【计算机单片机毕业设计指导（内含开题报告参考）】基于STM32的GSM家居火灾监测系统设计 4. 基于51单片机的烟雾温度短信报警设计（034107）

最新推荐文章于 2026-11-10 09:32:37 发布

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本文设计了一种基于STM32F103C8T6的家居火灾监测系统，集成MQ-2烟雾传感器与DS18B20温度传感器，实现双参数实时采集；通过OLED显示、声光报警、继电器驱动风扇联动处置；支持按键本地设阈值，并利用SIM800C模块经GSM网络发送含具体数值（如“温度：xxx 烟雾：xxx”）的短信至用户手机。系统不依赖宽带与智能手机，适用于无人值守场景。

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项目研究背景

烟雾超标与温度异常是家庭火灾事故的前兆，及时发现并准确掌握异常数值，是避免事故扩大的关键。随着嵌入式技术与移动通信技术的普及，以 STM32 为核心的环境监测终端结合 GSM 短信通道，可将现场参数直接推送到用户手机，已成为无人值守环境监控的重要方式。然而，传统家用报警装置大多智能化不足：不少产品仅提供"有异常"的笼统提示，用户收到报警后仍无法判断现场具体情况，处置缺乏依据；部分产品检测手段单一，只测烟雾不测温度，遗漏取暖设备过热等非烟类隐患；报警阈值固定不可调，难以适配不同季节与不同场所；检测与处置脱节，异常发生后缺乏通风降温等自动干预手段，数据处理能力弱。GSM 网络覆盖广、可靠性高、不依赖现场宽带，短信可直达任何手机，是传递具体参数数值的理想通道。因此，研制一套基于 STM32 与 GSM 的家居环境监测系统，实现烟雾、温度双参数检测、阈值可调、声光报警、风扇联动，并在异常时将具体数值以短信形式推送用户，对提升无人值守环境监控的针对性与有效性具有现实必要性。

摘要

针对传统报警装置只提示异常、不传递具体数值的问题，本文设计了一种基于 STM32 单片机与 GSM 短信的家居环境监测系统。系统以 STM32F103C8T6 为核心，通过 MQ-2 烟雾传感器与 DS18B20 温度传感器实时采集环境数据，在 OLED 屏上显示；用户可通过按键设置烟雾、温度报警阈值；数据异常时系统声光报警、屏幕数据闪烁，并自动打开风扇通风排险；同时 SIM800C 模块将现场具体数值经 GSM 网络以短信发送至用户手机，温度异常或烟雾异常时均发送"温度：xxx 烟雾：xxx"格式的提示信息，使用户远程即可掌握现场状况。该系统为无人值守场所的环境监控提供了低成本、高可靠的技术方案。

总体方案

本系统采用"感知—判断—处置—通知"的硬件架构，各硬件设备选型与作用如下：

STM32F103C8T6 主控芯片：系统核心，负责烟雾与温度数据采集、阈值判断、OLED 显示驱动、声光报警与风扇联动控制，以及 GSM 短信内容组织与发送控制。该芯片基于 ARM Cortex-M3 内核，主频 72MHz，具备 64KB Flash 与 20KB SRAM，GPIO、ADC、UART、I2C 等外设资源丰富，性价比高、生态成熟。
MQ-2 烟雾传感器：基于气敏电阻原理，对烟雾及多种可燃气体敏感，用于实时感知环境烟雾浓度。
DS18B20 温度传感器：单总线数字输出，测温范围 -55~125℃，抗干扰能力强，用于实时采集环境温度。
0.96 寸 OLED 显示屏：I2C 接口、SSD1306 驱动，低功耗高对比度，实时显示烟雾、温度数值与系统状态，报警时对应数据闪烁提示。
蜂鸣器与 LED：构成声光报警单元，数据越限时蜂鸣器鸣响、LED 闪烁，现场警示在场人员。
继电器与 5V 风扇：报警时继电器吸合驱动风扇运转，及时排出烟雾、降低温度，实现异常情况的自动处置。
SIM800C GSM 模块：通过 UART 接收 STM32 的 AT 指令，将包含具体温度、烟雾数值的报警短信经 GSM 网络发送至用户手机，是系统远程通知的关键部件，不依赖宽带网络。
按键：用于本地设置烟雾、温度报警阈值及系统功能切换，适应无手机或不便远程操作的场景。

