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摘 要
改革開放以來，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展出現(xiàn)迅猛的態(tài)勢，高速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的背后帶來的是能源的消耗，從而產(chǎn)生了大量的污染氣體，對人類的健康問題造成了很大的影響。空氣中含有大量的PM2.5,房子裝修的時(shí)候會有很多的有毒氣體，例如甲苯，甲烷，CO2等。我國的社會的主要矛盾已經(jīng)發(fā)生變化，人們對空氣的質(zhì)量的要求越來越高。為了更好的實(shí)時(shí)檢測空氣質(zhì)量，并將空氣質(zhì)量信息反饋給人們，以便人們可以采取有效的防護(hù)和改善措施。由于市場的空氣質(zhì)量檢測儀比較貴，而且有些功能不是很完善，本文以空氣質(zhì)量檢測為切入點(diǎn)，研究遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量檢測裝置。
本文研究和設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量檢測裝置是以STM32F103微處理器作為嵌入式硬件開發(fā)平臺，實(shí)現(xiàn)對空氣中的溫濕度，PM2.5,甲烷，CO2等氣體的檢測，并且將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳給人們。通過WIFI技術(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)等移動設(shè)備。空氣質(zhì)量達(dá)到警戒線時(shí)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可靠性高，成本低，檢測方便快捷。
Abstract
Since the reform and opening up,China's economic development has been developing rapidly, and the high speedeconomic development has brought about the consumption of energy, resulting ina large number of pollution gases, which have caused great impact on humanhealth problems. The air contains a lot of PM2.5. There will be a lot of toxicgases when decorating, such as toluene, methane, CO2 and so on. The maincontradiction of our society has changed, and people's demand for air qualityis higher and higher. In order to better detect the air quality in real timeand feedback the air quality information to people, people can take effectiveprotection and improvement measures. Because the air quality testing instrumentin the market is more expensive and some functions are not very perfect, thispaper studies the remote air quality detection device with the air qualityinspection as the breakthrough point.
The remote air quality detectiondevice studied and designed in this paper uses STM32F103 microprocessor as theembedded hardware development platform to detect the temperature and humidityin the air, PM2.5, methane, CO2 and other gases, and transmit the real-timedata to people. Through ZieBee technology, we transmit data to mobile devicessuch as mobile phones. When the air quality reaches the warning line, the alarmsystem is triggered. The system has high reliability, low cost andconvenient and quick detection.
目 錄
摘 要... i
目 錄... iv
第一章 緒論... 1
一 課題研究的背景和意義... 1
研究意義... 1
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀... 2
本文主要工作... 2
