高原仿真系统设计测量部分(附件)
自20世纪末以来，科技变革的力量使经济水平达到了前所未有的高度。健康成为新时代热议的关键词之一。机体供氧不足，将导致缺氧或其他症状的发生。二氧化碳浓度过高则会引起窒息，甚至丧生。因此，氧浓度、二氧化碳浓度、温度和湿度这四个参数的准确测量对人体健康和工农业发展也有着重要的作用。多项研究表明，长期在高原环境中生活可以提高红细胞运输氧的能力，有助于促进人体健康。本课题就是要在已设计制作好的高原仿真系统这个条件下，完成对氧浓度、二氧化碳浓度、温度、湿度这四个参数的测量。为了更好地实现这四个参数的测量，分别选择了速度快的STC15系列单片机，以及氧浓度传感器、二氧化碳浓度传感器和温湿度传感器。关键词 单片机，氧浓度传感器，二氧化碳浓度传感器，温湿度传感器
目录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的及意义 1
2 系统设计和元器件选择 2
2.1 系统设计 2
2.2 单片机的选择 3
2.3 氧浓度传感器的选择 4
2.4 二氧化碳浓度传感器的选择 6
2.5 温湿度传感器的选择 7
2.6 显示屏的选择 9
3 硬件电路设计 9
3.1 主控模块 9
3.2 传感器模块 11
3.3 显示模块 15
3.4 串行通信模块 16
4 软件设计 18
4.1 软件部分的流程图 18
4.2 主函数 19
4.3 ADC采集模块 22
4.4 温湿度模块 24
4.5 显示模块 27
4.6 串行通信模块 29
5 调试 31
5.1 关于Keil μVision4 31
5.2 系统使用说明 34
5.3 演示图 35
5.4 操作注意事项 36
结论 38
致谢 39
参考文献 40
附录 41
1 引言
1.1 研究背景
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
空气的主要成分有三种，分别为氮气、氧气和二氧化碳。其中，氮气占比例约为78％，氧气占比例约为21％，二氧化碳比例约为0.03％，适当的氧气浓度和二氧化碳浓度有利于维持我们正常的生活和工作。较低的氧气浓度会导致人体供氧不足，对我们的心脏、大脑、肺部、肝脏等组织器官造成严重的损害[1]。
据不完全统计，当空气中氧气含量下降约为17％时，如果人体进行大幅度活动则会引起呼吸困难、心跳加速等症状的发生。当空气中氧气含量下降约为15％时，人体就会出现换气频率加快、反应缓慢、呆滞等众多不适症状。当空气中氧气含量下降约为10 ％～12％时，人们就会失去理智，长时间处于该状态下会对生命造成威胁。当氧气含量下降约为6％～9％时，人体则会失去知觉，如果不及时进行抢救就会造成死亡。
当空气中的CO2含量为350ppm~450ppm时，表明此时的环境和外界一致。当空气中的CO2含量为450ppm~1000ppm时，表明环境适宜，可以进行正常的换气。当空气中的CO2含量为1000ppm~2000ppm时，表明此时的环境污浊不清，大家会变得无精打采。当空气中的CO2含量为2000ppm~5000ppm时，人们会出现疲倦、头重脚轻、神思恍惚、昏头转向等症状。当空气中的CO2含量大于5000ppm时，人体会出现窒息等症状，这会对人体造成不可恢复的大脑损伤，会晕厥，更为严重的是丧生[2]。
空气中的湿度以40％~70％最适宜。在冬季，空气中的湿度应高于50％才会使人舒适。在夏季，大气中的适宜的湿度应低于80％。夏季室内湿度过高，会导致食欲不振、头昏脑涨、精神恍惚、恶心呕吐等症状。冬季室内湿度过低，会引起各种疾病，使人体不适。大量统计数据表明，空气中的湿度较低时，很高的温度才会致使中暑。一旦湿度很高，即使是30摄氏度左右的温度也会引发中暑。
1.2 研究目的和意义
氧气浓度、二氧化碳浓度、温湿度的具体测量对人体健康有着重要意义，对于高原医学、航空航天医学及运动医学等的基础研究和临床应用也都有着积极的意义。同时，适当的氧气浓度、二氧化碳浓度以及适宜的温湿度对于工农业发展也有着重要影响。
长期在高原环境中生活与训练可以提高红细胞运输氧气的能力，这不仅有助于耐力项目运动员提高运动成绩，也在某些方面有助于促进人体健康。为了方便地在低海拔地区实现这一目的，可以采取人工方法来仿真高原的低氧环境。本课题就是要设计与制作高原仿真系统，在确保安全的条件下，实现HiLo、HiHi、LoHi等模式的高原环境仿真，着重完成对氧气浓度、二氧化碳浓度、温度、湿度等关键参数的测量。
2 系统设计和元器件选择
2.1 系统设计
2.1.1 系统设计内容
学习并掌握模拟电子技术、数字电子技术、检测与控制技术和计算机应用相关的知识与技能；
学习并掌握传感器的应用以及单片机的编程；
完成高原仿真系统设计的测量部分，即基于STC15系列单片机对氧浓度、二氧化碳浓度、温湿度这四个参数的测量。
2.1.2 系统设计方案
本次毕业设计的内容主要分为硬件部分和软件部分两个部分，通过这两部分来完成整体模块设计。
