stm32微处理器的瓦斯监测系统设计
摘 要本文设计的这款瓦斯监测控制系统能够对矿井、工厂、厨房等一些场合中的瓦斯气体浓度进行实时监测，当出现严重泄漏而导致空气中瓦斯浓度过高时，为了防止危害情况的发生，本系统将立即引起报警功能，与此同时本系统还能够将测到的瓦斯气体浓度进行实时显示。在系统的硬件电路方面配置了STM32F103微处理器最小系统电路以及液晶屏显示电路、模数转换电路、MQ-4传感器电路、报警信号生成电路和数据存储电路设计等一些子电路。本文的设计思路主要可以分为硬件系统和软件系统两大部分，在硬件系统中以STM32F103微处理器作为主控，通过该微处理器芯片实现对周围功能电路的驱动；在软件系统设计方面，通过C语言构建程序代码，烧录到STM32F103微处理器芯片后进行程序执行。在最终的验证环节中，对瓦斯监测控制系统的所有功能进行了验证，验证结果表明已经实现了预期设计目标。
目录
一、 引言 1
（一） 瓦斯监测系统的发展背景 1
（二） 瓦斯监测系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 瓦斯监测系统的方案设计 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 瓦斯监测系统主控电路设计 4
（二） 瓦斯气体浓度显示电路设计 5
（三） 瓦斯气体浓度检测电路设计 7
（四） 瓦斯泄露报警电路设计 8
四、 系统软件设计 10
（一） 瓦斯监测系统的主程序流程设计 10
（二） 瓦斯浓度采集子程序流程设计 10
（三） 报警子程序流程设计 11
（四） 瓦斯气体浓度显示子程序流程设计 12
五、 实物制作与安装 13
总结 16
致 谢 16
参考文献 17
附录一 原理图 18
附录二 PCB图 19
附录三 元件列表 20
附录四 程序 21
引言
瓦斯监测系统的发展背景
通过对瓦斯监测控制系统用户所反应上来的一些建议和改进措施来看，近几年来越来越多的产品用户表现出对目前市面上大多数瓦斯监测控制系统的使用不满，究其原因是 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
随着科学技术的飞速发展，智能仪器智能电子设备已经在工业和民用领域取得了广泛的普及，就以智能手机来说，几乎当下所有的智能元素都能够在手机中得到实现，所以对已经习惯于使用智能产品的用户来说，瓦斯监测控制系统中一些跟不上潮流或者人机交互不完善的操作都会被引起用户的不满，所以在瓦斯监测控制系统的发展背景中，这种系统持续不断的被改进和优化，这个改进和优化的脚步一直没有停下来。
本课题决定采用一款最为熟悉的STM32F103微处理器来实现程序代码执行器，实现瓦斯监测控制系统的所有功能，从而有望能够大幅度降低目前市场上相关瓦斯监测控制系统的整体成本水平，将具有中高端性能的瓦斯监测控制系统实现普及化，大量淘汰一些性能低劣的产品。按照现在阶段来看，32位型CPU研发技术已经变得成熟，ARM公司推出的32位型CPU是当下大多数瓦斯监测控制系统中都在使用的主控芯片。相关资料显示瓦斯监测控制系统的发展脚步在最近二十年间得到了飞速的提升，数字化瓦斯监测控制系统的出现要追溯到上世纪九十年代初期左右，此时正值8位微处理器芯片快速发展的时期，初期的瓦斯监测控制系统在这段时间已经被推向了市面，相关企业和个人已经开始了对这种微处理器控制系统的广泛研究，虽然此时的微处理器控制器的性能还处于较低水平，但是通过C语言程序代码的构建，采用由简单到复杂的不同难度的程序指令语句的控制，仍旧是能实现一些较为简单的控制功能，虽然较为简单，但依然是比之前的传统式瓦斯监测控制系统要好用很多，并且由于已经实现了一定的数字式，所以系统工作的稳定度也得到了巨大的提升。所以在这段时期这种新型的瓦斯监测控制系统被推向市场上后，逐渐的淘汰掉了大量的传统式瓦斯监测系统产品，由于能够很方便的实现量产，硬件电路大部分是由数字集成芯片构建，所以受到温度等因素的影响较小，批量化生产成本非常低。
瓦斯监测系统的国内外发展现状