第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)... 2
（一）空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的參數(shù)... 2
（二）模塊的選取... 3
（三）監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)... 3
第三章 遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)... 3
（一）基于STM32F103VET6的總體設(shè)計(jì)... 4
（二）溫濕度采集模塊... 6
............................................ 6
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參考文獻(xiàn)... 10
附 錄... 11
致 謝... 12
第一章 緒論
一 課題研究的背景和意義
從改革開放到現(xiàn)在，40年的時(shí)間，給中國帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技的進(jìn)步。在這些成就的背后，也同時(shí)給我們國人帶來了巨大的挑戰(zhàn)。隨著能源的消耗，伴隨著產(chǎn)生了霧霾。霧霾，既是霧和霾的組合詞。霧霾是特定氣候條件與人類活動相互作用的結(jié)果。高密度人口的經(jīng)濟(jì)及社會活動必然會排放大量細(xì)顆粒物（PM 2.5），一旦排放超過大氣循環(huán)能力和承載力，細(xì)顆粒物濃度將持續(xù)積聚，此時(shí)如果受天氣等影響，將會出現(xiàn)大范圍的霧霾。霧霾的源頭多種多樣，比如汽車尾氣、工業(yè)排放、建筑揚(yáng)塵、垃圾焚燒，甚至火山噴發(fā)等等，霧霾天氣通常是多種污染源混合作用形成的。但各地區(qū)的霧霾天氣中，不同污染源的作用程度各有差異。霧霾的出現(xiàn)給人們生活和出行以及健康帶來了很大的問題。霧氣表面看起來溫和，但是其中含有各種對人體有害的細(xì)顆粒、有毒物質(zhì)達(dá)20余種，包括了酸、堿、鹽、胺等，以及塵埃、花粉、螨蟲、結(jié)核桿菌、流感病毒、肺炎球菌等，其含量是普通大氣水滴的數(shù)十倍。和霧相比，霾對人的身體健康的危害更大一些。由于霾中細(xì)小粉粒狀的飄浮顆粒物直徑處在0.01微米以下，可直接通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入支氣管，甚至肺部。因此，霾影響最大的就是人的呼吸功能，造成的疾病主要集中在呼吸道疾病、鼻腔炎癥等病種上。與此同時(shí)，霧霾天氣時(shí)，氣壓降低、空氣中可吸入顆粒物驟增、空氣流動性差，有害細(xì)菌和病毒向周圍擴(kuò)散的速度變慢，導(dǎo)致空氣中病毒濃度增高，疾病傳播的風(fēng)險(xiǎn)非常高。霧霾的出現(xiàn)還對交通造成巨大的影響。霧霾天氣時(shí)，由于空氣質(zhì)量差，能見度低，容易引起交通阻塞，發(fā)生交通事故。霧霾天氣還影響生態(tài)環(huán)境，霧霾天氣對公路、鐵路、航空、航運(yùn)、供電系統(tǒng)、農(nóng)作物生長等均產(chǎn)生重要影響。霧、霾會造成空氣質(zhì)量急劇下降，影響生態(tài)環(huán)境，給人體健康帶來較大危害。因此，對空氣質(zhì)量的檢測和及時(shí)的反饋，對我們的身心健康和出行有重大的意義。
研究意義
隨著我國社會的主要矛盾已經(jīng)發(fā)生變化，人們不僅對生活水平的質(zhì)量要求越來越高，而且對健康等方面的要求越來越高。在日常生活中空氣質(zhì)量也越來越重要，而且很多重大疾病跟空氣質(zhì)量的有很大的關(guān)系。自從出現(xiàn)空氣質(zhì)量的不斷惡化，在這方面的研究也比較多，各個(gè)行業(yè)出發(fā)的角度不同，對于我的專業(yè)來講，主要就是能夠快速檢測空氣質(zhì)量，給人們提供一個(gè)參考，讓人們出行和防護(hù)更加方便。
影響空氣質(zhì)量的因素有很多，比如說風(fēng)速大小、地理位置、溫濕度等情況有關(guān)，現(xiàn)在的人們在沒有出門時(shí)對空氣質(zhì)量的沒有具體的了解，現(xiàn)在的霧霾監(jiān)測器都朝著微型化的方向發(fā)展，主要針對室內(nèi)空氣質(zhì)量狀況，對人們的日常生活作一個(gè)指示作用。于是筆者主要是針對室外的空氣質(zhì)量做一個(gè)檢測，著手研究一種基于STM32的遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)。在我國空氣質(zhì)量狀況日益嚴(yán)峻的背景下，研究環(huán)境監(jiān)測的設(shè)備具有很廣的市場前景，而且對人們的生活質(zhì)量有很大的改善。隨著人們對生活環(huán)境的日益關(guān)注和環(huán)保概念的深入人心，使我國對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究和開發(fā)逐漸重視，越來越多的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和設(shè)備被研發(fā)出來。相比國外的科技實(shí)力，我國的空氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)處于起步階段，甚至有很多地方還要靠人工來作業(yè)，各種數(shù)字傳感器、新型通信方式、嵌入式開發(fā)等方面的技術(shù)沒有被大范圍應(yīng)用。然而我國從一個(gè)農(nóng)業(yè)國變成工業(yè)國，消耗了大量的資源和能源，產(chǎn)生了空氣的質(zhì)量問題，這是一個(gè)很棘手的問題。基于以上情況，本文不僅以STM32為主芯片研究一種遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測空氣質(zhì)量情況，并對不合格的空氣質(zhì)量進(jìn)行報(bào)警。
