最近设计了一个项目基于单片机的空气质量（甲烷）检测系统，与大家分享一下：
一、基本介绍
项目名：空气质量（甲烷）
单片机类型：STC89C52、STM32F103C8T6
具体功能：
1、通过MQ-4检测甲烷值，超过设置最大值进行声光报警，并开启风扇和净化器
2、通过按键设置上限值，可以手动控制风扇和净化器、切换模式
3、通过显示屏显示数据
扩展功能：通过蓝牙模块将测量数据发送到手机端，并可以控制风扇和净化器、切换模式
二、51实物图
单片机型号：STC89C52
板子为绿色PCB板，两层板，厚度1.2，上下覆铜接地。元器件基本上为插针式，个别降压芯片会使用贴片式。
供电接口：TYPE-C
三、51仿真图
仿真软件版本：proteus8.9
电路连线方式：网络标号连线方式
注意：部分实物元器件仿真中没有，仿真中会用其他工作原理相似的元件代替，这样可能导致实物程序和仿真程序不一样
四、32实物图
单片机型号：STM32F103C8T6
板子为绿色PCB板，两层板，厚度1.2，上下覆铜接地。元器件基本上为插针式，个别降压芯片会使用贴片式。
供电接口：TYPE-C
五、原理图
软件版本：AD2013
电路连线方式：网络标号连线方式
注意：原理图只是画出了模块的引脚图，而并不是模块的内部结构原理图
六、PCB图
由原理图导出，封装很大一部分都是作者自己绘制，不提供封装库，只提供连接好的源文件。中间有一个项目编号，隐藏在单片机底座下，插入单片机后不会看到。
两层板，上下覆铜接地。
七、系统框图
本设计以单片机为核心控制器，加上其他模块一起组成此次设计的整个系统，其中包括中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用了单片机控制器，其主要作用是获取输入部分的数据，经过内部处理，逻辑判断，最终控制输出部分。输入由三部分组成，第一部分是甲烷检测模块，通过该模块检测当前环境的甲烷 ；第二部分是按键模块，通过该模块可以切换界面、设置阈值、切换模式等；第三部分是供电模块，通过该模块可给整个系统进行供电。输出由三部分组成，第一部分是显示模块，通过该模块可以显示监测的数据以及设置的阈值；第二部分是继电器模块，通过两个继电器分别控制通风和净化；第三部分是声光报警模块，当监测值不在设置的阈值内时进行声光报警。除此之外，蓝牙模块既作为输入又作为输出，蓝牙模块和手机进行连接，可以将监测的数据传输到用户手机端，用户也可以通过手机端发送指令控制继电器的工作及其模式的切换。具体系统框图如图所示。
八、软件设计流程
系统的主流程图如图所示。在主程序中：首先对各个模块进行初始化，随后进入while主循环，在主循环中，首先进入第一个函数按键函数，该函数主要分为两部分，第一部分为调用按键扫描函数获取按键键值，第二部分通过键值进行相应的处理操作，包括切换界面、设置阈值等；紧接着进入第二个函数监测函数，该函数主要通过调用相应的驱动函数获取测量值，并通过蓝牙模块将监测的数据传输到手机端，用户也可以通过手机端发送指令，设备根据用户发送的指令执行对应的处理；紧接着进入第三个函数显示函数，该函数显示监测值及阈值；最后进入第四个函数处理函数，该函数主要判断当前甲烷是否在设置的阈值之内，如果甲烷大于设置的最大值，则声光报警，并且打开通风和净化继电器，如果甲烷在设置的阈值之内，则取消声光报警，并关闭所有继电器。
九、部分程序展示
软件版本：keil5
逻辑程序和驱动程序分开，分布于main.c和其他.c文件
/**********************************
作者：单片机俱乐部
网站：https://www.mcuclub.cn/
**********************************/
/**********************************
包含头文件
**********************************/
#include "main.h"
#include "lcd1602.h"
#include "key.h"
#include "uart.h"
#include "adc.h"
/**********************************
变量定义
**********************************/
uchar key_num = 0; //按键扫描标志位
uchar flag_display = 0; //显示界面标志位
uint time_num = 0; //10ms计时变量
uint ch4_value = 0; //甲烷值
uint ch4_max = 80; //甲烷最大值
uchar flag_relay = 0; //继电器标志位
bit flag_mode = 0; //模式标志位
uchar fasong_buf[32]; //发送专用数组
/**********************************
函数声明
**********************************/
void Delay_function(uint x); //延时函数(ms)
void Key_function(void); //按键函数
void Monitor_function(void); //监测函数
void Display_function(void); //显示函数
void Manage_function(void); //处理函数
/****
******* 主函数
*****/
void main()
{
Lcd1602_Init(); //LCD1602初始化
Delay_function(50); //延时50ms
lcd1602_clean(); //清屏
Delay_function(50); //延时50ms
