电流(300mA)0拥有64KB的F1.ash和20KB的RAMo拥有丰富的“0口资源。支持ST-1.INK和JTAG调试下载。具有2个12位的ADC模数转换。以上是STM32F103C8T6的部分功能特点,特别是其中自带2个AD转换的功能,方便我们在设计传感器采集数据后模数转换时免去了需要加外部ADC进行转换。当然它的优势不仅仅是这些,它总体强大的功能也使其成为本系统主控制器的优选CMirCoUS晾口800T选痒s<sntMCU图221STM32FI03C8T6实物图2.2.2 主控芯片电路设计主控模块是智能室内监控系统的核心部分.本系统在STM32F103C8T6的基础上设计了STM32最小系统电路,该电涔主要包括电源电涔、复位电涔.晶振电路、吕动电路和调试接口。其中复位电路是为了保证系统模块的灵活性；曷振电路是为了满足实时监测等功能。以下是STM32FI03C8T6最小系统电路原理图：9tin<*T*UP<UW图2.2.2STM32F1O3C8T6最小系统电路原理图2.3 C。传感器模块硬件设计23.1 CO传感器选型分析很大一部分人每天都在家庭里使用煤气、天然气等燃料做菜、取暖等,相比于以前用柴火木头作燃料,这些新型燃料不仅安装更换方便,而且火力更加强大。但秋冬季节由于天气寒冷人们会经常关闭门窗.而用户在使用燃料或者燃气泄漏时关门关窗会使封闭房间内大案的CO排不出去,所以每年的秋冬季节都是CO中毒的高发时节。本系统的CO传感器模块采用MQ-7传感器。MQ-7传感器是一款可以同时检测多种含有CO的气体,并且其对CO高度敏感,是目前应用比较广泛的低成本传感器。由于MQ-7传感器拥有较长的使用寿令，并且其检测性能突出，也是目前较为常用的一氧化碳探测传感器C以下是MQ-7传感器的技术指标：回路电压V.10VDC加热电压Vh5.0V±0.IVACorDC()1.5V±0.IVACorDC(低)加热时间Tt6O±1S(高)9O±1S(低)负载电阻R1.可调加热电阻R.29±30(室温)加热功耗Pm900m1.，出电压Vs2.5-4.3V(in1.OOppCO)灵敏度SRs(inair)/Rs(100ppmCO)图2.3.1MQ-7传感器技术指标23.2 2COfK¾MQ-7传感器是模拟传感器，MQ-7传感器可以将采集的CO浓度转换为模拟信号（电信号）.然后根据这些电信号的强弱就可以荻得CO浓度的信息,以达到检现J、监控采集室样内的CO浓度。所以设计CO传感电路也比较简单,粕电导率的变化转换为与CO浓度相对应的输出信号即可达到系统采集CO浓度数据的要求。以下是MQ-7传感器电路原理图：图2.3.2MQ-7传感器电路原理图2.4 温湿度传感器模块硬件设计2.4.1 温湿度传感器选型分析AQ室内空气品质,温度在2026C之间,相对湿度在4060%RH为适宜环境,并且为保证室内环境的舒适性与健康性.温湿度也是室内环境的一项重要检测内容。本系统的温湿度传感器模块使用的是拥有数字信号输出校准的可以同时检测温度和湿度DHT1.1.温湿度传感器。此传感器占用的面积非常商单.采用的是单总线的数据传输方式并且其抗干扰旎力非常的强,经常用于高炉测温、机房检测、家庭温度控制等方面适合于很多空间比较小的场合和数字温度检测等领域。这款温度传感器转换时间为75ns,比传统DSI820速度要快很多。它以小体积、低功耗.高性价比，抗干扰覆等优势一度成为现在在各种应用中被选择品多的一款温湿度传感器.所以根据其以上有点本系统也自然会选择它。以下是DHT1.I的性能说明：*fMinTypwXM位SA分册中111例I8BitHtttt±1WiIRtta.