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
科技水平的發(fā)展有利于空氣質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)，尤其是當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)運(yùn)用到空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中去，使得空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)自動化水平越來越高。西方工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)很成熟。不管是檢測技術(shù)還是設(shè)備都大幅度領(lǐng)先我們國家。例如：Vincenzo Di等人設(shè)計(jì)了一種分布式室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，用于室內(nèi)空氣的實(shí)時(shí)監(jiān)測與分析，它更方便快捷的檢測出室內(nèi)氣體質(zhì)量。空氣監(jiān)測系統(tǒng)也有單一化向?qū)Ｒ换l(fā)展，由機(jī)械化向智能化發(fā)展，不同環(huán)境有不同情況，有些針對室內(nèi)空氣，有些針對車內(nèi)空氣，還有一些針對室外小范圍空氣。國外的空氣質(zhì)量監(jiān)測整體技術(shù)要高于國內(nèi)。 國內(nèi)方面早期由于工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，用于空氣監(jiān)測系統(tǒng)核心的計(jì)算機(jī)技術(shù)和用于測量具體參數(shù)的傳感器技術(shù)都比較落后，空氣質(zhì)量監(jiān)測一直發(fā)展較為緩慢。現(xiàn)在面臨嚴(yán)峻環(huán)境形勢的背景下，我們也加快了相關(guān)技術(shù)的引進(jìn)和研發(fā)來解決我們所面臨的困境。早期的產(chǎn)品一般都是以8位單片機(jī)為控制系統(tǒng)，像最早期的電子研究所設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的溫濕度系統(tǒng)，基于Zigbee技術(shù)的多點(diǎn)空氣監(jiān)測系統(tǒng)。現(xiàn)在研究出了一些先進(jìn)的傳感器，可以測量多種氣體，像MQ-2,ZHP01 等。
我們國家在對空氣質(zhì)量檢測方面取得了重大的成績，綜合國內(nèi)外研究形式，這些成績是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我們國家新發(fā)展起來的傳感器技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)等應(yīng)用在該領(lǐng)域比較少，所以，本文的研究具有一定的意義。
本文主要工作
本論文完成了基于STM 32的遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對大氣中的溫濕度，PM2.5,甲烷等可燃?xì)怏w的檢測，并可以進(jìn)行報(bào)警。本文著重介紹了核心板和各種傳感器的結(jié)構(gòu)，原理，一些通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。本文各章節(jié)的安排如下：
緒論。首先，就課題研究的背景作了詳細(xì)的介紹，闡述了研究遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量監(jiān)測的意義和現(xiàn)狀，最后介紹了本論文主要研究的內(nèi)容和參數(shù)以及對以后各個(gè)章節(jié)的安排。
系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。本文就遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)所需要的指標(biāo)選擇相應(yīng)的傳感器模塊，還有相應(yīng)的報(bào)警模塊。然后各個(gè)模塊的一個(gè)總體設(shè)計(jì)和說明。
遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。首先對監(jiān)測系統(tǒng)硬件做一個(gè)整體的方案，然后對各個(gè)傳感器模塊的電路圖，工作原理，數(shù)據(jù)的傳輸做出一個(gè)詳細(xì)的介紹。
遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。首先簡單介紹軟件開發(fā)環(huán)境keil的一些基礎(chǔ)知識，然后對各個(gè)模塊的驅(qū)動程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，畫出各個(gè)模塊的流程圖和整體的流程圖，并進(jìn)行解釋。
