基于单片机的氧气含量检测系统设计-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-139-LW
设计摘要：
本论文设计了一个基于STM32单片机的氧气含量检测系统。该系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32单片机作为核心控制器，用于获取输入部分数据，并通过内部处理控制输出部分。输入部分包括XH4氧含量传感器、独立按键和供电电路。XH4氧含量传感器用于检测环境中的氧气含量，独立按键用于切换界面和设置氧浓度阈值，供电电路为系统提供电源。输出部分包括OLED显示屏、继电器控制输出和声光报警模块。OLED显示屏用于显示测得的氧气含量，继电器控制输出用于控制风扇的运转，声光报警模块在检测到氧气含量低于设定值时发出声光报警信号，并通过继电器控制风扇运转。本设计为氧气含量检测提供了一种可靠的基于单片机的解决方案，具有实用性和可操作性。
关键词：单片机；氧气传感器；声光报警模块
字数：8000+
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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
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
3.3 显示模块
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 按键函数流程图
4.4 显示函数流程图
4.5 处理函数流程图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 设置阈值实物测试
5.3 氧气浓度低于阈值实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
日本的医学博士野口英进曾经说过:”一切疾病的根源是缺氧症。”“缺氧症引起的代谢障碍”是在现代医学中已经成为常识的学说。氧气是维持机体生命活动所必需的物质，如果组织得不到正常的氧气供应，或者不能充分利用氧气来进行代谢活动，便会引起一系列生理及病理改变，称为缺氧。室内缺氧会导致室内人感到疲劳和精神不振，并使机体免疫力下降，严重时可致人死亡。
我们每天大约吃1kg的食物，喝2kg的水，但是要呼吸24kg的空气，其中我们需要的就是氧气。对于普通人而言，如果没有食物只喝水，可以生存7-10天，如果没有食物没有水，可以生存72小时，但如果没有氧气，则只能生存3分钟。所以氧气是人类的必需品，周围环境的氧气浓度对人类的健康起着至关重要的作用。
缺氧事故多发于有限空间, 所谓有限空间是设计时确定为数不多的开口用于出入,由于不良的自然通风可能含有或产生危险的空气污染物,使人员不能连续作业的空间。由于有限空间的条件不同, 产生缺氧的原因也各异。缺氧原因基本上可分为两类, 一是空气中的氧被消耗; 二是其它气体对空气的置换。通过检测环境中氧气的浓度，可以判断是否有缺氧，爆炸危险，或者是通过氧气浓度来控制生产产品的质量。据了解，正常人体只需要一定浓度的氧, 氧的浓度过高或过低都对人有害。氧的分压过低会导致缺氧症,氧的分压过高会引起氧中毒，因此，我们对空气中含氧量情况做出检测是有必要的，本设计是基于单片机的氧气含量检测的简单系统，我们通过按键设置氧浓度的阈值，然后利用XH4氧含量传感器，用于检测当前环境的氧气含量；如果含氧量检测有异常，则系统会进行报警并打开风扇进行通风。
1.2 国内外研究现状
2019年王军红发明涉及空气质量检测技术领域,且公开了一种用于室内空气的氧含量实时检测系统,包括检测模块,空气检测终端,家庭控制模块,报警器,物业平台,远程云端服务器和手机终端,所述空气检测终端包括ZigBee节点,从处理器和数据传输模块,所述家庭控制模块包括主处理器,按键,WIFE控制模块,开关,显示模块,抽风装置和以太网模块.本发明,通过氧气传感器,一氧化碳传感器和甲醛传感器便于实时检测室内空气的质量,通过远程云端服务器将处理好的数据生成报表,防止因用户数量庞大造成的数据处理量大使服务器瘫痪的现象,通过主处理器,指示灯和蜂鸣器的设置可以将异常情况进行显示和警报提醒室内的人[1]。
2020年赵剑楠, 易思超, 赵文宜,等研究涉及一种对车内含氧量进行监测和告警的系统.一种车内氧气含量监测系统,其特征在于包括壳体,温度传感器,氧气传感器,中央处理器,光伏发电设备,无线通信模块;光伏发电设备给中央处理器提供电源,温度传感器,氧气传感器分别与中央处理器的信号输入端相连,无线通信模块的输入端与中央处理器的信号输出端相连;无线通信接收器与无线通信模块无线通信连接;使用时,光伏发电设备的太阳能电池板安装在车辆的后玻璃内面,温度传感器,氧气传感器位于车辆内.该系统可监测车内的含氧量和温度,及时提醒驾驶员开窗,车辆有生命体[2]。
2021年何燕阳设计基于STM32系列单片机通过气敏传感器和温度传感器对车内氧气,二氧化碳,甲醛的浓度含量以及温度进行实时检测.当单片机接收到气敏传感器信息时,判断气体浓度是否超标,如果没有超标,显示当前相关气体浓度信息;如果超标,产生报警声,以提醒人们注意车内空气情况,及时开窗通风;当汽车熄火后,如果检测到温度高于40℃,闪光警报确保进气和排气直流风扇同时运行,以排空[3]。
2020年 冈田高彦，伊藤泰子研究需要解决的问题：提供一种氧传感器的控制装置，能够在氧传感器开始测量后立即降低检测精度，并抑制氧传感器测量的延迟。本公开的氧传感器的控制装置包括泵电池、氧浓度测量池、测量气室、加热器、微电流供应电路、泵电流供应电路和测量部分。加热器配置为加热泵电池和氧气浓度测量池。微电流供应电路被配置为向氧浓度测量池提供小电流，其方向是测量气室中的氧作为氧参考源发送到第二个测量电极。泵电流供应电路配置为向泵单元提供泵电流。测量部分被配置成测量氧浓度测量池的电极之间的电压。当氧气浓度源开始测量氧气浓度时，氧传感器的控制器开始加热和加热加热器并供应泵电流，而无需提供小电流[4]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
基于STM32单片机的氧气含量检测系统包括中控部分、输入部分和输出部分。中控部分使用STM32单片机作为核心控制器，负责数据处理和控制输出。输入部分由氧含量传感器、独立按键和供电电路组成，用于检测氧气含量、界面切换和供电。输出部分包括OLED显示屏、继电器控制输出和声光报警模块，用于显示氧气含量、控制风扇和进行声光报警。该设计提供了一种可靠、实用和可操作的氧气含量检测解决方案，具有高性能和稳定性。