(ftM2sr±4W1.0-50mt*AkMI±5JIwtTaaor309090va25r20W1.50C2080，15W1.g1WH间i(6)2Sr.15空气610S迟滞±1WiK期t定性典型值±1WVyrUt分辨率111888Bit±1V用度-10±250rKKfimV响应时间1.e(6)630S图2.4.1DHTI1.温湿度传感器的性能说明2.4.2 温湿度传感电路DHTI1.湿温度传感器的连接电路比较简单,只需要占用CPU的一个1/0口即可完成上下位的连接.单总线的输出结构可以有效的节省了CPU的IQ口资源。在设计时为保证温湿度传感器模块的稳定运行,要把一个IoK的电阻接入第一引脚（电源正极VCC）与第二引脚（数据端DATA）之间。以下是DHT1.1.湿温度传感器电路原理图：GNDIB4CON4VCC温湿度传感器图2.4.2DHTI1湿温度传感器电路原理图2.5 PM2.5传感器模块硬件设计2.5.1 PM2.5传感器选型分析PM2.5,也称细颗粒物,是指粒子直径小于或者等于2.5微米的颗粒物。第二次工业革命以来,由于人类的过度开发和自然环境的急剧恶化,特别是一些工业地区,PM25的浓度过高严重破坏大气环境质量和危害人体健康。目前检测和控制PM2.5浓度已经日益成为人们生活工作中所重视的环境健康工作.这是保障人们拥有一个良好空气质量的一个至要部分。本课题研究的智能室内监控系统出于人体健来考虑也提出了对PM2.5浓度的检测。本系统的PM2.5传感器模块选用的是GP2Y1O5OAUOF粉尘传感器CGP2Y1O5OAUOF粉尘传感器是一款性施优质的可以检测PM2.5颗粒的传感器.并且在不同环境下它的检测性能也都非常灵活准确。其性能特点如下：灵敏度高。重量轻.安装简单。一般采用5V电压,利于信号的储量过程。自身能够实现空气的流通,也促进了外部大气的流通。消耗电流相对匕较小.使其功率降低。输出电压0.5Vo以下是其电气特性：(Ta25'C、Vco-5V)(2»,r*a>1.条件/Gx(HHonMIXTYPMAX华悔/DnitDGk1.,2)0.032.5-IM椎沏IS度K0.200.J50.50V/(IiO无尘时输出电压Vo(1.2)0Vmffi三TW高电平/VccW.OV4.6VccV线电TYce=K(W0.30.8V电渣IccVcc=5.OV1720A图251GP2Y1O5OAUOF粉尘传感器电气特性2.5.2 PM25传感AD采样和串口通信是GP2Y1051AUoF传感器与微控制器连接的两种方式不系统选择的是串口通信,串口输出值就是PM2.5浓度转换之后的电压值。此外,采集得到的PM2.5浓度与电压值成线性关系.通过电压值就可以很容易地获得空气中的PM2.5浓度。以下是PM2.5传感器电路原理图：PM2.5图2.5.2PM2.5传感器电路原理图2.6 1.CD显示模块硬件设计2.6.1 1.CD显示屏选型分析液晶显示屏的应用非常广泛,在我们日常生活中经常可以看到它的身影,大至电视机、电脑、洗衣机等,小至计算机、电子手表等,很多电子产品都使用液晶显示让人们可以直观地获取到显示屏呈现的信息。液晶显示屏在单片机控制系统中常作为输出器件并具有以下优点：显示质量高.西痍高且不会闪烁O数字式接口,与单片机接口更简单、更可完、操作更方便。体枳小、重量轻，相对于传统显示屏更加轻巧。功耗低,耗电量比其他显示屏更低。本系统的1.CD显示模块主要实现功能是由STM32控制核心控制将已转换成数字信号的环境数据直观清晰地呈现给用户，而1.CD液晶显示器具有低功耗、小体积、高性价比的优势,十分符合本系统的低功耗、小体积等要求,系统设计的时候也根据以上优势选择了1.CDI602。1.CDI602拥有16个引脚.