系統(tǒng)測試。在設(shè)計(jì)完硬件和軟件后，對系統(tǒng)進(jìn)行整體測試，用不同的實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行驗(yàn)證每一個(gè)模塊是否可以進(jìn)行正常工作，并驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。
總結(jié)和展望。這是最后一個(gè)章節(jié)，對論文進(jìn)行一個(gè)總結(jié)和概括。就遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)發(fā)表自己的看法和期待。
第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（一）空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的參數(shù)
經(jīng)過近五年的各種調(diào)查報(bào)告顯示，影響空氣質(zhì)量的參數(shù)主要有以下幾種：PM2.5, 溫濕度，甲烷等可燃?xì)怏w。
PM2.5是指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于 2.5 微米的顆粒物。它能較長時(shí)間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴(yán)重。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時(shí)間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。因此將PM2.5的含量作為空氣質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)。
溫濕度現(xiàn)在也是空氣質(zhì)量的一個(gè)重要的參數(shù)，溫濕度不宜過高，也不宜過低。否則都會對人的身體健康產(chǎn)生影響，對農(nóng)作物和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不良的影響。因此將溫濕度設(shè)置為空氣質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)。
甲烷的分子式CH4。它是最簡單的有機(jī)化合物。甲烷是沒有顏色、沒有氣味的氣體，沸點(diǎn)-161.4℃，比空氣輕，它是極難溶于水的可燃性氣體。甲烷和空氣成適當(dāng)比例的混合物，遇火花會發(fā)生爆炸。化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，跟強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或強(qiáng)氧化劑（如KMnO4）等一般不起反應(yīng)。在適當(dāng)條件下會發(fā)生氧化、熱解及鹵代等反應(yīng)。現(xiàn)在很多的工業(yè)設(shè)備都需要用甲烷等可燃?xì)怏w作為能源，所以避免不了它的泄露到大氣中，從而對人的健康造成威脅，所以將甲烷等可燃?xì)怏w作為空氣質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)。
（二）模塊的選取
針對上述的各種參數(shù)。本文選取了四個(gè)模塊。
第一個(gè)模塊是溫濕度檢測DHT11模塊。其中的溫濕度測量的傳感器主要從系統(tǒng)的成本和設(shè)計(jì)的簡化角度來考慮，DHT11這一款數(shù)字濕溫度傳感器它集溫度和濕度測量與一體，而且內(nèi)部還集成有自校準(zhǔn)信號[8]，Onewire制數(shù)據(jù)輸出使系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)更加簡化，占用的系統(tǒng)資源也比較少。因此，本文溫濕度的采集將采用DHT11數(shù)字傳感器。
第二個(gè)模塊是PM2.5檢測模塊即P2Y1014AU粉塵傳感器。光學(xué)灰塵傳感器在檢測非常細(xì)的顆粒，如香煙煙霧，是很有效的，并且常用于空氣凈化系統(tǒng)。該裝置中，一個(gè)紅外發(fā)光二極管和光電晶體管，對角布置成允許其檢測到空氣中的灰塵反射光。該傳感器具有很低的電流消耗，可搭載高達(dá)7VDC的傳感器。所以選用它作為檢測PM2.5的傳感器。
第三個(gè)模塊是甲烷檢測模塊-MQ-2傳感器。它具有廣泛的探測范圍，較高的靈敏度和快速的響應(yīng)恢復(fù)，優(yōu)異的穩(wěn)定性，外圍的電路較為簡單。它可應(yīng)用于家庭和工廠的氣體泄漏檢測裝置，適用于液化氣，甲烷，丁烷，酒精，氫氣，煙霧等的探測。因此用該模塊檢測可燃性氣體。
第四個(gè)模塊是蜂鳴器報(bào)警模塊。報(bào)警模塊是在設(shè)定的空氣質(zhì)量范圍之外時(shí)，蜂鳴器在高電平下觸發(fā)，進(jìn)行報(bào)警，和提醒。
（三）監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
