汽车尾气监测系统（MQ135(空气质量) +MQ7(一氧化碳)+温度+排风+蜂鸣器+灯光+自动模式+手动模式+蓝牙传输控制+送APP源码）
本项目以软硬件结合的方式，选择C语言作为程序硬件编码语言，以STM32单片机作为核心控制板，在数据传输节点上连接一氧化碳传感器、空气质量传感器、温湿度传感器对汽车尾气的排放情况进行实时检测，且对异常的环境数据采取强制干预和紧急预警，并将数据通过蓝牙无线通信技术传输至上位机，实现汽车尾气的24h远程监控，达到全自动的智能化管理目标。
成品展示：
汽车尾气监测系统-版本三
功能简介：
1. STM32F103C8T6 单片机进行数据处理
2. OLED 液晶显示空气温度、MQ135(空气质量) 、MQ7(一氧化碳)实时数据。
3. MQ135(空气质量)检测当前环境空气质量情况
4. MQ-7(一氧化碳)检测当前环境一氧化碳浓度
5. DHT11 温湿度传感器检测当前环境温湿度
6.第一个按键：切换模式 自动模式/手动模式/阈值设置模式
7.手动模式下 第二个按键切换选中某个设备 第三个按键打开和关闭选中的设备
8. 阈值模式下第二个按键切换选中设置某个阈值 按键三 加 按键四 减
9. 温度高于设定的阈值时，继电器外接排风设备打开 进行排风和声光报警系统 低于阈值时 关闭排风设备和声光报警系统 停止排 风和报警
10.MQ135(空气质量)高于设定的阈值时，继电器外接排风设备打开 进行排风和声光报警系统 低于阈值时 关闭排风设备和声光报警 系统 停止排风和报警
11.MQ7(一氧化碳)高于设定的阈值时，继电器外接排风设备打开 进行排风和声光报警系统 低于阈值时 关闭排风设备和声光报警系 统 停止排风和报警
12.蓝牙模块HC-05无线传输数据到APP进行显示
13.APP 可以远程控制排风设备和声光报警系统得开启和关闭
14.APP 可以远程设置阈值
论文目录展示：
部分章节展示：
1.4 论文组织结构
本汽车尾气检测系统论文的组织结构分为六章。
1. 第一章是论文的基础介绍，包括系统的研究背景、意义，相关领域上的国内外研究现状，以及本汽车尾气检测系统的主要研究方法；
2. 第二章是对本汽车尾气检测系统的方案进行分析，包括对各个功能模块的划分、元器件的选择，以及总体框图的绘制等；
3. 第三章是对本汽车尾气检测系统的硬件电路进行详细介绍，说明各个功能模块的电路连接方式，以及数据的交互情况，能够清楚程序电路是怎么运行的，电平是怎么传输的；
4. 第四章是对本汽车尾气检测系统的软件部分进行详细介绍，对各个功能模块的实现逻辑、流程进行说明，并绘制出对应的流程图进行解释；
5. 第五章是对本汽车尾气检测系统的软硬件部分进行调试与实现，包括介绍系统的测试目的与方案，系统软硬件的用例测试，以及实物运行效果；
6. 第六章是对本汽车尾气检测系统论文的总结与展望，总结出本系统的优势与弊端，以及未来需要调整的方向等。
第2章 系统总体设计
2.1 方案分析
本项目以软硬件结合的方式，选择C语言作为程序硬件编码语言，以STM32单片机作为核心控制板，在数据传输节点上连接一氧化碳传感器、空气质量传感器、温湿度传感器对汽车尾气的排放情况进行实时检测，且对异常的环境数据采取强制干预和紧急预警，并将数据通过蓝牙无线通信技术传输至上位机，实现汽车尾气的24h远程监控，达到全自动的智能化管理目标。包括了主控模块、尾气检测模块、按键模块、执行模块、报警模块、显示模块、通信模块。
其中，主控模块作为设计的核心，能够进行指令的发送、接收，以及对数据的运算处理；尾气检测模块能够采集汽车尾气中一氧化碳浓度、空气质量以及温湿度，并传输给主控模块后显示出读出；按键模块能够实现程序的人机交互，可以使用按键来设置各项参数的阈值、切换功能模式、手动控制执行设备等；显示模块是将程序的监测数据、设备状态等相关信息显示出来提供给人员查询，从而提高了程序的互动性；当监测到汽车尾气中的一氧化碳浓度、温度过高，空气质量异常的时候，会驱动执行模块进行排风，改善环境质量，同时触发报警模块进行声光报警；在通信模块中，可以实现上下位机的交互，对汽车尾气进行远程监控。因此，本汽车尾气检测系统的总体框图如图2.1所示。