整体架构逻辑为：MQ-2 与 DS18B20 将环境数据送入 STM32，STM32 完成阈值判断后驱动 OLED 显示、声光报警与风扇；确认异常后，将当前温度与烟雾数值组织为短信内容，经 SIM800C 发送至预设手机号，形成"本地处置 + 数值化远程告知"的完整闭环。

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核心功能

基础功能——烟雾与温度实时检测：MQ-2 持续监测烟雾浓度，DS18B20 持续采集环境温度，STM32 处理后实时显示于 OLED 屏。适用于家庭厨房、客厅、仓库等区域的日常环境监测，为异常判断提供数据基础。
基础功能——OLED 数据显示：OLED 屏循环显示烟雾浓度与温度数值，用户本地抬眼即可掌握环境状况。
辅助功能——按键设置阈值：用户可通过按键分别调整烟雾、温度报警阈值，满足不同场所、不同季节的个性化需求，操作直观、无需依赖手机。
核心功能——数据异常声光报警与屏幕闪烁：任一数据超过阈值时，蜂鸣器鸣响、LED 闪烁，OLED 上对应数据同步闪烁，帮助用户快速定位异常参数类型，及时排查隐患。
核心功能——风扇联动排险：温度高或烟雾高报警时，STM32 驱动继电器使风扇自动运转，强制通风、降低烟雾浓度与环境温度，将"发现异常"与"自动处置"衔接起来，避免险情扩大。
核心功能——短信推送具体数值：温度异常或烟雾异常时，SIM800C 模块向预设手机号发送"温度：xxx 烟雾：xxx"格式的短信，将现场具体数值远程送达用户。与只提示"有异常"的报警方式相比，数值化短信使用户无需到场即可判断异常程度、决定处置措施，是本系统的核心亮点，特别适用于无人值守的仓库、机房、商铺及独居老人居所。
辅助功能——报警状态本地管理：用户可通过按键查看与调整系统参数，保证在无网络或手机不在身边时系统仍可正常使用。

技术路线

编程语言：采用 C 语言完成 STM32 嵌入式程序开发，配合标准外设库实现 GPIO、ADC、单总线、UART、I2C 等外设控制。
开发环境：使用 Keil uVision5（MDK）进行代码编写、编译与在线调试。
开发工具：采用 ST-Link 仿真下载器烧录程序；使用串口助手监视 STM32 与 SIM800C 之间的 AT 指令交互，辅助定位通信故障。
通信协议与指令体系：STM32 与 SIM800C 之间采用 UART 串口通信，遵循 GSM 07.07 标准的 AT 指令集完成短信模式设置与发送；DS18B20 采用单总线协议，OLED 采用 I2C 总线。
电路设计软件：采用 Altium Designer 或立创 EDA 完成原理图与 PCB 设计。
测试工具：使用万用表、示波器测量电源与信号波形，利用模拟烟雾与热源完成报警、联动及短信功能的整机测试。

开题报告

一、选题依据

（一）研究背景

家庭与小型场所中的火灾事故，大多经历"烟雾缓慢积聚—温度持续升高—明火出现"的发展过程，早期发现烟雾与温度异常并掌握其具体变化，是避免事故扩大的关键窗口。现实情况是，大量火情发生时现场无人值守：上班族白日无人在家、夜间商铺歇业、仓库与机房长期无人，异常发现与信息传递存在双重延迟。传统家用报警器只能现场鸣笛，且多数产品报警信息笼统，仅告知"有异常"，用户即使获知报警也无法判断现场严重程度，处置决策缺乏依据。与此同时，短信作为一种覆盖广、到达率高、终端普适的通信方式，可将文字信息直接送达任意手机，尤其适合承载"温度：xxx 烟雾：xxx"这类具体参数内容。随着 STM32 单片机与 SIM800C 等 GSM 模组的普及，将多参数传感器采集与短信数值上报结合，构建低成本、免宽带的环境监控终端已具备成熟条件。基于此，本课题拟设计一套基于 STM32 与 GSM 的家居环境监测系统，实现烟雾、温度双参数检测、阈值本地可调、声光报警、风扇自动排险，并在异常时将具体数值经短信推送用户，使远程报警从"告知有异常"升级为"告知异常到什么程度"，对提升无人值守场所环境监控的针对性具有重要意义。