其引脚介绍如下：引脚，用脚名称用脚功能1GND电源接地增2VCC5V电源正极3V1.调WU乐器对比便4RS寄存需选择端5RW读写一号线6E使能-口7-14D0-D7双向数据端口15B1.÷奇光正极16B1.-背光负极表2.6.11.CD1.602引网介绍2.6.2 1.CD砺¾K液晶显示屏的工作原理是利用液晶的物理特性，通过电压来控制器显示区域.有电就可以显示。1.CD1.602液晶显示屏工作在3.5V5.5V的工隹电压,工作电流是ZOmA(5V),它的最佳工作电压也是5Vo1.CD1.602液晶显示屏在系统中主要是负责将已经经过主控核心处理的三大传感器模埃采集到的模拟信号或数字信号都输出为数字信号.然后直观呈现给用户。以下是1.CD1.602电逐原理图：U21.CD1602图2.6.21.CD1.602电路原理图2.7 GSM报警模块硬件设计2.7.1 GSM模块选型分析GSM(Gk>ba1.SystemforMobi1.eCommunications),全球移动通信系统,是一种源于欧洲的移动通信技术标准,也是世界上主要的蜂窝通讯系统之一。尽管目前已经开始广泛推广和应用第三、第四代移动通信技术,但作为第二代的GSM早就拥有广泛的应用,全球就有12亿的用P.用户遍布超120个国家。GSM作为冠早推出的数字移动通信系统,它具有大容量、较高放遭效率、高安全性、高抗干扰能力等特点。本系统的GSM模块采用SIM8001.oSIM8001.性能和性价比都很高.并且外观小巧、支持四频.功能比旧版本SIM900A更加强大。它采用了专门的省电技术.在休闲模式时最低功耗电流低至07mA结合以上优势,SIMB(X)1.无疑是本系统GSM报警模块的优质选择。以下是SIM8001.模块的编码格式和最大网络数据速度率：媪码格式1个时除2个时朦4个时陈CS-I905kbps18.1kbps362kbpsCS-2134kbps26.8kbps536kbpsCS3156kbps312kbps624kbpsCS-4214kbps428kbps856kbps图2.8.1编码格式和最大网络数据速度率2.7.2 GSMM¾K设计GSM模块电路功能是在检测到温度、湿度、CO、PM2.5四个环境数据中的任一个数据超过设置的上限值,STM32主控核心就会通过SIM8001.模块发送报警信息到设定的手机号上。以下是GSM模块电路原理图:IIIIIIir图2.8.2GSM模块电路原理图2.8 其他电路设计2.8.1 供电也供电电路的设计是智能室内监控系统稳定工作的最基本条件。所以为保证微控制器及各个部分能够稳定有效地进行.本系统采用USB供电，通过供电电路输出5V的直流电压,供电按獴开关为SW1。供电电路原理图如下：SWITCH电图2.8.1供电电路原理图2.8.2 他地本系统的按健控制电路是由3个微动开关并联组成的电路.其中按键开关检测原理是高低电平检测。按键开关由于其拨动时间,难免产生误差,所以在编写按键函数时,要额外写一个去抖四数，提高精确性。本次设计环境数据报警上限值就是通过按键设置的,按键I代表切换模式,按霍2代表噌,按霍3代表臧。以下是按键拴制电路原理图：图282按键控制电路2.8.3 蜂琳器电路蜂鸣器是一种蜂鸣元器件,供电时就进行蜂鸣,操作非常简单。因为本系统主控核心为STM32.STM32单片机上电后引脚为高组态,所以系统的蜂鸣器电路设计选用8050蜂西器.805()蜂鸣器也是在高电平状蔻下才导通.因此我们在设计蜂鸣器报警时.给三极管一个高电平,就实现了蜂鸣号报警。以下是蜂码器电路原理图：图283婵鸣器电路原理图2.9 本章小结本章节对智能室内监控系统的硬件总体设计进行研究,主要从各个模块的选型因素和模块电路设计进行分析,也对其他基本电路进行讲解。