论文总字数：26962字

目 录

摘 要 I

Abstract II

一、绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外（温湿度测试仪及PM2.5测试仪）研究现状 1

1.2.1 温度计的研究及使用情况 1

1.2.2 湿度计的研究及使用情况 2

1.2.3 PM2.5测试仪的研究及使用情况 2

1.3研究内容和方法 3

1.4本章小结 4

二、系统微控制器与温湿度、PM2.5测量模块 5

2.1 系统微控制器（STM32F103RCT6） 5

2.2 温湿度测量模块（DHT22（AM2302）） 6

2.3 PM2.5测量模块（GP2Y1010AU） 8

2.4 本章小结 10

三、室内空气质量检测系统硬件设计 11

3.1 微处理器最小系统设计 11

3.2 蓝牙串口模块（ATK-HC05）电路设计 13

3.2.1蓝牙串口模块的选择 13

3.2.2 蓝牙串口模块工作状态 13

3.2.3蓝牙串口模块硬件连接 14

3.3 TFTLCD显示模块电路设计概述 14

3.4 本章小结 16

四、室内空气质量检测系统软件设计 17

4.1 软件系统构成 17

4.2 主程序模块 17

4.3 蓝牙串口通信模块 20

4.4 温湿度测量模块的程序设计 23

4.5 PM2.5测量模块的程序设计 24

4.6 上位机部分蓝牙串口接收和发送数据程序设计 25

五、系统仿真与测试 28

5.1 软件测试与仿真 28

5.2 硬件电路测试 28

5.2.1 TFTLCD显示模块电路测试 28

5.2.2 蓝牙串口模块电路测试 30

六、总结与展望 31

6.1工作总结 31

6.2 后续工作展望 31

参考文献 32

致 谢 33

基于STM32的室内空气质量检测系统

尤佳阳

，China

Abstract

Temperature and humidity can affect people's feelings about the environment ,which also can affect people's health and productivity. The nationwide outbreak of fog and haze has aroused public concern for environmental pollution issues. PM2.5 has become an important indicator of air quality testing. People need to be able to comprehend the indoor air quality in real time.How to measure the accurate measurement of PM2.5 and the reduction of the value become the most important.

There is a design based on the air quality detection system of temperature and humidity and PM2.5 STM32 in this paper. the system consists of temperature and humidity measurement module, PM2.5 module, system control module, liquid crystal display module and TFTLCD ATK-HC05 Bluetooth serial module. The core of the system is STM32F103RCT6, the temperature and humidity module (DHT22) and PM2.5 (GP2Y1010AU) measurement module of the measured data in the TFTLCD real-time display on the LCD module, and through the ATK-HC05 Bluetooth serial port module is connected to the mobile phone to send data to the mobile phone terminal.

Keywords：STM32；Temperature and humidity；PM2.5；ATK-HC05

一、绪论

1.1 研究背景及意义

每个人每分钟呼吸数为10~15，单次需要0.5升空气，每个达到平均寿命的人一生需要2.7*10^5 m³的空气。若将一个成年人的肺泡表面全部摊开，可达60~80 m²，这些进入人体的空气，通过扩散进入体内循环。现代人的长期活动范围是在室内，室内空气质量对人们身体健康有着极其重要的影响。

近年来人们对室内空气质量产生了前所未有的关注。数据显示，室内空气污染备受消费者投诉，室内空气质量已然成为了社会关注热题。室内空气质量，尤以温度、湿度和PM2.5值，对人们的健康水平和生产效率产生了很大的影响，如何正确检测和显示室内环境的空气质量是我们迫切需要实现的。

在炎热的夏季，由于夏季气温高且多降雨，环境的温度和湿度都很高，在室内的人们在不通风的室内环境下会感到不适，这是因为人体热量无法挥发，反而从环境吸收更多热量，当机体负荷过重时，便会中暑。当人体在高温环境下，体液过度丧失或散热机制衰竭，便会引发热损伤疾病，轻度的中暑会让人大量出汗，口渴心悸，伴有耳鸣，而重度的中暑甚至会让人体血压降低，神志不清，严重可导致重度昏迷，这都是非常危险的。我们应当多关注室内空气的温湿度情况并及时调整，以免出现夏季中暑症状。

