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目录

1. 引言
2. 系统设计
   1. 硬件设计
   2. 软件设计
3. 系统功能模块
   1. 空气质量传感器模块
   2. 数据处理与分析模块
   3. 实时显示与用户交互模块
   4. 报警与提示模块
   5. 远程监控与数据上传模块
4. 控制算法
   1. 空气质量数据处理与分析算法
   2. 异常检测与报警算法
   3. 数据上传与历史数据回溯算法
5. 代码实现
   1. 空气质量检测与数据处理代码
   2. 报警与提示功能代码
   3. 远程控制与数据管理代码
6. 系统调试与优化
7. 结论

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1. 引言

随着空气污染问题日益严重，空气质量监测成为保障健康的关键因素。智能空气质量监测系统不仅能实时检测空气中的有害物质，还能根据实时数据提供健康建议，提醒用户采取必要的措施。本文设计了一款基于STM32的智能空气质量监测系统，集成了PM2.5、CO2、温湿度等多项数据采集功能，并通过LCD显示、报警提醒和远程监控提升系统的实用性和便捷性。

2. 系统设计

2.1 硬件设计

本系统主要由STM32F103单片机、空气质量传感器（如MQ系列传感器）、温湿度传感器（如DHT11）、LCD显示屏、蜂鸣器等硬件组成。STM32单片机作为核心控制器，通过ADC读取传感器信号，进行数据处理后，通过LCD显示屏输出结果。

2.2 软件设计

软件部分主要包括传感器数据读取、数据处理、报警机制、LCD显示和远程监控功能的实现。系统通过定时任务和中断服务程序实现实时数据采集，并根据设定的阈值判断是否触发报警。

3. 系统功能模块

3.1 空气质量传感器模块

该模块负责采集空气中的有害物质浓度，如PM2.5、CO2等。通过MQ系列传感器获取数据，并将其转换为可处理的数字信号，传送至STM32进行处理。

3.2 数据处理与分析模块

通过对采集的数据进行滤波和计算，系统能够分析空气质量的好坏，计算出相应的空气质量指数（AQI），并给出建议。

3.3 实时显示与用户交互模块

LCD显示屏用来展示空气质量指数、温湿度等信息，用户可以通过按键或触摸屏进行交互设置，比如调整报警阈值。

3.4 报警与提示模块

当空气质量超标时，系统通过蜂鸣器发出警报，并在屏幕上显示提示信息，提醒用户注意。

3.5 远程监控与数据上传模块

通过无线模块（如Wi-Fi或蓝牙），系统可以将数据上传至云端或移动端应用，用户可以远程查看空气质量情况，进行控制和调整。

4. 控制算法

4.1 空气质量数据处理与分析算法

基于传感器读取的数据，系统通过一定的算法处理并计算AQI值，进而评估空气质量。如果AQI值超过设定的阈值，系统会触发报警。

4.2 异常检测与报警算法

当检测到空气质量值超过阈值时，系统立即发出警报，并显示提示信息。此功能可防止用户忽视不良空气质量对健康的危害。

4.3 数据上传与历史数据回溯算法

系统将采集到的空气质量数据存储在本地，并通过无线模块上传到云端或服务器，实现历史数据的回溯，用户可以随时查看过去的空气质量变化。

5. 代码实现

以下是空气质量数据采集与处理的代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "dht11.h"
#include "mq_sensor.h"
#include "lcd.h"// 定义温湿度传感器与MQ传感器
DHT11_Data dht11_data;
MQ_Sensor mq_sensor;void System_Init() {HAL_Init();LCD_Init();DHT11_Init();MQ_Sensor_Init(&mq_sensor);
}void Read_Sensors() {// 读取温湿度传感器DHT11_Read(&dht11_data);// 读取MQ传感器uint16_t pm25 = MQ_Sensor_Read_PM25(&mq_sensor);uint16_t co2 = MQ_Sensor_Read_CO2(&mq_sensor);// 计算空气质量指数uint8_t AQI = Calculate_AQI(pm25, co2);// 显示数据LCD_Clear();LCD_Printf("Temp: %dC  Hum: %d%%", dht11_data.temperature, dht11_data.humidity);LCD_Printf("PM2.5: %d  CO2: %d", pm25, co2);LCD_Printf("AQI: %d", AQI);// 判断是否超标if (AQI > 100) {// 启动报警HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET); // 启动蜂鸣器}else {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // 关闭蜂鸣器}
}int main(void) {System_Init();while (1) {Read_Sensors();HAL_Delay(1000); // 每秒读取一次}
}

6. 系统调试与优化

系统的调试主要集中在传感器数据采集精度、显示效果和报警机制上。在实际应用中，可能需要根据环境情况对传感器进行校准，确保数据的准确性。同时，为了避免误报警，还需要设定合理的阈值。

7. 结论

本文设计了一款基于STM32的智能空气质量监测系统，能够实时监测空气质量并及时反馈给用户。通过使用PM2.5、CO2传感器和DHT11温湿度传感器，系统能准确获取环境数据，并通过LCD显示和报警模块提供用户友好的交互界面。此外，系统还支持数据上传功能，方便进行远程管理和历史数据分析。