有毒环境气体监测系统（嘉立创支持）

有毒环境气体监测系统

随着物联网技术的飞速发展，智能监测系统在环境安全领域扮演着越来越重要的角色。本文将详细介绍我们最近完成的一个项目：有毒环境气体监测系统。该系统不仅能够实时监测和记录气体浓度、温度和湿度等环境参数，还能通过物联网技术实现数据的远程传输和共享。

项目背景与意义

目的： 本研究旨在深入探讨有毒环境气体监测系统的核心技术、工作原理及应用情况，分析其存在的问题与不足，并提出相应的优化和改进措施。通过本研究，我们期望能够提升有毒环境气体监测系统的性能，为环境安全监测提供更加准确、高效的技术支持。

意义：

提升环境安全监测水平： 有毒环境气体监测系统作为环境安全监测的重要工具，其性能的提升将直接提高环境安全监测的准确性和时效性，有助于及时发现和处理潜在的环境安全风险。
保障人员健康与生命安全： 通过对有毒气体的实时监测和预警，本研究旨在减少中毒事故、火灾爆炸等事件的发生，从而保障人员的健康与生命安全。
促进工业生产安全： 在工业生产过程中，有毒气体的泄漏和排放是常见的安全隐患。本研究将为工业生产提供更为可靠的气体监测手段，促进生产安全水平的提高。
推动技术进步与创新： 本研究不仅关注现有系统的优化和改进，还积极探索新技术、新方法在有毒环境气体监测中的应用。这将有助于推动相关技术的进步与创新，为环境安全监测领域的发展注入新的活力。

项目功能

本项目应用模拟电路和数字电路设计气体浓度、温度和湿度探测器，将非电量信号转换成线性输出的电压信号；运用模数转换芯片完成转换；以单片机为微控制器，完成数据采集的硬件电路设计；利用无线数据通信模块实现数据的远程传输。相较于市面上成熟的产品，该成品具有更低的成本，更小的体积。平常在家时放置在桌面上，可实时对家中环境参数进行检测上至MQTT服务器，通过对服务器的访问最终显示到屏幕上。外出时，更小的体积方便携带，可离线检测周围环境参数。该成品具有低功耗特点，在休眠状态下输入电流只有10uA，搭配3000mA/h大容量电池可实现超长时间待机。在正常工作下，也可使用长达数月。

项目成果

数据上传与发布： ESP32-WROOM的WiFi功能在本研究中发挥了关键作用。我们利用ESP32-WROOM的内置WiFi模块，实现了与MQTT服务器的连接和数据上传。通过配置MQTT服务器的相关参数，我们成功将采集到的气体浓度数据发布到指定的主题中。这样，每个订阅了该主题的用户都能够实时接收到最新的数据，实现了数据的实时共享和监控。

系统稳定性与可靠性： 为了确保系统的稳定性和可靠性，我们采用了多种措施进行优化。首先，在硬件设计方面，我们选用了高质量的元器件和合理的电路布局，减少了干扰和噪声的影响。其次，在软件设计方面，我们采用了高效的数据处理算法和通信协议，提高了数据传输的速度和稳定性。此外，我们还对系统进行了长时间的稳定性和可靠性测试，确保系统能够在各种环境条件下稳定运行。

用户友好性与可扩展性： 本研究注重用户体验和系统的可扩展性。我们设计了简洁明了的用户界面，方便用户查看数据和进行操作。同时，系统还具备可扩展性，可以根据用户需求添加更多的传感器和功能模块，实现更广泛的应用场景。

设计原理

数据采集单元： 以STM32F103C8T6单片机为微控制器，设计数据采集单元，实现对有毒气浓度的采集。
烟雾传感器：
数据传输： 采用ESP32-12F模块连接MQTT服务器，可实时上传数据进行监测和记录，便于追溯。