由于檢測空氣質(zhì)量的指標(biāo)較多，單片機(jī)的外圍模塊較多，最終考慮到用32位的單片機(jī)作為核心控制，本系統(tǒng)采用的主芯片是基于ARM Cortex-M3內(nèi)核為核心的32位處理器STM32F103VET6。以該處理器最小系統(tǒng)為核心，擴(kuò)展外圍的模塊電路，主要有負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的溫濕度傳感器模塊，光學(xué)灰塵傳感器模塊和MQ2模塊，蜂鳴器報(bào)警模塊。具體工作流程如下：
第三章 遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的監(jiān)測原理是利用各種傳感器采集空氣質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)，然后由STM32F103VET6進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)和數(shù)據(jù)的處理，考慮到空氣的干擾和不穩(wěn)定性，監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)較為重要，所以本章將詳細(xì)介紹遠(yuǎn)程空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)硬件的組成及工作原理。
（一）基于STM32F103VET6的總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)框圖如下圖所示：
STM32系列單片機(jī)是為高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的，十分適合本文的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，款型多、功能完備，資料豐富，技術(shù)也相對成熟。按內(nèi)核架構(gòu)分為不同產(chǎn)品。
其中STM32F1系列有:
STM32F103"增強(qiáng)型"系列。
STM32F101"基本型"系列。
STM32F105、STM32F107"互聯(lián)型"系列。
增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率為72MHz，再同品型的單片機(jī)中是性能最好的一款;普通型的時(shí)鐘頻率為36MHz，而如今普通產(chǎn)品的價(jià)格得到性能大幅提升產(chǎn)品，相信是多用戶的最佳選擇。兩個(gè)系列產(chǎn)品都內(nèi)置閃存大小是相同的，還是32K到128K，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的這兩部分。當(dāng)時(shí)鐘頻率72MHz時(shí)候，可以從閃存中直接運(yùn)行程序，速度更快，STM32功耗為36mA，是32位單片機(jī)同類市場上功耗最低的產(chǎn)品。
內(nèi)核：32位MCU處理器，頻率為72MHz，采用單周期乘法，不容易受外部設(shè)備電流影響，穩(wěn)定性更好。
存儲器：片上集成32-512KB的閃存。6-64KB的只讀存儲器。
時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理：電源為3V供電。上電復(fù)位、掉電復(fù)位電路完善，自帶可編程的電壓探測器。晶振為16MHz（頻率可設(shè)置，可滿足不同外部設(shè)備的驅(qū)動）。8MHz RC電路。40 kHz的RC振蕩電路（可外接振蕩電路，也可利用自身具有的振蕩電路）。CPU時(shí)鐘具有校準(zhǔn)功能，由的32kHz的晶振單獨(dú)完成。
低功耗模式：3種低功耗模式：休眠，停止，待機(jī)模式。
調(diào)試模式：串行調(diào)試接口和JTAG接口。
DMA：12通道DMA控制器。
支持的外設(shè)：定時(shí)器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。
3個(gè)12位的us級的A/D轉(zhuǎn)換器：A/D測量范圍：0-3.6V。雙采樣和保持能力。
D/A轉(zhuǎn)換器的種類多，可以適合不同型號外設(shè)信息采集，非常全面。
快速I/O端口：所有的端口都可以鏈接到個(gè)外部中斷。排除模擬量的輸入，所有的端口都可以接受5V以內(nèi)的信號輸入。
定時(shí)器：4個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器都配有4個(gè)IC/OC/PWM或者脈沖計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位控制定時(shí)器：最多6個(gè)通道可用于PWM輸出除此還有2個(gè)看門狗定時(shí)器，可供多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作時(shí)應(yīng)用。
Systick定時(shí)器：24位倒計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位基本定時(shí)器用于驅(qū)動DAC。
擁有3個(gè)SPI接口，兩個(gè)和IIS復(fù)用端口。一個(gè)2.0B的CAN接口，一個(gè)2.0USB接口含5個(gè)USART接收端口，13個(gè)通信接口，2個(gè)IIC接口，和一個(gè)SDIO接口。