系统硬件电密设计主要包括主控芯片电路、CO传感器电路、温湿度传感器电路、PM2.5传感器电路、1.CD显示电路、GSM模块电路、供电电路以及按键控制电路和蜂鸣器电路,其中主控芯片电路是为保证微处理器对系统的处理控制.三大传感器电路(Co传感器电路、温湿度传感器电路、PM2.5传感器电路)负责对环境数据的采集.GSM模块电路和蜂鸣器电路可以实现环境数据超标的报警。3系统的软件设计3.1 软件总体设计思路系统硬件设计完成后，就要对STM32和外设传感器进行软件设计，在上一章的系统硬件设计我们采用了模块化硬件设计,软件设计思路也跟上一章的设计思路类似。所以本系统的模块化软件设计主要包括主程序、温湿度传感器的数据采集、CO传感器的数据采集、PM2.5传感器的数据采集、1.CD显示、GSM模块短信发送、蜂鸣器报警和按键设省等基本程序的设计，并且采用模块化程序设计也可以方便检查修改在后续调试中出现的问迹与不足。本系统软件设计使用Kci1.uVision5来进行编写。3.2 主程序设计主程序是整个系统的核心,控制着整个系统的正常稳定地运行。主程序首先是对各个硬件模块进行初始化,之后各个模块开始正常工作，实时检测环境数据,并驱动1.CD显示和相应报警操作。主程序运行的具体步骤为：温湿度传感器初始化CO传感器初始化PM2.5/GSM串口初始化各个传感器正常工作,检测环境数据1.CD显示当前检测数据:温度、湿度、CO浓度、PM2.5按键分别设置温度，湿度、CO,PM2.5上限判断是否超限,超限驱动蜂鸣器报警、1.ED指示灯亮、SIM8001.模决发送报警短信图3.2主程序流程图33温湿度传感器数据采集温湿度传感器数据采集程序运行步骤首先是对DHT1.1.传感器进行初始化,然后发出指令让DHTI1.对周围环境进行扫描,接着是温湿度的转换，最后读取温湿度。具具体流程图如下:图3.3温湿度传感器数据采集程序3.4 C。传感器数据采集CO传感器数据采集程序不同于温湿度传感器数据采集程序,因为硬件Co传感器模块使用的是MQ-7传感器，而该传感器输出的是模版信号，所以在程序运行时需要进行A，D转换。整体的CO传感器数据采集程序主要包括初始化MQ-7传感器,发送信号启动MQ-7,进行A-D（模数转换），计算当前电压值.转换数据得到对应CO浓度。其中Co浓度与MQ-7传感器输出电压成正比，所以通过计算当前电压就可以获取CO浓度。CO传感器数据采集程序如下;图34CO传感器数据采集程序3.5 PM2.5传感器数据采集PM2.5传感器模块电路使用GP2Y105SU0F传感器,然后采用串口通信与STM32连接，PM2.5传感器数据采集程序主要包括串口初始化、接收数据、发送数据至串口、单片机获取数据。以下是PM2.5传感器数据采集流程图：平I打开捻口设置用口“敷属性发送联络信号fxaa'I图3.5PM2.5传感器数据采奥流程图3.6 1.CD显示系统的1.CD显示模块硬件选用了1.CDI602液晶屏作为显示器,所以对应的I-CD显示程序应包含：对1.CD1.602液曷屏进行初始化、检测忙信号、单片机向1.CD1602写入数据、显示数据。具体的1.CD显示流程图如下：3.7 GSM短信发送GSM报警模块硬件与主控模块硬件连接好后，其中的S1M8001.模块与STM32年片机的通信是采用串口通讯,然后再讲报警短信发送至设置的手机号。所以GSM短信发送程序设计包括选择定时器、率初始化、总中断和串口中断打开、AT指令初始化、写入发送短信号码、发送海信。以下是GSM短信发送程序流程图：图3.7GSM短信发送程序流程图3.8 蜂鸣器报警蜂鸣器报警是在温度、湿度、CO浓度、PM2.5浓度四个环境数据中任何一个超过了设定的数值上限启动的，也就是说只要出发了报警条件,蜂鸣器就会启动,发出鸣响,所以蛭鸣器报警程序包括：程序初始化、设定报饕条件、是否触发报警条件、蜂鸣器报警。