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编号：
T0232402M
设计简介：
本设计是基于STM32矿工工作安全监测，主要实现以下功能：
通过传感器可以监测人体体温、心率和血氧，当体温、心率或者血氧异常时，蜂鸣器报警提醒
通过传感器可以检测环境湿度、空气质量和一氧化碳，当超过阈值时，打开风扇并且蜂鸣器报警
通过RFID模块识别IC卡，实现对工人的定位
通过按键可以设置阈值，注销和注册IC卡
通过OLED可以体温、心率、血氧、环境湿度、空气质量和一氧化碳
通过WiFi模块可以连接手机，实现远程监测
电源： 5V
传感器：湿度传感器，非接触温度传感器（红外测温模块），一氧化碳传感器，空气质量传感器，心率血氧传感器
显示屏：OLED12864
单片机：STM32F103C8T6
执行器：风扇（继电器），蜂鸣器
人机交互：独立按键，WiFi模块，RFID
标签：STM32、OLED12864、ESP8266、RC522、DHT11、MLX90614、MQ-7、MQ-135、MAX30102、SDR-05VDC-SL-C
题目扩展：基于物联网的矿工健康监测系统，基于单片机的矿井环境监测系统
1. 本设计以STM32单片机为核心控制器，组成基于STM32的矿工工作安全监测系统，包含中控、输入和输出三部分。
2. 中控部分为STM32单片机，作用是获取输入部分数据，经内部处理后控制输出部分。
3. 输入部分包括：
心率血氧传感器，用于监测矿下工人的心率血氧；
CO传感器，用于监测矿下一氧化碳浓度；
空气质量传感器，用于监测矿下空气质量；
RFID自动识别模块，通过设置定位点识别工人并显示到达位置；
非接触温度传感器，用于监测矿下工人的体温；
温湿度传感器，用于监测矿下温湿度；
独立按键，用于切换界面、修改体温/心率/血氧/空气质量/CO/湿度阈值及进入注册卡界面；
供电电路，为整个系统供电。
4. 输出部分包括：
OLED显示模块，用于显示矿工的心率血氧、体温和矿下的湿度、空气质量及CO浓度等；
WIFI模块，可向手机发送报警信息并上传数据；
继电器，用于控制风扇开关；
蜂鸣器，当监测参数超阈值或心率血氧不在阈值内且不为0时报警。
第 5 章 实物调试
5.1 整体实物构成
该设计主要硬件包括核心控制单元，各类传感器如温湿度传感器、有害气体传感器、心率血氧传感器，射频识别模块、通信模块、蜂鸣器、继电器、独立按键、显示屏等。
焊接流程大致是先对焊接区域和元件引脚进行清洁，接着在电路板焊盘上涂抹适量助焊剂，然后用烙铁将元件依次焊接到对应焊盘，焊接顺序可从低引脚、小尺寸元件到高引脚、大尺寸元件，以避免焊接时对已焊接元件造成影响。
焊接过程中要注意控制烙铁温度和焊接时间，温度过高、时间过长可能损坏元件；避免虚焊、短路等问题，焊接后仔细检查焊点质量；操作时保持工作环境整洁，防止杂物落入电路板影响电路性能；同时要佩戴好防护装备，如护目镜等，保障自身安全。
整体实物如图 5-1 所示：图 5-1 整体实物图
5.2 传感器获取数据测试
该设计中，报警功能与各项类监测指标联动，当报警处于开启状态时，若湿度、体温、空气质量、一氧化碳浓度中任意一项超过设定阈值，或心率血氧指标超出正常阈值范围且数值不为 0，蜂鸣器会立即触发报警；反之，若上述所有指标均处于正常阈值内，蜂鸣器则不动作。
同时，风扇的控制与环境指标相关联，当湿度大于设定阈值、或空气质量超出阈值、或一氧化碳浓度超过阈值时，风扇会自动启动，以改善矿下局部环境状况，保障矿工工作环境安全。
风扇工作功能测试图如下图 5-2 所示：
图 5-2 传感器获取数据图
5.3 心率血氧获取功能测试
心率血氧传感器通过发射特定波长的光穿透人体组织，依据血液中血红蛋白对不同波长光吸收特性的差异，检测反射或透射光的强度变化，进而计算出心率和血氧饱和度数据。
这些数据先传输至核心控制单元进行处理，随后被发送到设备上的显示屏，以直观的数字形式呈现，方便现场人员查看。同时，数据还借助通信模块上传至云平台，手机 APP 能实时获取并展示这些信息，管理人员即便不在现场，也能随时掌握矿工的心率和血氧状况，为保障矿工身体健康提供有力支持。
心率血氧获取功能测试如下图 5-3 所示：
图 5-3 心率血氧获取功能测试图
5.4 设置阈值功能测试