1、相較傳統(tǒng)的嵌入式處理器多一個(gè)嵌入式ARM內(nèi)核，使其兼容性更加強(qiáng)悍，不僅對編程軟件還是與單片機(jī)相關(guān)的工具都是一次技術(shù)上的統(tǒng)一，與此同時(shí)提高了代碼處理效率，運(yùn)行，調(diào)試更加高效。
2、嵌入式Flash存儲器和RAM存儲器：內(nèi)置512KB的閃存，為數(shù)據(jù)的安全性提供了更好的保障，存儲數(shù)據(jù)程序也更加方便，只讀存儲器與CPU的時(shí)鐘速度相同，可進(jìn)行高速讀寫操作，更加貼近產(chǎn)品驅(qū)動需要。
3、可變靜態(tài)存儲器（FSMC）：STM32的靜態(tài)存儲器擁有4個(gè)片選，且每一種片選模式還有四種模式選擇，控制的更加細(xì)致，精確，多更控制更加方便，不需要再加繁雜的外設(shè)，代碼都是從外部存儲器執(zhí)行，不占用沒存，節(jié)省空間，提高運(yùn)行速度，外部訪問按照36MHz進(jìn)行，速度更高，出錯率更低。
4、ARM的中斷：可以處理43個(gè)中斷通道，包含16個(gè)中斷優(yōu)先級，可以同時(shí)處理多個(gè)外部中斷，對外設(shè)的處理精確度得到有效提高，更適合處理復(fù)雜多樣的外設(shè)。緊密耦合的NVIC實(shí)現(xiàn)了低的中斷處理延遲，直接向內(nèi)核傳遞中斷入口向量表地址，緊密耦合的NVIC內(nèi)核接口，更加方便允許中斷提前處理，對后到的更高優(yōu)先級的中斷進(jìn)行處理，自動保存處理器狀態(tài)，中斷入口在中斷退出時(shí)自動恢復(fù)，不需要指令控制，自動化程度更好，減小程序員的工作量。
5、外部中斷/事件控制器（EXTI）：外部中斷/事件控制器由19個(gè)產(chǎn)生中斷請求檢索組成。每條線都是經(jīng)過獨(dú)特配置用于選擇觸 發(fā)事件（模式：上升沿，下降沿，或者兩者都可以），可以同時(shí)屏蔽多個(gè)，也可以只屏蔽一個(gè)，更有利于對外設(shè)的控制。有一個(gè)掛起寄存器用來檢測中斷請求。當(dāng)外部線上出現(xiàn)長度超過內(nèi)部時(shí)鐘周期的脈沖時(shí)，EXTI便馬上能檢測到是由外部的信號在申請中斷。
6、時(shí)鐘和啟動：系統(tǒng)的時(shí)鐘在系統(tǒng)在工作前，先需要時(shí)鐘的設(shè)定，一種是利用內(nèi)部8MHz的晶振作為CPU時(shí)鐘源。另外可以選擇一個(gè)外部的4-16MHz時(shí)鐘源，STM32在時(shí)鐘的檢測十分嚴(yán)格，會實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)與控制器被禁止那么軟件中斷管理也會跟著被禁止。還可以在PLL時(shí)鐘的中斷管理設(shè)定時(shí)鐘。多個(gè)預(yù)比較器可以用來配置AHB頻率，包括高速APB2和低速APB1，高速APB最高的頻率為72MHz，低速APB最高的頻率為36MHz。
7、Boot模式：Boot引腳有3種Boot模式選項(xiàng)可供選擇：從Flash進(jìn)入，從系統(tǒng)存儲器導(dǎo)入，從SRAM進(jìn)入。Boot導(dǎo)入代碼存儲在系統(tǒng)存儲器，用于通過USART1對Flash存儲器編程。
8、電源供電方案：工作電壓2.0V-3.6V，外部電源通過VDD引腳連接，用于I/O和內(nèi)部調(diào)壓器。VSSA和VDDA的電壓范圍都是2.0-3.6V，外部模擬電壓用于ADC，復(fù)位模塊，RC和PLL，在VDD范圍之內(nèi)，VSSA和VDDA必須相應(yīng)連接到VSS和VDD才可以。VBAT的電壓范圍為1.8-3.6V，當(dāng)VDD無效時(shí)為RTC，晶振和備份寄存器也可以為其提供電源，保證正常工作不受到影響。
（二）溫濕度采集模塊
DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感器技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件。此產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越，超快響應(yīng)，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每一個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的溫度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存儲在OPT內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積，極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上。其模塊原理圖如下：
在使用DHT11模塊的時(shí)候，在它的數(shù)據(jù)輸出（data）引腳和STM32引腳之間需要加上一個(gè)上拉電阻。當(dāng)一個(gè)信號通過的時(shí)候上拉電阻可以將把它置為高電平，而且上拉電阻還能起到限制電流過大的作用。D1作為模塊的電源指示燈。當(dāng)電源接通的時(shí)候它就可以點(diǎn)亮。
(三)PM2.5檢測模塊