自2013年以来，雾霾天气在全国范围内持续地大规模侵扰我国的各大城市，人们把越来多的关注放在了PM2.5值的检测和控制上，意图削减PM2.5对城市生活的影响。

PM2.5又称细粒、细颗粒、细颗粒物，指环境空气中空气动力学当量直径≤ 2.5 微米的颗粒物。PM2.5在地球大气中含量极少，但由于它具备颗粒小、表面积大、活性强、且易吸附有毒有害物质的特性，在空气污染越重的地方，它的检测浓度就越高，对空气能见度也产生很大的影响。不仅如此，PM2.5能长时间悬浮在大气中，停留时间极长而漂浮距离极远，对人体健康和环境空气质量产生的影响不可小视^[1]。

更重要的是PM2.5由于直径小，可以进入的呼吸道部分很深，其中10μm直径的部分仅能停留在上呼吸道部分引发感染，而小于2μm直径的部分可深入肺部的细小支气管和肺泡表面，当它们渗入肺泡后，会改变肺泡的通透性，影响肺的通气循环，使肺泡缺氧。长期处于高PM2.5值环境中，对心血管疾病和呼吸系统疾病甚至肺癌有诱发作用，此外PM2.5也是大气雨水中重要的凝结核，能通过影响成云和降雨，对气候变化产生潜移默化的影响，因此对PM2.5的监控非常重要。

当人们提出了对生活质量的要求，室内空气质量检测就显得格外重要，准确又便捷的温湿度、PM2.5测量仪器能提供精确可靠的实时温湿度和PM2.5值，当室内空气质量指标超过临界值时，可以及时地提醒人们做好防护。

1.2 国内外（温湿度测试仪及PM2.5测试仪）研究现状

1.2.1 温度计的研究及使用情况

温度计是用于测量温度的工具，分为指针温度计和数字温度计。

在1593年，意大利科学家伽利略发明了第一支温度计。他的温度计是一根一端敞口的玻璃管，由于存在热胀冷缩，温度计受外界大气压强影响较大，有很大的测量误差。

在1659年，法国布利奥制造的温度计具备了温度计的雏形。他缩小了温度计的玻璃泡，使用水银作为测温物质。

荷兰科学家华伦海特使用酒精和水银作为测温物质，制造出了更精确的华氏温度计。他确定了华氏温标：一定浓度的盐水的冰点为0℉，纯水的冰点为32℉，在标准大气压下水的沸点为212℉，℉代表华氏温度。

法国列缪尔也设计制造了一种酒精温度计。他把冰点与沸点之间分成80个温度分度，确定了列氏温度计。

在1742年，瑞典摄尔修斯于改进了华氏温度计，他确定了摄氏温标（沸点100度，冰点0度），用℃表示。

现代的测温技术已经得到了迅速的发展，各种精密的测温仪器也被制造了出来，它们按照不同的测温原理可以被分为：转动式温度计，半导体温度计，热电偶温度计，光测温度计，液晶温度计，数字温度计和水银温度计^[2]。

转动式温度计的测温结构是一个卷曲的双金属片。双金属片由于膨胀系数不同，在温度发生变化时，双金属片的蜷曲程度不同，而这种不同的蜷曲程度通过连接指针，可以在刻度盘上显示不同的度数，通过对照刻度盘，可以得知温度的值。

半导体温度计的工作原理是利用半导体的电阻随温度变化，当温度升高时，半导体电阻反而减小。由于电阻变化非常明显，便于测量出细微的温度变化，所以半导体温度计的测温精度高，也可称为感温器。

热电偶温度计的测温结构是两种不同金属连接一个灵敏电压表。由于金属结点受温度变化影响，在两段产生极其微小的电位差，通过灵敏电压计可以测得其度数，并对应准确温度。

光测温度计的工作原理是测量高温物体发出的热辐射量来确定温度，它由红色滤光望远镜和一组带有小灯泡，可变电阻和灵敏电流计电路组成。通过调整可变电阻的阻值，通过望远镜控制灯泡与待测物体的亮度一致，便可通过读出测量电路中电流计的电流度数确定对应温度。

液晶温度计是利用不同配方制成的液晶的相变温度不同的原理，将不同相变温度的液晶涂于纸上，观察液晶的颜色变化，可测得对应温度。液晶温度计常用作水温计，它便于度数但精度不足。

数字体温计利用传感器将温度转换为数字信号，并且通过显示器显示数字温度，能快速准确地测量出温度。它读数便捷，测量时间短且精度高，由于其测温结构不含水银，对人体无毒。

水银温度计的测温物质是水银，利用其热胀冷缩的特性测温，温度范围-30—350℃。使用简单方便，但是由于温度计的结构易碎，不便于随身携带。

1.2.2 湿度计的研究及使用情况

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