其程序流程图如下：图3.8蜂鸣器报警流程图3.9 按键设本系统按铤设置电路使用了三个4引脚开关,按犍功能是模式切换和设置温度、湿度、Co浓度、PM2.5浓度的数值上限,在设计按键设置程序是需要加入去抖函数，防止误差，提高按犍准确性。具按键设者程序流程图如下：图3.9按键设置流程图3.10 本章小结本受首先衙述了系统的软件设计总体思路,软件设计也采用了模块化的设计思路来进行程序编写,然后主要对主程序、温湿度传感器的数据采集、CO传感器的数据采集、PM2.5传感器的数据采集、1.CD显示、GSM模块短信发送、蜂鸣器报警和按键设迨的程序设计和运行流程展开描述。4系统测试实验分析4.1 系统测试实验思路和目的前面两个章节中分别讲述了系统的硬件电路设计和软件程序设计，然后根据设计好的电路傲理图就可以进行实物的连接,最后再对焊接好的实物进行测试。所以本生的系统测试实验思路主要是对完成后的实物进行硬件测试、软件测试、功能测试三个步骤进行测试实验。系统测试实险的目的是俣证本论文设计的智能室内监控系统可以自动检测采集温度、湿度、Co浓度、PM2.5浓度,通过单片机处理后由1.CD显示屏显示具体的数值.还要确保在某一数值超过设定上限时会有蜂鸣器警报和GSM模块发送报警短信,并且也可以通过系统测试实验来调整系统模块参数，俣证系统所采集数据的精准度，达到题目的“智能”要求。4.2 硬件测试硬件测试主要是包括检测硬件实物之间的连接是否正确并且保证是否正常通电。通过观察、对照系统的各个模块的电路原理图来确保各模块实物电路的焊接工作是否正确,特别是那些主要元器件的引脚连接,分别有STM32FI03C8T6最小系统、DHTII温湿度传感器GP2YIO5OAUOF粉尘传感器、MQ-7传感器、SIM8001.模块和1.CD1.602液晶显示屏,然后再对己全部焊接完成的系统实物进行进一步全面检查。首先是利用万用去来测试线路与引脚之间、引脚与引脚之间的通电状态,如出现短费要排查是否是由于焊剂过量、焊锡连桥等而导致，如出现断路要排查是否是由于冷焊、虚焊等而导致。硬件测试要对实物电路焊接进行反复，仔细的检查.确保硬件电涔的连接没有出现错误.这样才能保证后续测试实验的正常进行。43软件测试系统的软件设计是用C语言在Kei1.UViSiOn5进行程序编写,进行软件测试需要把编译成功的程序通过审口通信烧录JSSTM32单片机内部，然后再重新给单片机上电。用5V的直流电源给系统供电，按下开关键，观察1.cDI602液晶显示屏是否正常显示，正常显示后，说明显示电路正常。然后是检置显示器是否显示的是温度、湿度、Co浓度、PM2.5浓度.均显示正常就可以进一步检查三个按钝的功能是否正常。对于GSM报警模块的检查是通过分别调小温度、湿度、CO浓度、PM2.5浓度的数值上限,双察当数值超过上限时.蜂鸣器是否会暴报并且是否会发送报警短信到指定号码。通过一步一步检查,确保系统功能正常.如出现问题,可以通过逐一排查，解决问邈,然后再由新迸行测试,直到系统的预期功能可以正常实现。4.4 功能测试功能测试的目的是确保系统对室内环境采集的数据准确性,功能测试又具体分为温度测试、湿度测试，CO浓度测试、PM2.5浓度测试以及报警时差测试,前四个是对系统采集环境数据的准确度测试,报警时差测试是对从SIM8001.模块报警短信的发送到用户手机接收报警短信所需时间的测试，接下来也会对切颗!J试实验的几个具体测试进行描述。