隧道空气质量监测系统-设计说明书
电子校园网 编号：
T3552205M-LW
设计摘要：
本文介绍了基于单片机的隧道空气质量监测系统的设计与实现。该系统旨在监测隧道内部的环境情况，包括温湿度、烟雾浓度、有害气体浓度、PM2.5浓度和压力等关键参数。系统由主机和从机两部分组成，通过蓝牙和WiFi模块实现数据传输与云平台连接。主机配备显示屏，可直观显示数据，并通过按键控制从机的风扇和洒水功能。
在实验中，我们基于Arduino单片机搭建了系统原型，并进行了一系列实验验证。通过与标准仪器数据对比，结果表明系统在温湿度、烟雾浓度、有害气体浓度、PM2.5浓度和压力测量方面具有准确性和稳定性。此外，我们还进行了隧道内部环境模拟实验，探究了系统在不同条件下的表现。
该系统具备实时监测和远程控制能力，能够通过蓝牙与主机进行数据传输，并通过WiFi连接到云平台，实现数据上传和远程监控。然而，为了实现更高的稳定性和可靠性，系统仍需进一步优化。未来的工作可以考虑引入自动报警机制，以及更智能的控制策略，以适应不同的隧道环境变化。
综上所述，本文设计的基于单片机的隧道空气质量监测系统为隧道安全运行提供了一种有效的解决方案。通过系统的设计与实现，我们能够更好地了解和掌握隧道内部的环境状况，为相关部门提供决策支持和应急响应。
关键词：单片机，空气质量监测，隧道环境，温湿度传感器，烟雾浓度，有害气体
字数：11000+
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内容预览：
摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温湿度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2.1 STM32F103C8T6单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 液晶屏显示模块
3.4 DHT11传感器检测温湿度模块
4 系统程序设计
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
5.1 电路焊接总图
5.2 隧道空气质量监测系统实物测试
5.3 设置阈值测试
5.4WIFI测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2按键调节阈值测试
6.3温度检测测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
随着城市化进程的不断推进，城市交通基础设施的建设也得到了大规模的发展。隧道作为城市交通的重要组成部分，为城市的交通运输提供了便捷的通道。然而，隧道环境中存在着一系列潜在的空气质量问题，如烟雾、有害气体和颗粒物等，这些问题可能对人体健康和交通安全产生严重影响。因此，开发一种可靠的隧道空气质量监测系统具有重要的实际意义。
首先，隧道内部的空气质量直接关系到隧道内的行车环境和乘客的健康。高浓度的烟雾和有害气体会降低能见度，增加事故发生的概率，对驾驶员和乘客的生命安全构成威胁。同时，颗粒物和有害气体对人体呼吸系统和健康产生潜在的长期影响，因此及早了解和掌握隧道内部的空气质量状况具有重要意义。
其次，隧道空气质量监测系统可以为交通管理和应急响应提供数据支持。监测系统的实时数据可以帮助交通管理部门及早发现异常情况，采取相应的措施来保障交通的正常运行。在发生交通事故或其他紧急情况时，监测系统能够提供准确的数据，帮助相关部门迅速做出决策，保障事故的应急处理。
此外，隧道空气质量监测系统的研究和应用也符合环境保护的要求。隧道中排放的尾气、烟尘等污染物对环境产生不良影响。通过监测系统，可以及时了解这些污染物的排放情况，有助于制定相关的环保措施，减少对环境的污染。
综上所述，开发基于单片机的隧道空气质量监测系统，不仅有助于保障隧道交通的安全和顺畅，还能够提供数据支持，促进交通管理的科学化和应急响应的高效性。同时，该系统也有助于环境保护，减少污染物对环境的不良影响，具有广泛的实际意义和应用前景。
1.2 国内外研究现状
在国内外，隧道空气质量监测系统的研究和应用逐渐受到重视，以应对隧道内部环境带来的安全和健康问题。以下是国内外研究现状的一些关键方向和进展：
国内研究现状：传感器技术应用： 国内研究着重于传感器技术的应用，以实时监测隧道内的关键参数。温湿度传感器、气体传感器以及颗粒物传感器等被广泛使用，以获取温度、湿度、有害气体浓度和颗粒物浓度等数据。
数据传输与云平台： 随着物联网技术的发展，国内研究开始关注数据传输和云平台连接，以实现数据的远程传输和监测。蓝牙、WiFi和移动通信等技术被应用于系统中，将实时数据上传至云平台，便于数据的存储和分析。智能化控制： 一些国内研究将智能化控制引入隧道空气质量监测系统中。通过分析实时数据，系统能够自动调节通风设备、喷雾系统等，以维持隧道内部环境的稳定性。
国际研究现状：多传感器融合： 国际研究注重多传感器融合的方法，以提高监测系统的准确性和可靠性。将不同类型的传感器整合在一起，可以更全面地监测隧道内的环境状况。大数据分析： 国际研究开始关注大数据分析在隧道空气质量监测中的应用。通过对大量数据的分析，可以识别出潜在的问题和趋势，从而提前采取措施。人工智能： 一些国际研究将人工智能引入监测系统中，以实现更智能化的分析和决策。通过机器学习和深度学习等技术，系统能够更好地理解数据，并做出更精准的预测。
综上所述，国内外对隧道空气质量监测系统的研究集中在传感器技术、数据传输与云平台、智能化控制、多传感器融合、大数据分析和人工智能等方面。这些研究为基于单片机的隧道空气质量监测系统的设计和实现提供了宝贵的借鉴和参考。
1.3 课题主要内容
本设计是基于单片机的隧道空气质量监测系统，主要实现以下功能：
1、从机通过温湿度传感器检测温湿度
2、从机通过MQ-2、MQ-135以及PM2.5传感器检测烟雾浓度、有害气体浓度、PM2.5的值
3、从机通过压力传感器检测隧道内压力
4、从机通过蓝牙模块连接主机
5、主机通过WIFI连接到云平台
6、主机可通过显示屏显示和各项数据
7、主机可通过按键控制从机风扇与洒水