该系统中，按键 2 和按键 3 承担阈值设置功能。当按键 2 按下，在界面 1 到 7 分别对应将体温阈值、心率上限、心率下限、血氧上限、空气质量上限、一氧化碳上限、湿度上限各加 1；按键 3 按下时，对应界面的这些阈值则各减 1 ，以此实现对不同监测指标报警阈值的灵活调整。
同时，系统还有按键 4 用于卡模式切换，按键 5 进入注册卡界面，按键 6 设置报警开关，按键 7 切换位置，共同配合完成系统的参数配置与功能切换，满足不同场景下对矿工安全监测的个性化需求，提升系统实用性与可操作性。
设置阈值功能测试如下图 5-3 所示：
图 5-3 设置阈值功能测试图
第 6 章 软件调试
6.1 软件介绍
Proteus 8.15 是一款由 Labcenter Electronics 开发的电子设计自动化（EDA）软件。它集电路仿真、PCB 设计和微控制器调试于一体，广泛应用于嵌入式系统开发等领域。
该软件拥有丰富元件库，包含超 50000 种元器件，支持模拟 / 数字电路协同仿真，集成逻辑分析仪等虚拟仪器。它还内置 8051、ARM 等微控制器模型，支持与 Keil 等编译器联调。
此外，Proteus 8.15 可实现从原理图到 PCB 的自动布局布线，并生成 3D 模型。其界面直观，支持工具栏和快捷键个性化定制，还提供电压探针等调试工具，方便用户分析电路行为。
软件界面图如图 5-1 所示：
图 5-1 软件界面图
6.2 数据获取功能测试
可通过温湿度传感器、一氧化碳传感器、空气质量传感器获取环境湿度、一氧化碳含量、空气质量数据；借助心率传感器、血氧传感器获取人体心率、血氧数据；利用 RFID 模块识别 IC 卡来获取工人身份与定位相关信息；通过按键操作可获取用于设置阈值、注销和注册 IC 卡的指令；依靠 WiFi 模块能获取远程监测相关的数据与控制指令。
风扇工作功能测试图如下图 5-2 所示：
图 5-2 传感器获取数据图
6.3 远程功能测试
该系统借助 WiFi 模块实现远程获取功能。WiFi 模块能将由 STM32 单片机处理后的矿工体温、心率、血氧等人体体征数据，以及矿井内环境湿度、一氧化碳浓度、空气质量等环境参数数据，传输至与之连接的手机等远程终端设备。
这样一来，相关人员即便身处远离矿井的地方，也可通过手机等设备，实时获取矿工的身体状况和矿井环境的监测信息，从而实现对矿工工作安全的远程监测与管理。
远程功能测试如下图 5-3 所示：
图 5-3 远程功能测试图
设计说明书部分资料如下
设计摘要：
在矿山开采作业中，井下环境复杂且危险，保障矿工的工作安全至关重要。然而，当前矿下的安全监测系统存在诸多不足，部分仅能监测单一指标，难以全面掌握井下实时状况，像对温度、湿度、空气质量、一氧化碳浓度以及矿工身体状况等多方面综合监测的能力欠缺，且在数据传输展示及定位功能的整合上也不够完善，这使得难以及时、有效地应对各类安全隐患。
本研究基于STM32设计的矿工工作安全监测系统具有重要意义。它集成了mlx90614温度传感器、湿度与空气质量监测模块、MQ-7一氧化碳传感器以及心率血氧传感器等，能全方位监测井下环境与矿工身体指标，并设置阈值实现报警功能。同时利用RFID定位，结合WIFI模块与云平台，可将数据传输至手机APP展示，方便管理人员实时掌握情况，有力保障矿工安全，提升矿下作业的安全性与管理效率。
关键词：矿井工作；单片机；安全监测
字数：12000+
目录：
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 研究内容与方法
1.4 论文章节安排
第2章 系统总体分析
2.1 系统总体框图
2.2系统主控方案选型
2.3温湿度传感器选择
2.4射频识别模块选择
2.5通信模块选择
第3章 系统电路设计
3.1 系统总体电路组成
3.2 主控电路设计
3.3 电源电路设计
3.4 温湿度传感器电路设计
3.5 心率血氧传感器电路设计
3.6 RFID模块电路设计
第4章 系统软件设计
4.1 系统软件介绍
4.2 主程序流程图
4.3按键函数流程设计
4.4显示函数流程设计
4.5处理函数流程图
第5章 实物调试
5.1 整体实物构成
5.2 传感器获取数据测试
5.3 心率血氧获取功能测试
5.4 设置阈值功能测试
第6章 软件调试
6.1 软件介绍
6.2 数据获取功能测试
6.3 远程功能测试
第7章 总结
参考文献
致谢