Uart_Init(); //串口初始化函数
Delay_function(50); //延时50ms
while(1)
{
Key_function(); //按键函数
Monitor_function(); //监测函数
Display_function(); //显示函数
Manage_function(); //处理函数
Delay_function(10); //延时10ms
time_num++; //计时变量+1
if(time_num == 5000)
{
time_num = 0;
}
}
}
/****
******* 延时 x ms函数
*****/
void Delay_function(uint x)
{
uint m,n;
for(m=x;m>0;m--)
for(n=110;n>0;n--);
}
/****
*******按键函数
*****/
void Key_function(void)
{
key_num = Chiclet_Keyboard_Scan(0); //按键扫描
if(key_num != 0) //有按键按下
{
switch(key_num)
{
case 1: //按键1，切换设置界面
flag_display++;
if(flag_display >= 2)
flag_display = 0;
lcd1602_clean(); //清屏
break;
case 2: //按键2
switch(flag_display)
{
case 0: //界面0：继电器控制标志位+1
flag_relay++;
if(flag_relay >= 2)
flag_relay = 0;
flag_mode = 1;
break;
case 1: //界面：设置甲烷最大值+1
if(ch4_max < 200)
ch4_max++;
break;
default:
break;
}
break;
case 3: //按键3
switch(flag_display)
{
case 0: //界面0：切换模式
flag_mode = 0;
break;
case 1: //界面1：设置甲烷最大值-1
if(ch4_max > 0)
ch4_max--;
break;
default:
break;
}
break;
default:
break;
}
}
}
/****
*******监测函数
*****/
void Monitor_function(void)
{
if(time_num % 10 == 0) //100ms检测一次
{
if(DO == 0)
ch4_value = 40*((Adc0832_Get_Value(0)/255.0)*5); //获取甲烷浓度
else
ch4_value = 0;
}
if(time_num % 100 == 0) //1s发送一次
{
sprintf(fasong_buf,"CH4：%dppm\r\n",ch4_value);
Uart_Sent_Str(fasong_buf); //发送甲烷
}
}
/****
*******显示函数
*****/
void Display_function(void)
{
switch(flag_display) //根据不同的显示模式标志位，显示不同的界面
{
case 0: //界面0：显示
lcd1602_display_str(1,0,"CH4 Max:"); //显示甲烷最大值
lcd1602_display_gas(1,9,ch4_max);
lcd1602_display_str(2,0,"CH4:"); //显示甲烷值
lcd1602_display_gas(2,4,ch4_value);
if(flag_mode == 0) //显示模式
lcd1602_display_str(2,12,"Auto");
else
lcd1602_display_str(2,12,"Manu");
break;
case 1: //界面1：显示设置甲烷最大值
lcd1602_display_str(1,2,"Set CH4 Max");
if(time_num % 20 == 0)
{
lcd1602_display_num(2,7,ch4_max);
}
if(time_num % 40 == 0)
{
lcd1602_display_str(2,7," ");
}
break;
default:
break;
}
}
/****
*******处理函数
*****/
void Manage_function(void)
{
if(flag_display == 0) //测量界面
{
if(flag_mode == 0 )
{
if(ch4_value > ch4_max) //甲烷值大于设置的最大值
{
if(time_num % 20 == 0)
{
LED = ~LED;
BEEP = ~BEEP;
}
RELAY_TF = 0;
RELAY_JH = 0;
}
else //甲烷值小于等于设置的最大值
{
LED = 1;
BEEP = 1;
RELAY_TF = 1;
RELAY_JH = 1;
}
}
else
{
LED = 1;
BEEP = 1;
switch(flag_relay)
{
case 0: //通风关，净化关
RELAY_TF = 1;
RELAY_JH = 1;
break;
case 1: //通风开，净化开
RELAY_TF = 0;
RELAY_JH = 0;
break;
default:
break;
}
}
}
else //设置界面，关闭声光报警、继电器
{
LED = 1;
BEEP = 1;
RELAY_TF = 1;
RELAY_JH = 1;
}
}