在这里插入图片描述 4. 多功能集成： 加入温湿度检测、下行天气预报的接收、串口屏显示以及报警的功能，使其具有完备的环境数据监测能力。用户可通过显示屏或云端数据判断气象状况以及空气质量，是否适宜外出活动或环境安全状态，适用于室内室外，工业等多种环境使用。
在这里插入图片描述
1.开时钟，分频，配IO
该模块使用的引脚为PC1/ADC123_IN11，所以接下来我们要配置PC1。
烟雾检测模块是获得一个模拟量，所以接引脚模式配置为模拟输入。
代码如下：

	//开时钟ADC1和PC
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); 
	//配置GPIO口
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;//MQ2
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);

2.配置ADC的工作模式
和光照检测一样，直接改成库函数就行。
代码如下（示例）：

	ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct={0};  //
	ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//ADC独立模式
	ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//数据右对齐
	ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//选择软件SWSTART位触发
	ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//连续还是单次模式
	ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//关闭扫描
	ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStruct);
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

3.配置通道
这里使用库函数编写就很简单了，直接一个函数就解决了。
输入参数 1 ADCx：x 可以是 1 或者 2 来选择 ADC 外设 ADC1 或 ADC2
输入参数 2 ADC_Channel：被设置的 ADC 通道
输入参数 3 Rank：规则组采样顺序。取值范围 1 到 16。
输入参数 4 ADC_SampleTime：指定 ADC 通道的采样时间值

ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_11,1, ADC_SampleTime_239Cycles5);

4.复位，AD校准
没什么好说的，该部分可有可无，想严谨点的话就加上。

	ADC_ResetCalibration(ADC1);//复位
	  while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);//AD校准
	  while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

5.数值的获取
依旧是先转换一次，再while等待转换完成，最后读取打印。

void Get_Smoke_Value()
{
	uint16_t Smoke=0;
	//让规则通道转换一次
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
	//ADC1->CR2 |= 0x01<<22;
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC) == 0)//判断寄存器的位2是不是等于1，是0就等待转换完成
	{}
	Smoke = ADC_GetConversionValue(ADC1); //读规则组通道数据寄存器
	printf("烟雾浓度参数 = %d \r\n",Smoke);		
	return; 
}

需求实现
关键代码如下：
main.c

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
#include "stdio.h"
#include "delay.h"
#include "string.h"
#include "pwm.h"
#include "adc.h"

int main()
{
	  NVIC_SetPriorityGrouping(5);//两位抢占两位次级
      Usart1_Config(); 
	  SysTick_Config(72000);
	  RGBpwm_Config();
	  uint8_t cai_count=0;
	  uint16_t cont=0;
	  Adc_Config();
    while(1)
    {	
			if(ledcnt[0]>=ledcnt[1]){//过去500ms
			ledcnt[0]=0;
					Get_Smoke_Value();
			}
    }
		
		return 0;
}

adc.c

#include "ADC.h"
//库函数
void Adc_Config(void)
{
	//开时钟ADC1和PC，PA
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOC|RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); 
	//配置GPIO口
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;//MQ2
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
	//配置ADC1
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct={0};  //
	ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//ADC独立模式
	ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//数据右对齐
	ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//选择软件SWSTART位触发
	ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//连续还是单次模式
	ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//关闭扫描
	ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;
	ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStruct);
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
	//配置通道
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_11,1,  ADC_SampleTime_239Cycles5);
	//校准
	ADC_ResetCalibration(ADC1);
	  while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
		while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));	

}

void Get_Smoke_Value()
{
	uint16_t Smoke=0;
	//让规则通道转换一次
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
	//ADC1->CR2 |= 0x01<<22;
	while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC) == 0)//判断寄存器的位2是不是等于1，是0就等待转换完成
	{}
	Smoke = ADC_GetConversionValue(ADC1); //读规则组通道数据寄存器
	printf("烟雾浓度参数 = %d \r\n",Smoke);
		
	return; 
}

adc.h

#ifndef _ADC_H_
#define _ADC_H_
#include "stm32f10x.h"
#include "stdio.h"
void Get_Smoke_Value();
void Adc_Config(void);
#endif