在檢測PM2.5的時(shí)候，我們采用GP2Y1014AU0F粉塵傳感器。本模塊的核心為GP2Y1010AU0F 傳感器，它的靈敏程度比較高，可以達(dá)到0.5v/mg/m3。但是同以前空氣質(zhì)量監(jiān)測傳器有不一樣的地方就是它需要工作在一定的溫度下它的精確性才能夠得到保證，受溫度干擾比較大。而我們所采用的這種利用光信號向電信號轉(zhuǎn)換的傳感器，利用光學(xué)原理從基本上有效避免了精確性受溫度的影響，而且它還對空氣中粉塵和顆粒的探測靈敏度有了較大的提高,在數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性上有了很大的提高[15]。
該傳感器工作原理如下,在該模塊上集成了一個(gè)發(fā)熱裝置，加熱空氣的溫度來達(dá)到讓空氣流動的目的,當(dāng)周圍空氣被吸入通過這個(gè)通道的時(shí)候。傳感器內(nèi)部的紅外二極管定向發(fā)射光經(jīng)過整個(gè)檢測區(qū)域，這個(gè)時(shí)候，和紅外二極管基本上呈對角安置的光電晶體管PD接受通過檢測經(jīng)過空氣中灰塵折射過后的光線，這樣就使光信號變?yōu)闉殡娦盘枺娦盘柦?jīng)過放大電路的處理后,由Vo端口輸出模擬電壓。而我們根據(jù)模擬電壓跟空氣中PM2.5的含量有一個(gè)對應(yīng)曲線，就可以獲得當(dāng)前空氣中PM2.5的含量了[16]。
圖3.7 GP2Y1010AU0F傳感器內(nèi)部電路
GP2Y1010AU0F傳感器內(nèi)部電路如上圖所示，其中要想驅(qū)動紅外二極管發(fā)光，需要的驅(qū)動電流比較大，因此外部需要加上一個(gè)以S8050為基礎(chǔ)的共射極放大電路，可以增大電流來驅(qū)動紅外二極管發(fā)光。另外，該傳感器需要5V的工作電壓，因此又加上了PT1301這個(gè)芯片來組成電壓升高電路。它可以把系統(tǒng)供給的3.3V升為變?yōu)閭鞲衅魉枰?V，來保證傳感器的正常工作[17]。具體電路如下所示：
圖3.8 PM2.5模塊電路
(四) MQ-2模塊
說明：
(一)關(guān)于標(biāo)題及正文
章的標(biāo)題為第一級標(biāo)題，字體為黑體，字號為小三，居中排版，段前和段后的間距均為0.5行。本文件根據(jù)教務(wù)處對本科生畢業(yè)論文格式的要求，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的格式。在使用時(shí)點(diǎn)擊相應(yīng)的部分，就可以輸入正文。例如，點(diǎn)擊下面文字可以輸入正文：
點(diǎn)擊下面一行黑體字可以輸入節(jié)號及相應(yīng)的標(biāo)題：
節(jié)的標(biāo)題為第二級標(biāo)題，中文字體為黑體，西文為Times New Roman, 四號字，兩端對齊，懸掛縮進(jìn)0.97厘米。行距為1.5倍。段前和段后的間距均為0.5行。
小節(jié)的標(biāo)題為第二級標(biāo)題，小節(jié)以后的標(biāo)題分別是第三級、第四級等，中文字體為黑體，西文字體為Times New Roman, 字號為小四號字，兩端對齊，懸掛縮進(jìn)0.94厘米，行距為1.5倍。段前和段后的間距均為0.5行。
正文用小四號，中文采用宋體，英文采用Times New Roman 行間距為1.5倍行距。首行縮進(jìn)2個(gè)小四號漢字，或0.84厘米，所使用的括號為半角西文括號。
在進(jìn)行論文撰寫過程中，可根據(jù)論文的篇幅，復(fù)制以上內(nèi)容作為模板，并根據(jù)自己的論文內(nèi)容做適當(dāng)增減。
(二) 關(guān)于文章的注釋
注釋一律采用頁末注(腳注)，而不是隨文注和篇末注。可參照《中國社會科學(xué)編排規(guī)范》中的注釋格式要求。注釋內(nèi)容當(dāng)頁完成，中文用小五號宋體，英文用小五號Times New Roman字體。注釋序號用①②③與注釋文字之間空一格。在同一頁中有兩個(gè)及兩個(gè)以上的注釋時(shí)，按注釋在正文中的先后順序編號，并標(biāo)注在正文右上角，如×××①。每一頁獨(dú)立編號。
（三）、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）正文數(shù)字標(biāo)題書寫順序
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）正文數(shù)字標(biāo)題書寫順序依次為：一、(一)1. (1) ①；第一級標(biāo)題用小三號黑體字，第二級標(biāo)題用四號黑體字，第三級及以下標(biāo)題用小四號黑體字。
(四)、論文中的公式
a. 公式應(yīng)另起一行寫在稿紙中央。一行寫不完的長公式，最好在等號處轉(zhuǎn)行，如做不到這一點(diǎn)，可在數(shù)學(xué)符號(如“﹢”、“﹣”號)處轉(zhuǎn)行。
b. 公式的編號用圓括號括起，放在公式右邊行末，在公式和編號之間不加虛線。公式可按全文統(tǒng)編序號，也可按章獨(dú)立序號，如 (49) 或 (4.11)，采用哪一種序號應(yīng)和圖序、表序編法一致。不應(yīng)出現(xiàn)某章里的公式編序號，有的則不編序號。子公式可不編序號，需要引用時(shí)可加編a、b、c……重復(fù)引用的公式不得另編新序號。公式序號必須連續(xù)，不得重復(fù)或跳缺。
c. 文中引用某一公式時(shí)，寫成“由式（16.20）”。
(五)、論文中的表格
a. 表格必須與論文敘述有直接聯(lián)系，不得出現(xiàn)與論文敘述脫節(jié)的表格。表格中的內(nèi)容在技術(shù)上不得與正文矛盾。
b. 每個(gè)表格都應(yīng)有表題和序號。表題應(yīng)寫在表格上方正中，序號寫在左方，不加標(biāo)點(diǎn)，空一格接寫標(biāo)題，表題末尾不加標(biāo)點(diǎn)。
