【单片机毕设案例分享】基于单片机的 MQ-4 与 DS18B20 环境监测终端设计 基于嵌入式开发的室内危险气体智能预警设备实现（015601）

博主介绍：✌️码农一枚 ，专注于大学生项目实战开发、讲解和毕业🚢文撰写修改等。全栈领域优质创作者，博客之星、掘金/华为云/阿里云/InfoQ等平台优质作者、专注于单片机，STM32单片机，51单片机，Java、小程序技术领域和毕业项目实战
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文章目录

  • 20 个相关毕业设计备选题目
  • 项目研究背景
  • 摘要
  • 总体方案
    • 一、核心主控硬件
    • 二、环境检测传感硬件
    • 三、显示外设硬件
    • 四、报警与执行硬件
    • 五、硬件整体架构逻辑
  • 核心功能
    • 一、基础采集功能
    • 二、人机交互显示功能
    • 三、核心联动控制功能
  • 技术路线
  • 项目演示
  • 关于我们
    • 项目案例
  • 源码获取

20 个相关毕业设计备选题目

  1. 基于 STM32 的室内瓦斯温度人体感应监测系统设计
  2. 基于单片机的环境安全多参数智能检测装置开发
  3. 基于 STM32F103 的燃气温感人体联动报警系统设计
  4. 基于嵌入式的室内瓦斯温控照明一体化监测设备实现
  5. 基于 STM32 的多传感器环境安全预警终端设计与开发
  6. 基于单片机 MQ-4 瓦斯检测智能安防装置设计
  7. 基于嵌入式的温感瓦斯人体感应联动控制系统实现
  8. 基于 STM32 的室内安全多传感数据采集报警系统设计
  9. 基于单片机的燃气泄漏温控通风智能监测设备开发
  10. 基于嵌入式平台的人体感应自动照明安防终端设计
  11. 基于 STM32F103 的多传感器环境参数显示预警系统
  12. 基于单片机的瓦斯温度双阈值联动报警装置实现
  13. 基于嵌入式技术的室内安防多传感一体化监测系统
  14. 基于 STM32 的燃气检测温控风扇人体照明控制系统
  15. 基于单片机的 MQ-4 与 DS18B20 环境监测终端设计
  16. 基于嵌入式开发的室内危险气体智能预警设备实现
  17. 基于 STM32 的人体感应照明与瓦斯温控报警系统
  18. 基于单片机多传感器融合的室内环境安全监测装置
  19. 基于嵌入式平台的燃气泄漏自动通风报警系统设计
  20. 基于 STM32F103 的多传感数据 OLED 显示安防终端开发

项目研究背景

随着智能家居与物联网嵌入式技术快速普及，室内环境安全监测成为居家、小型商铺、厨房场景刚需，各类气体、温度传感设备已广泛投入市场。传统环境监测设备多采用单一传感器采集数据，仅能完成单一指标超限报警，硬件联动控制能力薄弱，缺少瓦斯、温度、人体感应多维度信息融合处理能力。现有简易监测装置普遍存在数据可视化程度低、阈值联动逻辑简单、无自动通风与感应照明一体化功能等痛点，多数设备仅能单独预警，无法实现超标自动风扇散热、人体靠近自动开灯等智能联动控制，数据仅本地粗略采集，单片机数据处理逻辑简单，系统集成度较低。当下嵌入式单片机技术成熟，低成本多传感器模块规模化量产，物联网嵌入式开发成为计算机专业主流研究方向，依托 STM32 系列单片机实现多传感数据统一采集、阈值判断、外设联动控制具备极强落地可行性。针对传统监测设备功能割裂、智能化程度不足的缺陷，本课题搭建一套集成瓦斯、温度、人体检测的一体化智能监测终端，实现多参数实时显示、多场景超限联动报警与自动控制，弥补传统监测设备功能单一、联动性差的短板，满足小型室内空间低成本、一体化环境安防监测需求，具备实际应用价值与工程研究意义。

摘要

本文以室内环境安全智能监测为研究对象，基于 STM32F103C8T6 单片机设计一套集成瓦斯、温度、人体感应检测的一体化监测终端。系统采用 MQ-4、DS18B20、E18-D80NK 传感器采集环境参数，通过 OLED 屏幕实时展示瓦斯浓度、环境温度与人体存在状态；设计两路 LED 指示灯、蜂鸣器、继电器风扇执行联动控制逻辑，瓦斯超标时指示灯点亮并蜂鸣报警，温度超阈值自动启动风扇降温告警，检测到人体时自动开启照明 LED。开发过程以 C 语言完成单片机底层驱动与业务逻辑编写，完成硬件电路搭建、传感器数据解析、阈值判定与外设联动程序开发。经硬件联合调试，系统可稳定完成多参数采集、数据可视化与多场景智能联动控制，设备成本低廉、结构简洁，适用于厨房、小型储物间等室内安防场景，为低成本嵌入式多传感监测设备开发提供可行实现方案。