（二）研究的意义

本课题的意义体现在三个层面。其一，提升远程报警的信息价值。传统短信报警多只发送固定提示语，本课题将现场温度、烟雾具体数值写入短信内容，用户在异地即可判断异常程度、决定处置优先级，显著增强了报警信息的可用性。其二，完善无人值守环境的监控链路。系统将"多参数采集—阈值判断—本地处置—数值化短信上报"整合于单一 STM32 平台，不依赖宽带与智能手机，适合无网络条件的仓库、机房、农村住宅等场所，拓宽了远程监控的应用范围。其三，锻炼嵌入式系统的综合设计能力。课题覆盖传感器标定、单总线与 ADC 采集、继电器联动、GSM AT 指令编程及短信内容组织等完整技术链条，涉及单片机原理、传感器技术、数字与模拟电路、移动通信等多门课程知识的综合运用，有助于提升毕业设计者的工程实践水平。此外，系统结构简单、成本低廉，便于推广，对保障居民与小型场所的财产安全具有现实价值。

（三）国内外研究现状

国外较早开展基于 GSM 的环境数据远程上报研究，早期多应用于野外气象站、水文监测点等无宽带地区，通过短信回传采集数值；随着 GSM 模组成本下降，逐渐扩展到无人值守机房、电力设施的告警信息上报，研究重点包括短信传输可靠性、字符编码处理与低功耗待机。国内方面，GSM 短信通道在安防与环境监控领域的应用研究较为活跃。赵欣璞等设计的基于 GSM 的家庭智能系统，验证了短信通道在智能家居远程信息传递中的可行性[3]；汪肖杰等基于 STM32 的智能安防报警系统实现了警情采集与远程报警联动[1]；黄斌等围绕智能家居系统给出了感知与报警的总体方案[4]；程晶晶等以 AT89C52 构建的家居安防系统展示了单片机报警装置的完整设计流程[5]；张伟等的家用环境调控系统体现了 STM32 平台在多参数联动控制上的灵活性[6]；丁伟杰等针对智能火灾报警系统的研究强调了报警信息及时、准确传达的重要性[2]。已有成果多侧重"是否异常"的二值报警，或将数值信息交由云平台、智能终端承载；将烟雾、温度具体数值直接编入短信内容，在无宽带、无智能手机的纯短信通道上实现数值化远程报警，兼顾本地风扇联动处置的研究仍相对有限。如何组织 AT 指令流程、将传感器数值稳定准确地嵌入短信文本并保证送达，正是本课题拟深入探讨的内容。

（四）参考文献

[1] 汪肖杰, 骆岩红. 基于STM32的智能安防报警系统设计[J]. 科技创新与应用, 2024(6): 49-52.
[2] 丁伟杰, 刘昱廷, 李建英, 等. 基于窄带物联网技术的智能火灾报警系统设计[J]. 电工技术, 2023(18): 19-21.
[3] 赵欣璞, 孙晓延. 基于GSM的家庭智能盥洗室的设计与实现[J]. 电子设计工程, 2023, 31(13): 151-155.
[4] 黄斌, 张栗. 基于单片机智能家居系统设计[J]. 江苏科技信息, 2023, 40(7): 77-80.
[5] 程晶晶, 周明龙. 基于AT89C52单片机的智能家居安防系统设计[J]. 太原学院学报(自然科学版), 2023, 41(2): 71-77.
[6] 张伟, 柯志勇. 基于STM32单片机的家用环境调控系统设计[J]. 漳州职业技术学院学报, 2023, 25(2): 66-73.
[7] 谭浩强. C程序设计（第五版）[M]. 北京: 清华大学出版社, 2017.
[8] 刘火良, 杨森. STM32库开发实战指南——基于STM32F103[M]. 北京: 机械工业出版社, 2013.
[9] 童诗白, 华成英. 模拟电子技术基础（第五版）[M]. 北京: 高等教育出版社, 2015.