c. 全文的表格可以統(tǒng)一編序，也可以逐章單獨(dú)編序。采用哪一種方式和插圖、公式的編序方式統(tǒng)一。表序必須連續(xù)，不得跳缺。正文中引用時(shí)，“表”字在前，序號在后，如寫“表2”。
d. 表格允許下頁接寫，接寫時(shí)表題省略，表頭應(yīng)重復(fù)書寫，并在右上方寫“續(xù)表××”。多項(xiàng)大表可以分割成塊，多頁書寫，接口處必須注明“接下頁”、“接上頁”、“接第×頁”字樣。
e. 表格采用“三線表”形式，應(yīng)位于正文首次出現(xiàn)處的段落下方，不應(yīng)置前和過分置后。
三線表要求中間的表格內(nèi)容不加邊框。
例：
表3.1直接和間接方式的比較
間接方式
直接方式
網(wǎng)絡(luò)效率
低
高
呼叫建立
遲延
無
無
呼叫處理
遲延
輕
輕
網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性
簡單
復(fù)雜
(六)、論文中的圖和結(jié)構(gòu)式等
a. 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的插圖必須精心制作，線條要勻潔美觀。結(jié)構(gòu)式、數(shù)據(jù)圖應(yīng)采用矢量圖(可直接以對象粘貼，或存為WMF,EMF格式的圖片插入)。使用位圖時(shí)要保證打印的分辨率，在Word中，位圖縮放比例應(yīng)小于50%（如使用Office2010, 為保證位圖打印質(zhì)量，請?jiān)谖募?選項(xiàng)-高級-圖像大小和質(zhì)量中選擇“不壓縮文件中的圖像”），圖片縱橫比例不得改變。插圖應(yīng)與正文呼應(yīng)，不得與正文無關(guān)或與正文脫節(jié)；正文中要求對插圖進(jìn)行解釋說明。
b. 圖的內(nèi)容安排要適當(dāng)，不要過于密實(shí)，同行相同類型的圖大小應(yīng)盡量保持一致。
c. 每幅插圖應(yīng)有題目和序號，全文的插圖可以統(tǒng)一編序，也可以逐章單獨(dú)編序，如：圖45或圖6.8；采取哪一種方式應(yīng)和表格、公式的編序方式統(tǒng)一。圖序必須連續(xù)，不重復(fù)，不跳缺。
d. 由若干分圖組成的插圖，分圖用a、b、c……標(biāo)序。分圖的圖名以及圖中各種代號的意義，以圖注形式寫在圖題下方，先寫分圖名，另起行后寫代號的意義。
例：
圖2.2 紋理塊的邊界
參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)應(yīng)根據(jù)各學(xué)科正式發(fā)表學(xué)術(shù)論文的規(guī)范要求書寫，并按在論文中引用的順序進(jìn)行排列。每篇文獻(xiàn)最多列出3位作者，超出3位時(shí)，中文寫“等”，英文寫“et al”(斜體)。作者的姓名一律姓在前名在后，歐美人的名字可以用縮寫字母，且縮寫名后省略縮寫點(diǎn)“.” 。參考文獻(xiàn)應(yīng)另起一頁，一律放在正文后。
《中國高校自然科學(xué)學(xué)報(bào)編排規(guī)范》中集中主要的參考文獻(xiàn)著錄表的格式為：
連續(xù)出版物：作者.問題.刊名，年，卷號（期號）：起~止頁碼。
專（譯）著：作者.書名（譯音）.出版地：出版者，出版年，起~止頁碼。
論文集：作者.文題.見（In）：編者，編（eds）文集名.出版地：出版者，出版年，起~止頁碼。
學(xué)位論文：作者.文題：[博士或碩士學(xué)位論文] .授予單位，授予年
專利：申請者.專利名.國家.專利文獻(xiàn)種類.專利號，授權(quán)日期
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：發(fā)布單位.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)代號.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)名稱.出版地：出版者，出版日期。
人文社會科學(xué)論文的文獻(xiàn)資料格式為：
圖書：著者，書名，出版者，出版時(shí)間，版次，頁次。
期刊：作者，篇名，期刊名稱，期號。
報(bào)紙：作者，篇名，報(bào)紙名稱，日期，版次
文獻(xiàn)中序號用中擴(kuò)號，與文字之間空兩格。如果需要兩行的，第二行文字要位于序號的后邊，與第一行文字對齊。中文用五號宋體，外文用五號Times New Roman字體。
舉例如下：
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附 錄
是否需要附錄可根據(jù)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）情況而定。附錄應(yīng)另起一頁，內(nèi)容一般包括正文內(nèi)中不便列出的冗長公式推導(dǎo)、符號說明（含縮寫）、計(jì)算機(jī)程序等。“附”“錄”中間空兩格、四號字、黑體、居中，內(nèi)容采用小四號、宋體。
致 謝
致謝是本科生對畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）完成過程中得到的幫助給予的肯定與感謝，學(xué)生可根據(jù)需要撰寫。“致謝”二字中間空兩格、四號字、黑體、居中。內(nèi)容限1頁，采用小四號宋體。
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