4.4.1 温度测试本次温度测试是以干湿温度计测量的温度数据作为对照组,然后系统采集的温度数据作为实验组,进行对比O干湿温度计是用来测量气温、气湿的一种仪器,但一般都只是用其来测量温度.因为它的湿度测量不太准确,只能读出个大概,所以本次测试也只使用它的温度测至功能。系统连续工作会导致实物电路板发热,为了保证实验的严谨性,所以每隔一个小时进行温度测量,再进行实验对照。温度测试结果如下：-4-1温度测试结果测试温度(C)对照温度(C)温度差值(C)1717017170IS18019190191904.4.2湿度涕试湿度测试的对原组湿度数据采用专门的空气湿度测鬓仪测量的数据,保证对照组数据的产逆性。同样的,由于系统连续工作会导致实物电路板发热,影响到湿度采集数据的准确，并且为了实验对照更加鲜明，对湿度的采集是每隔3个小时一次，从早上7:00到晚上19:00,测至五次.因为早上湿度高、临近中午湿度低、晚上湿度又回升,让实莫结果更加严谨准确。湿度测量结果如下：表4-2湿度测量结果测试湿度()对照湿度()湿度差值()7678264631535304646052531606004.4.3CO浓度测试和PM2.5浓度测试一氧化碳检测仪是一种专门来检测CO浓度的仪器，本次CO浓度测试的对照组数据就使用一氧化碳检测仪采集的数据.因为CO浓度不像温度和湿度那样受系统发殃影响较大.所以不需要像前两类测试实验一样,隔一定时间再迸行检测。PM2.5浓度测试也是跟CO浓度测试一样不受系统发板的影响，只需将PM2.5探测仪的采集数据作为对照组数据即可。以下是CO浓度结果和PM2.5浓度测试结果：表43CO浓度结果测试CO浓度(PPm)对照C。浓度(PPm)Co浓度差值(PPm)2525027270262512526124240表4-4PM2.5浓度测试测试PM2.5浓度（槌米）对照PM2.5浓度（微米）PM25浓度差值（微米）IO1009IO11513213130151414.4.4报警时差测试智统室内监控系统是保证用户可以实时监测室内的环境，并且在某一环境数据超标时，用户也可以实时接收到报警短信,及时对环境做出相应调整,保障环境健康和人身安全,所以报警时差测试是非常必要的。报警时差测试是以报警触发那一刻为0S（秒）时刻，手机接收到短信的那一刻为末时刻,计算其中的时间间隔。以下是报警时差测试结果：表45报警时差测试零时刻（三）接收时间（三）时间间隔0550880660550774.5 系统演J试结果分析系统测试实睑三个主要测试己全部完成,通过硬件测试实验,可以确保系统硬件电路的正确无误：通过软件测试实验,可以确保系统软件设计即程序设计的可行性,让系统可以实现预期的基本功能；功能训1试实验给出了对比数据，通过具体的测试结果分析,可以保证系统采集的环境数据是可靠、准确的,并且也可以实现实时监控和危险触发及时警报的功能。系统测试实蛤都会存在一定的误差,这是无法避免的,特别是在功能测试时,测试环境的位置选取、测试时段的时间选取、实验对照的选取等都会对测试的结果产生影响。益体来说，本论文设计的智能室内监控系统采集的温度、湿度、CO浓度、PM2.5浓度数据结果都十分准确、可界,达到了系统预期的功能效果。4.6 本章小结本章书主要对系统测试实验展开叙述，分别从系统测试的实验思路和目的、实验内容、实验结果进行详述、分析.通过完整、全面的系统测试实验过程和结果分析来验证系统最终的可行性和准确性。5总结和展望旗若科学技术不断发展和人们生活水平不断提高.人们的生活居住方式出现极大的改变，对于家居环境的要求也不断提升。本论文通过结合智能家居和物联网等技术，设计并最终实现了一个智能室内监控系统。该系统具有自动实时检测室内的温度、湿度、Co浓位和PM2.5浓度的数据并通过1.CD显示屏直观呈现给用