本系统以IAP15W4K58S4单片机为控制中心，硬件部分主要由电源模块和传感器模块进行采集氧浓度、二氧化碳浓度以及温湿度的数值，再通过单片机内部的ADC来进行转换并传输至OLED12864显示屏上，从而完成对氧浓度、二氧化碳浓度以及温湿度的测量及显示。软件部分主要利用C语言编写程序来实现测量及显示。其中主要包括ADC模块、DHT11模块、O2模块、CO2模块、显示屏模块。
目录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的及意义 1
2 系统设计和元器件选择 2
2.1 系统设计 2
2.2 单片机的选择 3
2.3 氧浓度传感器的选择 4
2.4 二氧化碳浓度传感器的选择 6
2.5 温湿度传感器的选择 7
2.6 显示屏的选择 9
3 硬件电路设计 9
3.1 主控模块 9
3.2 传感器模块 11
3.3 显示模块 15
3.4 串行通信模块 16
4 软件设计 18
4.1 软件部分的流程图 18
4.2 主函数 19
4.3 ADC采集模块 22
4.4 温湿度模块 24
4.5 显示模块 27
4.6 串行通信模块 29
5 调试 31
5.1 关于Keil μVision4 31
5.2 系统使用说明 34
5.3 演示图 35
5.4 操作注意事项 36
结论 38
致谢 39
参考文献 40
附录 41
1 引言
1.1 研究背景
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
空气的主要成分有三种，分别为氮气、氧气和二氧化碳。其中，氮气占比例约为78％，氧气占比例约为21％，二氧化碳比例约为0.03％，适当的氧气浓度和二氧化碳浓度有利于维持我们正常的生活和工作。较低的氧气浓度会导致人体供氧不足，对我们的心脏、大脑、肺部、肝脏等组织器官造成严重的损害[1]。
据不完全统计，当空气中氧气含量下降约为17％时，如果人体进行大幅度活动则会引起呼吸困难、心跳加速等症状的发生。当空气中氧气含量下降约为15％时，人体就会出现换气频率加快、反应缓慢、呆滞等众多不适症状。当空气中氧气含量下降约为10 ％～12％时，人们就会失去理智，长时间处于该状态下会对生命造成威胁。当氧气含量下降约为6％～9％时，人体则会失去知觉，如果不及时进行抢救就会造成死亡。
当空气中的CO2含量为350ppm~450ppm时，表明此时的环境和外界一致。当空气中的CO2含量为450ppm~1000ppm时，表明环境适宜，可以进行正常的换气。当空气中的CO2含量为1000ppm~2000ppm时，表明此时的环境污浊不清，大家会变得无精打采。当空气中的CO2含量为2000ppm~5000ppm时，人们会出现疲倦、头重脚轻、神思恍惚、昏头转向等症状。当空气中的CO2含量大于5000ppm时，人体会出现窒息等症状，这会对人体造成不可恢复的大脑损伤，会晕厥，更为严重的是丧生[2]。
空气中的湿度以40％~70％最适宜。在冬季，空气中的湿度应高于50％才会使人舒适。在夏季，大气中的适宜的湿度应低于80％。夏季室内湿度过高，会导致食欲不振、头昏脑涨、精神恍惚、恶心呕吐等症状。冬季室内湿度过低，会引起各种疾病，使人体不适。大量统计数据表明，空气中的湿度较低时，很高的温度才会致使中暑。一旦湿度很高，即使是30摄氏度左右的温度也会引发中暑。
1.2 研究目的和意义
氧气浓度、二氧化碳浓度、温湿度的具体测量对人体健康有着重要意义，对于高原医学、航空航天医学及运动医学等的基础研究和临床应用也都有着积极的意义。同时，适当的氧气浓度、二氧化碳浓度以及适宜的温湿度对于工农业发展也有着重要影响。
长期在高原环境中生活与训练可以提高红细胞运输氧气的能力，这不仅有助于耐力项目运动员提高运动成绩，也在某些方面有助于促进人体健康。为了方便地在低海拔地区实现这一目的，可以采取人工方法来仿真高原的低氧环境。本课题就是要设计与制作高原仿真系统，在确保安全的条件下，实现HiLo、HiHi、LoHi等模式的高原环境仿真，着重完成对氧气浓度、二氧化碳浓度、温度、湿度等关键参数的测量。
2 系统设计和元器件选择
2.1 系统设计
2.1.1 系统设计内容
学习并掌握模拟电子技术、数字电子技术、检测与控制技术和计算机应用相关的知识与技能；
学习并掌握传感器的应用以及单片机的编程；
完成高原仿真系统设计的测量部分，即基于STC15系列单片机对氧浓度、二氧化碳浓度、温湿度这四个参数的测量。
2.1.2 系统设计方案
本次毕业设计的内容主要分为硬件部分和软件部分两个部分，通过这两部分来完成整体模块设计。
本系统以IAP15W4K58S4单片机为控制中心，硬件部分主要由电源模块和传感器模块进行采集氧浓度、二氧化碳浓度以及温湿度的数值，再通过单片机内部的ADC来进行转换并传输至OLED12864显示屏上，从而完成对氧浓度、二氧化碳浓度以及温湿度的测量及显示。软件部分主要利用C语言编写程序来实现测量及显示。其中主要包括ADC模块、DHT11模块、O2模块、CO2模块、显示屏模块。
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