编号：

T3112405M

设计简介：

本设计是基于STM32的智能井盖安防与在线监测系统，主要实现以下功能：

1.通过温湿度传感器采集温度
2.通过倾斜角度传感器检测倾斜角度
3.通过水位传感器采集水位高度
4.通过甲烷传感器采集甲烷浓度
5.当倾斜角度大于15度时，温度大于50℃ ，水位高于70通过声光报警器报警
6.通过北斗定位模块定位井盖的位置
7.通过nb-iot模块实现远程监控，当发现异常时能够及时做出提醒，显示经纬度
8.电池供电

电源： 5V
传感器：温湿度传感器（DHT11）、六轴传感器（MPU6050）、充放电模块（HB-001）、水位传感器（HB-023）、甲烷传感器（MQ-4）
显示屏：OLED12864
单片机：STM32F103C8T6
执行器：发光二极管、有源蜂鸣器
人机交互：独立按键
通信模块：NB-IOT模块（BC26）

标签：STM32、OLED12864、DHT11、MPU6050、HB-001、HB-023、MQ-4、发光二极管、有源蜂鸣器、独立按键、BC26

题目扩展：基于NB-IOT的智能路灯、智能井盖系统

1. 基于 STM32 的智能井盖安防与在线监测系统设计与实现

   一、主控部分

   核心：STM32 单片机

2. 功能：获取输入数据、内部处理、控制输出

   二、输入部分

   1. 水位传感器模块：获取井盖周边或井下水位高度
   2. 甲烷传感器模块：检测井下或周边环境甲烷浓度
   3. 温湿度传感器模块：检测井盖周边或井下环境温湿度
   4. GPS 模块：定位井盖的实时位置
   5. 倾斜角度传感器模块：检测井盖的倾斜角度
   6. 独立按键：通过按键切换界面、设置参数阈值
   7. 供电电路：为整个智能井盖安防与在线监测系统供电

   三、输出部分

   1. OLED 显示模块：显示环境温湿度、甲烷浓度、水位高度、井盖位置信息及参数阈值设置界面（原文提及的 “二氧化碳浓度、氧气浓度” 未在输入模块体现，此处以实际输入的甲烷浓度、水位高度等参数为准）
   2. 声光报警模块（蜂鸣器）：当井盖倾斜角度大于 15 度、环境温度大于 50℃或水位高于 70（单位根据实际场景补充，如 cm）时，触发声光报警
   3. NB-IOT 模块：实现远程监控功能，当系统检测到异常时及时发送提醒，并上传井盖的经纬度位置信息

第 5 章 实物调试

5.1 整体实物构成

该设计主要硬件包括主控芯片、锂电池、电源接口、声光报警模块、温湿度传感器、水位传感器、气体传感器、NB - IoT 模块、GPS 模块等 。焊接流程上，先对焊接点进行清洁处理，确保无杂质和氧化层，使用合适的焊锡丝和电烙铁，先焊接较小且不易移动的元件，比如电阻、电容等，再焊接较大的芯片、模块等，焊接过程中要保证焊点圆润、无虚焊。注意事项方面，焊接前需仔细核对元件的型号、规格和极性，防止错焊；电烙铁温度要合适，过高容易损坏元件，过低则焊接不牢固；操作过程中要注意防静电，可佩戴防静电手环，避免静电对芯片等敏感元件造成损害；焊接完成后要仔细检查焊点和元件安装情况，防止出现短路、断路等问题。整体实物如图 5-1 所示：

图 5-1 整体实物图

5.2 阈值设置功能测试

该设计中的阈值设置功能是通过按键操作实现的人机交互功能，可对温度、水位、角度等关键参数的阈值进行灵活调整。当获取的键值为 1 时，系统能够切换显示界面，方便用户对不同参数阈值进行操作；当键值为 2 时，在不同界面下，分别对应增加温度、水位、角度的阈值；键值为 3 时，则在相应界面下对对应阈值进行减少操作 。这一功能让用户可以根据实际应用场景和需求，自定义各参数的报警阈值，使得智能井盖安防与在线监测系统能更好地适配不同的环境条件，及时且精准地触发报警，有效提升系统的灵活性和实用性。阈值设置测试图如下图 5-2 所示。

图 5-2 阈值设置测试图

5.3 倾斜报警功能测试

该倾斜角度报警功能，能够实时监测设备的放置状态。内部集成有角度传感器，可实时感知设备倾斜角度。当检测到设备的倾斜角度超过预先设定的阈值时，便会启动声光报警机制。此时，有源蜂鸣器会发出特定频率或节奏的提示音，同时显示屏周边的灯光会闪烁，以引起使用者的注意。避免因设备倾倒、移位等情况影响正常工作。倾斜报警功能测试如下图 5-3 所示：

图 5-3 倾斜报警功能测试图

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。软件界面如图 5-1 所示：

图 5-1 软件界面图

6.2 阈值设置功能测试

该设计中，阈值设置功能通过按键操作实现人机交互，支持灵活调整温度、水位、角度等关键参数的阈值。具体操作逻辑为：识别到键值 1 时，系统切换显示界面，方便用户操作不同参数阈值；键值 2 对应各界面下的阈值增加（分别针对温度、水位、角度）；键值 3 则实现相应界面下对应阈值的减少。这一功能允许用户根据实际场景需求，自定义各参数的报警阈值，使智能井盖安防与在线监测系统能更好地适应不同环境条件，确保报警触发及时精准，从而提升系统的灵活性和实用性。阈值设置测试图如下图 5-2 所示。

图 5-2 阈值设置测试图

6.3 报警功能测试

该系统持续监测倾斜角度、温度和水位数据，当检测到倾斜角度大于 15 度、温度超过 50℃且水位高于 70 这三个条件同时满足时，会自动触发声光报警功能，通过声音和灯光的双重提示，及时向相关人员传递异常信息，以便快速响应和处理，确保系统运行的安全性和稳定性。倾斜报警功能测试如下图 5-3 所示：

图 5-3 报警功能测试图

设计说明书部分资料如下