总体方案

一、核心主控硬件

  1. STM32F103C8T6 单片机最小系统板

    • 作用：系统核心运算单元，完成全部传感器数据读取、阈值逻辑判断、外设驱动控制、OLED 屏幕数据输出；
    • 选型理由：32 位 ARM 内核，运算性能满足多传感器并行数据处理，外设接口丰富，开发资料完善，成本低廉，适配本科嵌入式开发；
    • 使用场景：整机控制核心，承载全部业务逻辑程序运行。

二、环境检测传感硬件

  1. MQ-4 瓦斯气体传感器模块

    • 作用：实时采集空气中瓦斯浓度模拟电压信号，传输至单片机 ADC 引脚完成模数转换；
    • 选型理由：对可燃瓦斯气体灵敏度高，驱动电路简单，适合室内燃气泄漏检测；
    • 使用场景：厨房、密闭空间瓦斯浓度实时采集。

  2. DS18B20 数字温度传感器

    • 作用：采集环境实时温度，输出数字信号至单片机；
    • 选型理由：单总线通信，布线简单，测温精度满足室内安防需求；
    • 使用场景：室内环境温度持续监测。

  3. E18-D80NK 红外人体感应传感器

    • 作用：检测监测范围内是否存在人体，输出高低电平标识人体状态；
    • 选型理由：感应距离适中，抗干扰能力强，无需复杂信号解析；
    • 使用场景：人体靠近自动照明触发检测。

三、显示外设硬件

  1. 0.96 寸 IIC 通信 OLED 显示屏

    • 作用：可视化展示瓦斯浓度数值、实时温度、人体有无状态；
    • 选型理由：屏幕体积小、功耗低，IIC 通信占用单片机引脚少；
    • 使用场景：人机交互数据实时展示。

四、报警与执行硬件

  1. 有源蜂鸣器模块

    • 作用：瓦斯、温度超标时发出声响完成声光报警；
    • 选型理由：驱动简单，仅需高低电平即可触发鸣叫；
    • 使用场景：安全阈值超限声光告警。

  2. 两路 LED 发光二极管指示灯

    • 作用：一路瓦斯超标警示灯，一路人体感应照明灯；
    • 选型理由：成本低、驱动逻辑简单，直观展示设备工作状态；
    • 使用场景：状态可视化指示、自动照明。

  3. 5V 继电器模块 + 散热风扇

    • 作用：温度超标时继电器吸合导通风扇电源，实现自动通风降温；
    • 选型理由：继电器实现高低压隔离，可驱动外置风扇负载；
    • 使用场景：高温环境自动散热控制。

五、硬件整体架构逻辑

所有传感器模块通过 GPIO、ADC、IIC 总线与 STM32 主控连接，主控循环采集各路传感数据，完成数值解析与阈值对比，根据判定结果驱动 OLED 屏幕刷新数据、控制 LED、蜂鸣器、继电器风扇对应动作，整套硬件采用 5V 直流供电，独立模块化布线，便于调试与故障排查。

核心功能

一、基础采集功能

  1. 单片机数据处理功能

    • 实现效果：STM32 主控持续循环读取所有传感器原始信号，完成模数转换、数据换算、数值缓存；
    • 操作逻辑：上电后程序自动初始化所有外设，周期性采集传感数据并存入内存；
    • 核心作用：作为系统运算核心，支撑全部数据处理与控制逻辑；
    • 实现目标：稳定并行处理多路传感器输入数据，无数据丢失、读取卡顿问题。

  2. MQ-4 瓦斯浓度采集功能

    • 实现效果：实时输出当前空间瓦斯浓度量化数值；
    • 操作逻辑：单片机 ADC 采集传感器模拟电压，通过标定公式换算为浓度值；
    • 核心作用：提供燃气泄漏核心监测数据；
    • 实现目标：持续、稳定采集瓦斯浓度变化数据。

  3. DS18B20 温度采集功能

    • 实现效果：实时获取环境摄氏温度数值；
    • 操作逻辑：单总线读取传感器数字温度信号，转换为可读温度数据；
    • 核心作用：监测环境高温安全隐患；
    • 实现目标：精准采集室内温度，误差控制在合理区间。