图2.1 程序总体框图
在上位机中，可以实现数据的双向交互，不仅可以接收传感器监测到的汽车尾气相关数据，还可以切换程序的功能模式，设置各项参数的阈值，控制执行设备、报警器等，从而达到远程监控的目的。其上位机的功能框图如图2.2所示。
图2.2 上位机功能框图
3.3 尾气检测模块电路设计
3.3.1 DHT11传感器电路
DHT11传感器负责采集温湿度，在该传感器中，由电容感应元件和数字信号处理器构成。在电容感应元件中，包括了温度敏感元件和湿度敏感元件，其中，温度敏感元件是一种热敏电阻，它与周围环境的温度值成反比，当环境温度越高，则热敏电阻值会越低，根据热敏电阻值的变化可以获取到环境温度；湿度敏感元件能够吸收空气中的水分，产生膨胀效应，根据膨胀程度获取到对应的阻值，而该阻值就是对应的环境湿度。在DHT11传感器内部，可以直接将电信号转换为数字信号，原因是DHT11传感器直接集成了一个16位的AD转换器，可以更加直接、灵活地监测到环境温湿度变化，在本设计的电路中，包括了电源引脚和数据引脚，其中引脚3与5V的电源连接，引脚1接地，形成完整的闭合电路，而引脚2作为数据引脚，以单总线的方式，可以将采集到的温湿度数字信号传送给单片机的PA4口，同时，单片机的控制指令也通过该引脚发送给传感器，此外，引脚2连接了一个上拉电阻，在不使用的时候保证将其置为高电平。其电路图如下图所示。
图3.3 DHT11传感器电路设计
3.3.2 MQ-7、MQ-135传感器电路
MQ-7传感器和MQ-135传感器的核心都是其敏感层，主要由二氧化锡（SnO2）等半导体材料制成。这些材料具有独特的晶体结构和表面特性，对气体分子具有较强的吸附和解吸能力。为了提高敏感层对气体的反应活性和灵敏度，MQ-7传感器、MQ-135传感器内部设有一个加热元件。加热元件通常采用电阻丝或薄膜加热器，通过施加一定的电压或电流使其发热，从而升高敏感层的温度。加热元件的作用在于激活敏感层中的半导体材料，使其处于最佳的工作温度范围内，此时材料对酒精气体的吸附和解吸速度最快，反应最为灵敏。当MQ-7传感器、MQ-135传感器暴露于含有一氧化碳、有害气体的空气中时，会吸附到敏感层表面。在加热元件的作用下，敏感层表面的二氧化锡等半导体材料会与一氧化碳、有害气体分子发生化学反应，导致材料的导电性能发生变化。具体来说，一氧化碳和有害气体与半导体材料表面的氧离子（O-）发生交换，形成氧化物或其他化合物，并释放出电子。这些电子的释放会改变半导体材料的载流子浓度，从而影响其电阻值。其电路图如图3.4所示。包括了电源引脚和数据引脚，其中引脚4与5V的电源连接，引脚3接地，形成完整的闭合电路，而引脚1作为数据引脚，以单总线的方式，可以将采集到的一氧化碳浓度以及空气质量数字信号传送给单片机的PB0、PB1口。
图3.4 MQ-7传感器、MQ-135传感器电路设计
第4章 系统软件设计
4.2 主程序设计
本汽车尾气检测系统的主程序设计流程为：在main.c文件中对各个功能模块进行初始化，并初始化各个设备的I/O口，并将各个功能的代码封装运行，当运行程序后，打开蓝牙，选择设备与之连接配对，建立上下位机的连接，启动各功能模块，通过按键或者手机App来设置各项参数阈值，确认后启动程序。所有传感器设备开始采集汽车尾气中一氧化碳浓度、空气质量以及温湿度信号，并将信号进行AD数模转换为数字信号显示到OLED显示屏上，同时发送给上位机。程序会根据采集到的信号进行判断是否符合要求，若不在要求范围内，由主控模块自动启动执行模块、报警模块，实现强制干预和紧急预警。此外，在监测的过程中，也可以通过按键和手机App来进行手动操作。其主程序设计如图4.1所示。
