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基于STM32的便携式甲醛检测仪设计

花匠小妙招
2025-02-16 12:55

课题题目及来源：

课题题目：基于STM32的便携式甲醛检测仪设计

当前采用传统的精密仪器与实验室分析法尽管对甲醛的检测结果精度较高，但是这些测量仪器检测时间长、相对成本很高，而且还需要专业人员的协助，无法快速高效的完成环境甲醛的测定。基于此设计一款便携式甲醛检测仪，可让人们需要一个随时随地可以检测甲醛浓度，是否符合安全标准。

通过和指导老师讨论然后自己上网查找资料最终确定题目。

课题研究的意义和国内外研究现状：

目前甲醛检测方法存在，精度高、需要专业人士采集样本，回到实验室做检测，不方便，不能满足普通住户需求。国内上便捷式甲醛检测仪，鱼龙混杂，测量精度不高，不稳定，价格高等特点。为避开以上问题，设计一款随时随地可以检测的甲醛检测仪,以满足居民对室内空气质量检测的需求。该设计基于低功耗的主控芯片STM32微控制器。采用具有高灵敏度、低功耗、寿命长、优秀的抗干扰能力电化学CH2O甲醛传感器解决当前问题难点，对室内的甲醛浓度进行实时检测和显示。当室内空气中的甲醛含量达到警戒值时会触发报警,同时将检测到的数据通过无线模块发送至智能终端。该系统具有操作方便、实时检测、功耗低等优点。

当前普遍的甲醛检测方法共分为两种，第一种是在实验室采用精密设备进行分析检测，第二种是现场快速检测。国内大多是采用第一种方法对甲醛进行分析检测，专业人员在现场采集到样本以后带到实验室，然后在实验室内使用精密设备完成进行检测。精密设备检测甲醛一般只适用于实验室以及检测公司的检测，不适用于普通居民家庭对甲醛气体进行快速实时检测的要求。国外在现场快速检测领域有着较大的优势，不少国外公司根据不同的甲醛检测原理，分别研制了各种型号的室内甲醛快速检测产品，如英国PPM 公司研制的 PPM-HTV甲醛检测仪，日本理研公司的FP-31甲醛检测仪。这些产品的特点是体积小，操作简单，但是价格很高，因此很难在社会中进行推广普及。国内生产的室内空气中甲醛浓度的检测仪主要是长春吉大小天鹅公司出品的一系列甲醛气体测定仪，如GDYQ-1015／2015现场甲醛测定仪（比色法）等。

课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法：

本设计采用STM32单片机作为便携式甲醛检测仪设计的核心部件，系统集成甲醛传感器、蜂鸣器、液晶显示、无线蓝牙传输以及手机APP等模块。本课题主要研究利用便携式甲醛检测仪快速完成环境甲醛测定的问题。

课题研究的主要内容和方法：

1.STM32单片机最小系统；

2.无线传输模块与单片机串口通信设计；

3.对系统各硬件单元电路进行仿真、设计；

4.对系统各软件功能模块进行编程、调试；

5.实现目标系统总体设计与详细设计;

6.设计印刷电路板（四层PCB）；

7.手机APP设计。

研究过程中的主要问题：

1.单片机的选型，在处理甲醛数据时需要较大的计算能力；

2.甲醛传感器的选型，由于需要对环境中的甲醛测量精度要求较高，可能会影响到采集的精度和防水效果；

3.高刷新频率的甲醛传感器会产生不少数据，在无线传输和有限存储容量的环境下，传输和存储这些数据可能存在高延时的问题；

4.甲醛的异常需要通过一个合理的阈值来完成提醒。

解决办法：

本便携式甲醛检测仪采用实践研究法。利用网络手段来查看单片机和传感器的相关技术手册来确定STM32单片机和甲醛传感器的特性及所需要的接口，利用Altium Designer软件来设计出单片机、甲醛传感器及蓝牙等模块的电路原理图完成电路板的设计；硬件开发环境采用Keil 4和嵌入式C语言完成功能模块的代码编写；通过蓝牙与手机APP，用以显示甲醛浓度实时值和历史记录。

系统功能描述：

本设计通过STM32单片机控制，实现便携式甲醛检测仪的相应功能。其中使用甲醛传感器模块负责采集当前环境中的甲醛浓度值，将数据发送给液晶显示模块显示，并记录当前环境的历史数值。当甲醛浓度超过预设最大安

全阈值，报警电路模块产生相应的报警信号。通过蓝牙模块连接手机APP，手机APP可显示实时值和甲醛历史数据记录。增加语音播报模块，当甲醛浓度过高，语音模块告警提示“甲醛浓度过高请注意”。

系统功能框图：