瓦斯监测控制系统发展到今天这个阶段已经在市面上形成了低中高三种性能的产品档次，在过去一段时间内，由于中高端产品中采用的新型嵌入式技术刚被引入到这种系统中，因此研发成本迟迟下不来，处于一个较高成本的水平，而低端产品所表现出的性能尚且能够满足绝大多数用户的使用需求，所以在过去一段时间内低端档次的瓦斯监测控制系统竞争力非常足；而随着这种新型技术在瓦斯监测控制系统的研发中不断得到普及并且走向成熟，几乎任何一家研发企业都能够自主研发出这种新型技术，所以在最近一段时间内中高端系统的成本一直在下降，更为重要的是它的智能元素和功能都在不断被丰富，所以中高端档次的瓦斯监测控制系统性价比逐渐提高，市场竞争力也在不断提升。
本文主要研究内容
本文选用了一款性价比极高的STM32F103微处理器芯片来作为主控器件，结合了LCD1602液晶屏、ADC0832采样模块、MQ4瓦斯浓度传感器、蜂鸣器和AT24C02型EEPROM等一些常见器件，设计出了一款具有较高性能的瓦斯监测控制系统，并实现了如下功能电路模块的设计：
1、能够以较高质量的液晶显示能力将瓦斯监测控制系统中采集到的数据显示给用户；
2、能够在STM32F103微处理器的控制下进行快速的模拟电压采集转换并将结果以数字信号形式进行输出；
3、能够通过瓦斯探头驱动电路的设计，实现瓦斯监测控制系统对周围空气中瓦斯气体浓度的快速检测；
4、能够在STM32F103微处理器的高低电平控制下实现蜂鸣器的报警声音输出；
5、能够通过STM32F103微处理器对AT24C02型号的EEPROM芯片的驱动，实现将瓦斯监测控制系统产生的重要参数进行掉电保存；
瓦斯监测系统的方案设计
为了能够更为清晰的阐述这个系统在内部结构框架方面的构建，从而对这款瓦斯监测控制系统的整体设计方案进行设计，下面通过了Visio软件绘制了一个硬件结构框图，从这个系统结构框图中可以看出整个系统被划分成了多个功能模块，其中STM32F103微处理器最小系统部分最为重要，它是整个系统的控制部分，实现对各个功能电路的控制。
为了实现所有预期功能指标，将通过下图中的架构框图方案来一一进行实现，首先将将瓦斯探头与待测环境的空气进行接触，通过MQ4探头将待测环境中的瓦斯气体浓度转换成模拟电压信号，随后通过模数转换器对该模拟电压信号进行采集，并且转换为数字信号，STM32微处理器得到该信号后计算出当前的瓦斯浓度。
液晶屏模块采用了LCD1602显示器，STM32微处理器通过并行接口对该显示器进行驱动，从而将当前的瓦斯浓度进行实时显示，与此同时还将对用户设置的报警阈值进行显示。
按键电路将与STM32微处理器直接相连，微处理器通过静态扫描法对其进行检测，用于实现对报警阈值的设置。
目录
一、 引言 1
（一） 瓦斯监测系统的发展背景 1
（二） 瓦斯监测系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 瓦斯监测系统的方案设计 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 瓦斯监测系统主控电路设计 4
（二） 瓦斯气体浓度显示电路设计 5
（三） 瓦斯气体浓度检测电路设计 7
（四） 瓦斯泄露报警电路设计 8
四、 系统软件设计 10
（一） 瓦斯监测系统的主程序流程设计 10
（二） 瓦斯浓度采集子程序流程设计 10
（三） 报警子程序流程设计 11
（四） 瓦斯气体浓度显示子程序流程设计 12
五、 实物制作与安装 13
总结 16
致 谢 16
参考文献 17
附录一 原理图 18
附录二 PCB图 19
附录三 元件列表 20
附录四 程序 21
引言
瓦斯监测系统的发展背景
通过对瓦斯监测控制系统用户所反应上来的一些建议和改进措施来看，近几年来越来越多的产品用户表现出对目前市面上大多数瓦斯监测控制系统的使用不满，究其原因是 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
随着科学技术的飞速发展，智能仪器智能电子设备已经在工业和民用领域取得了广泛的普及，就以智能手机来说，几乎当下所有的智能元素都能够在手机中得到实现，所以对已经习惯于使用智能产品的用户来说，瓦斯监测控制系统中一些跟不上潮流或者人机交互不完善的操作都会被引起用户的不满，所以在瓦斯监测控制系统的发展背景中，这种系统持续不断的被改进和优化，这个改进和优化的脚步一直没有停下来。