图4.1 主程序设计流程图流程图
4.3 主控模块程序设计
本系统由STM32F103C8T6单片机来控制程序的整个核心处理，在STM32单片机中，首先需要对程序MCU进行复位，即初始化处理，然后运行程序代码，在main()函数里执行读取环境数据指令，指令由各设备之间的连接进行通信，传输至程序中的尾气检测模块，由MQ-7传感器、MQ-135传感器、DHT11传感器进行接收，并开始执行工作，进行汽车尾气数据的采集，MCU再将由各个传感器传输的数字信号进行处理计算，从而判断出该环境是否异常，并决定是否启动对应执行设备和报警器。其主控模块的程序设计如图4.2所示。
图4.2 主控模块程序设计流程图
4.4 尾气检测模块程序设计
尾气检测模块为一氧化碳浓度、空气质量以及温湿度信号的采集，并将采集到的信号经过放大、滤波、数模转换为数字信号的过程。首先，由MCU控制各个传感器启动，各个传感器的应变电阻片负责感应参数数据值的变化，得到对应的电压值，再在传感器内部将其转换为数字信号通过引脚连接传输给MCU进行计算处理。
其中，AD数模转换的主要目的是把传感器中的模拟信号转换为主控芯片可操控的数字信号。一般在STM32单片机中，AD模块是直接集成在单片机中的，不再需要通过引脚外设连接，可以直接把写入/读出寄存器中的模拟信号完成转换，而STM32单片机的IO口就可以实现多路选择开关连接的复用功能，提高了单片机的工作效率。
而AD数模转换的实现过程包括了采样、量化、编码三个步骤。首先，收集在一段时间内连续出现的模拟信号，形成多个离散样本；其次，把这些连续出现的模拟信号的幅度值依次转换为离散的数字值；最后再把量化得来的离散样本数值转换为单片机可以理解的二进制，完成编码，从而将模拟信号转换为数字信号。
其尾气检测模块的程序设计如图4.3所示。
图4.3 尾气检测模块程序设计流程图
第5章 系统实现与调试
5.1系统实现
5.1.1 系统硬件实现
本汽车尾气检测系统的硬件部分，由主控模块、尾气检测模块、按键模块、显示模块、执行模块、报警模块、通信模块组成。其中，主控模块使用STM32F103C8T6型号的单片机MCU，能够成功的向各个外设发送、接收程序指令，并对数据进行逻辑运算和处理；尾气检测模块由MQ-7传感器、MQ-135传感器、DHT11传感器完成，通过与主控模块上的引脚接口进行连接，实现数据传输和控制，能够成功采集并转换汽车尾气中的一氧化碳浓度、温湿度以及空气质量；按键模块由四位按键实现，每个按键对应了不同的功能，通过按下按键触发电路闭合，满足电流通过条件，实现人机交互；显示模块使用OLED显示屏来将采集到的数据等显示读出；执行设备为继电器，用来作为风扇的驱动装置，当达到继电器的控制条件时，指示灯会亮起，风扇转动进行排风；报警模块使用了有源蜂鸣器和LED灯，在监测到数据异常时，同时触发蜂鸣器和LED灯进行声光提醒；通信模块使用了HC-05蓝牙通信技术，建立了系统软硬互通的桥梁，完成上下位机的数据交互，为用户的远程监控提供了基础。
综上，本汽车尾气检测系统的硬件部分实现界面如下图所示。
图5.1 系统硬件实现图
5.1.2 系统软件实现
本汽车尾气检测系统的软件部分，以手机App的形式展示。包括数据查询、设置阈值、切换功能模式、以及手动远程控制继电器、报警器的开关，以实现汽车尾气监测的24h远程监控。首先，使用手机App与程序硬件连接，在界面顶部，可以在查看到汽车尾气的实时一氧化碳浓度、温湿度以及空气质量数据。可以在界面中部，可以控制不同执行器的状态，最后可以设置阈值的上下限。其软件界面实现如图5.2所示。
图5.2 系统软件实现图