二、设计或研究内容、预期目标及拟解决的关键问题

（一）研究内容

本课题围绕"采集—判断—处置—通知"四大环节展开，按功能模块分述如下：

环境感知模块：以 MQ-2 烟雾传感器与 DS18B20 温度传感器为核心，研究烟雾浓度的 ADC 采样、标定与滤波方法，以及温度数据的单总线读取时序，完成原始数据的换算与稳定化处理。
阈值设置与报警判断模块：设计按键设阈值的菜单交互流程，研究阈值参数的存储与掉电保持，实现烟雾、温度双参数的越限判断与报警状态管理。
报警与联动处置模块：设计声光报警电路与继电器驱动风扇电路，实现异常时的蜂鸣器鸣响、LED 闪烁、OLED 数据闪烁与风扇自动启动，形成完整的现场处置逻辑。
GSM 数值短信上报模块：研究 SIM800C 的 AT 指令流程，将当前温度、烟雾数值按"温度：xxx 烟雾：xxx"格式组织为短信内容，实现温度异常、烟雾异常两种情形下的短信自动发送，并进行送达可靠性测试。

（二）预期目标

完成一套基于 STM32 与 GSM 的家居环境监测系统样机，实现：烟雾、温度数据实时采集与 OLED 显示；按键设置双参数阈值；数据异常时声光报警、屏幕闪烁并自动打开风扇；异常时向预设手机发送包含具体数值的短信；整机运行稳定、误报率低。在此基础上完成毕业论文并通过演示答辩。

（三）拟解决的关键问题

MQ-2 输出特性的非线性标定与抗干扰滤波，保证烟雾数值可信；
DS18B20 单总线时序的精确软件实现，确保复杂环境下温度读取稳定；
短信内容的动态组织，包括数值到字符串的转换、格式拼接与超长内容的处理；
SIM800C 短信发送的可靠性设计，包括网络注册判断、发送状态确认与失败重发机制；
多模块协同的时序调度，保证采集、显示、报警、风扇与短信发送互不阻塞。

三、研究方案

（一）技术路线

课题按照"需求分析—方案论证—硬件设计—软件开发—整机联调—测试优化"的路线推进。首先调研无人值守环境监控需求，确定"双参数采集—阈值判断—本地处置—短信数值上报"总体方案；随后完成器件选型与电路设计，搭建硬件平台；基于 Keil uVision5 开发传感器、显示、报警、风扇等模块驱动；再完成 SIM800C 的 AT 指令流程设计与短信内容组织调试；最后通过模拟烟雾与热源进行整机功能与送达可靠性测试，依据结果优化参数，完成论文撰写。

（二）关键技术

多传感器数据采集技术：MQ-2 的 ADC 采样与标定、DS18B20 的单总线时序编程，构成系统的数据基础。
GSM AT 指令与短信编程技术：基于 UART 串口，按照"注册网络—设置文本模式—写入号码与内容—发送并确认"流程组织 AT 指令，实现数值短信的稳定发送。
数值到短信内容的转换技术：设计整数到小数字符串的转换与格式化拼接方法，保证短信内容准确易读。
联动控制技术：基于阈值判断的报警逻辑与继电器驱动，实现风扇的自动排险控制。
系统集成与抗干扰技术：合理分配电源与地线，优化器件布局，保证风扇负载工作与短信发送时整机稳定。

四、设计或研究计划进度

序号	日期	工作任务
1	2026-03 上旬	文献调研、方案论证、完成开题报告
2	2026-03 下旬~04 上旬	器件选型与电路设计，绘制原理图
3	2026-04 中旬	搭建最小系统，编写各模块驱动程序
4	2026-04 下旬~05 上旬	GSM 短信流程调试与数值内容组织
5	2026-05 中下旬	整机联调与送达可靠性测试，性能优化
6	2026-06 上旬	撰写毕业论文，准备答辩

五、设计(论文)的预期成果与特色或创新之处

（一）预期成果

完成一套基于 STM32 与 GSM 的家居环境监测系统样机，具备烟雾温度检测、按键设阈值、声光报警、风扇联动与数值化短信报警功能；
完成系统原理图、PCB 图与源程序代码；
完成符合本科要求的毕业论文并通过答辩。

（二）特色或创新之处

报警短信直接携带现场温度、烟雾具体数值，将远程报警从"告知异常"升级为"告知异常程度"，信息价值高；
采用 GSM 短信通道，无需宽带与智能手机，适配无网络条件的无人值守场所与老年用户；
多参数检测、本地风扇联动处置与数值短信上报一体化集成于低成本 STM32 平台，实用性与推广性强。

项目演示

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关于我们

博主本身从事开发软件开发和硬件开发、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。