  4. E18-D80NK 人体感应检测功能

    • 实现效果：输出有无人员的二元状态信号；
    • 操作逻辑：传感器检测到人体输出高电平，无人体输出低电平，单片机读取电平判断状态；
    • 核心作用：触发自动照明功能；
    • 实现目标：精准识别监测区域内人体存在状态。

二、人机交互显示功能

  1. OLED 多参数实时显示功能

    • 实现效果：屏幕分页同步展示瓦斯浓度、环境温度、是否有人三项信息；
    • 操作逻辑：主控完成数据更新后，调用显示驱动刷新屏幕文字与数值；
    • 核心作用：可视化展示设备采集的全部环境参数；
    • 实现目标：参数实时刷新，界面清晰无乱码，便于直观查看环境状态。

三、核心联动控制功能

  1. 瓦斯超标声光报警功能

    • 实现效果：瓦斯浓度高于预设阈值时，瓦斯警示 LED 常亮，蜂鸣器持续鸣响；
    • 操作逻辑：单片机对比实时浓度与阈值，判定超标后同时输出高电平驱动指示灯与蜂鸣器；
    • 核心作用：燃气泄漏危险预警；
    • 实现目标：瓦斯超标瞬间触发报警，浓度回落至阈值内自动停止告警。

  2. 高温自动通风降温报警功能

    • 实现效果：环境温度超过设定阈值，继电器吸合启动散热风扇，同时蜂鸣器鸣响告警；
    • 操作逻辑：温度数值判定超限后，主控控制继电器引脚导通，同步触发蜂鸣器；
    • 核心作用：高温环境自动散热，防范高温安全隐患；
    • 实现目标：高温自动启动风扇，温度下降后风扇断电停止运行。

  3. 人体感应自动照明功能

    • 实现效果：传感器检测到人体时，照明 LED 自动点亮；无人体时 LED 熄灭；
    • 操作逻辑：单片机读取人体感应高电平信号，直接输出电平驱动照明 LED；
    • 核心作用：室内来人自动开启照明，节约用电；
    • 实现目标：人体进入感应范围立刻开灯，离开后延时关灯。

技术路线

  1. 编程语言：C 语言

    • 选型理由：STM32 单片机标准开发语言，底层驱动开发成熟，代码执行效率高；
    • 课题用途：编写传感器驱动、数据处理逻辑、阈值判断、外设联动控制全部业务代码。

  2. 开发框架：STM32 标准库（StdPeriph_Lib）

    • 选型理由：入门门槛低，配套教程丰富，适配本科嵌入式学习，无需复杂寄存器操作；
    • 课题用途：完成 GPIO、ADC、IIC、单总线外设初始化与读写驱动开发。

  3. 开发工具：Keil MDK5

    • 选型理由：ARM 单片机主流编译调试软件，支持代码编译、在线下载、断点调试；
    • 课题用途：程序编写、编译、烧录至 STM32 单片机，硬件在线调试排错。

  4. 电路设计工具：Altium Designer

    • 选型理由：高校电子设计通用 PCB 绘图软件，适合简易硬件电路绘制；
    • 课题用途：绘制系统硬件原理图，规划传感器、主控、外设接线电路。

  5. 显示驱动工具：OLED 通用 IIC 驱动库

    • 选型理由：开源成熟驱动代码，可快速实现文字、数字屏幕打印；
    • 课题用途：开发 OLED 屏幕多参数显示界面逻辑。

  6. 硬件调试工具：万用表、杜邦线、逻辑分析仪

    • 选型理由：低成本硬件检测工具，适合传感器信号、电平故障排查；
    • 课题用途：硬件接线调试，传感器信号采集校验。

  7. 测试辅助工具：串口调试助手

    • 选型理由：实时打印单片机采集原始数据，便于参数标定与逻辑测试；
    • 课题用途：瓦斯、温度原始数据查看，阈值参数调试验证。

  8. 运行环境：5V 直流稳压电源、Windows10 操作系统

    • 选型理由：稳定供电保障硬件持续运行，Windows 系统兼容全部嵌入式开发软件；
    • 课题用途：上位机软件开发、硬件整机供电运行。

项目演示






关于我们

博主本身从事开发软件开发、有丰富的编程能力和水平、累积给上千名同学进行辅导、有自己的独立工作室，目前只专注做自己专业领域的事。团队人员有多年架构师设计经验、多人有参加校企合作经验，被多个学校常年聘为校外企业导师，指导学生毕业设计并参与学生毕业答辩指导，有较为丰富的相关经验。期待与各位高校教师、企业讲师以及同行交流合作。

项目案例

下面是我们团队最新的定制开发的项目平台，广受到大家客户的喜爱！大家看看我们开发出来的部分效果图吧！！！






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