本课题决定采用一款最为熟悉的STM32F103微处理器来实现程序代码执行器，实现瓦斯监测控制系统的所有功能，从而有望能够大幅度降低目前市场上相关瓦斯监测控制系统的整体成本水平，将具有中高端性能的瓦斯监测控制系统实现普及化，大量淘汰一些性能低劣的产品。按照现在阶段来看，32位型CPU研发技术已经变得成熟，ARM公司推出的32位型CPU是当下大多数瓦斯监测控制系统中都在使用的主控芯片。相关资料显示瓦斯监测控制系统的发展脚步在最近二十年间得到了飞速的提升，数字化瓦斯监测控制系统的出现要追溯到上世纪九十年代初期左右，此时正值8位微处理器芯片快速发展的时期，初期的瓦斯监测控制系统在这段时间已经被推向了市面，相关企业和个人已经开始了对这种微处理器控制系统的广泛研究，虽然此时的微处理器控制器的性能还处于较低水平，但是通过C语言程序代码的构建，采用由简单到复杂的不同难度的程序指令语句的控制，仍旧是能实现一些较为简单的控制功能，虽然较为简单，但依然是比之前的传统式瓦斯监测控制系统要好用很多，并且由于已经实现了一定的数字式，所以系统工作的稳定度也得到了巨大的提升。所以在这段时期这种新型的瓦斯监测控制系统被推向市场上后，逐渐的淘汰掉了大量的传统式瓦斯监测系统产品，由于能够很方便的实现量产，硬件电路大部分是由数字集成芯片构建，所以受到温度等因素的影响较小，批量化生产成本非常低。
瓦斯监测系统的国内外发展现状
瓦斯监测控制系统发展到今天这个阶段已经在市面上形成了低中高三种性能的产品档次，在过去一段时间内，由于中高端产品中采用的新型嵌入式技术刚被引入到这种系统中，因此研发成本迟迟下不来，处于一个较高成本的水平，而低端产品所表现出的性能尚且能够满足绝大多数用户的使用需求，所以在过去一段时间内低端档次的瓦斯监测控制系统竞争力非常足；而随着这种新型技术在瓦斯监测控制系统的研发中不断得到普及并且走向成熟，几乎任何一家研发企业都能够自主研发出这种新型技术，所以在最近一段时间内中高端系统的成本一直在下降，更为重要的是它的智能元素和功能都在不断被丰富，所以中高端档次的瓦斯监测控制系统性价比逐渐提高，市场竞争力也在不断提升。
本文主要研究内容
本文选用了一款性价比极高的STM32F103微处理器芯片来作为主控器件，结合了LCD1602液晶屏、ADC0832采样模块、MQ4瓦斯浓度传感器、蜂鸣器和AT24C02型EEPROM等一些常见器件，设计出了一款具有较高性能的瓦斯监测控制系统，并实现了如下功能电路模块的设计：
1、能够以较高质量的液晶显示能力将瓦斯监测控制系统中采集到的数据显示给用户；
2、能够在STM32F103微处理器的控制下进行快速的模拟电压采集转换并将结果以数字信号形式进行输出；
3、能够通过瓦斯探头驱动电路的设计，实现瓦斯监测控制系统对周围空气中瓦斯气体浓度的快速检测；
4、能够在STM32F103微处理器的高低电平控制下实现蜂鸣器的报警声音输出；
5、能够通过STM32F103微处理器对AT24C02型号的EEPROM芯片的驱动，实现将瓦斯监测控制系统产生的重要参数进行掉电保存；
瓦斯监测系统的方案设计
为了能够更为清晰的阐述这个系统在内部结构框架方面的构建，从而对这款瓦斯监测控制系统的整体设计方案进行设计，下面通过了Visio软件绘制了一个硬件结构框图，从这个系统结构框图中可以看出整个系统被划分成了多个功能模块，其中STM32F103微处理器最小系统部分最为重要，它是整个系统的控制部分，实现对各个功能电路的控制。
为了实现所有预期功能指标，将通过下图中的架构框图方案来一一进行实现，首先将将瓦斯探头与待测环境的空气进行接触，通过MQ4探头将待测环境中的瓦斯气体浓度转换成模拟电压信号，随后通过模数转换器对该模拟电压信号进行采集，并且转换为数字信号，STM32微处理器得到该信号后计算出当前的瓦斯浓度。
液晶屏模块采用了LCD1602显示器，STM32微处理器通过并行接口对该显示器进行驱动，从而将当前的瓦斯浓度进行实时显示，与此同时还将对用户设置的报警阈值进行显示。
按键电路将与STM32微处理器直接相连，微处理器通过静态扫描法对其进行检测，用于实现对报警阈值的设置。
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