野外勘测作业安全系统设计（有完整资料）-程序员充电站

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编号：

T1672310M

设计简介：

本设计是野外勘测作业安全系统设计，主要实现以下功能：

通过心率血氧传感器检测心率，血氧
通过PH传感器检测PH值
通过TDS传感器检测TDS值
通过GPS模块获取经纬度值
通过紫外线传感器检测紫外线强度
通过短信模块发送报警短
通过语音播报模块播报异常情况
通过oled显示采集到的数据，以及经纬度信息
通过按键控制是否发送短信报警，以及手动发短信报警
通过WiFi模块连接手机app，实现远程监控

电源： 5V
传感器：心率血氧传感器（MAX30102）、PH传感器（ph0-14 pH）、TDS传感器（TDS）、GPS模块（NEO-7M）、紫外线传感器（keyes GUVA-S12SD 3528）
显示屏：OLED12864
单片机：STM32F103C8T6
执行器：语音播报模块（DY-SV17F）
人机交互：独立按键，GSM模块（SIM900A），WiFi模块（ESP8266）

标签：STM32、OLED12864、MAX30102 、ph0-14 pH、TDS、NEO-7M、keyes GUVA-S12SD 3528、DY-SV17F 、SIM900A、ESP8266

题目扩展：基于物联网的野外安全系统设计、基于单片机的野外勘探安全系统设计、基于STM32的野外安全系统设计

基于单片机的野外勘测作业安全系统设计可以分为三个主要部分：中控部分、输入部分和输出部分。下面分别对这三部分进行概述：

中控部分概述：

中控部分以STM32F103C8T6单片机为核心，负责整个系统的数据处理与控制。它接收来自输入部分的各类传感器数据，包括GPS定位信息、心率数据、水质参数（PH值、TDS值）、紫外线强度等，并通过内部算法对这些数据进行处理和分析。根据处理结果，中控部分会控制输出部分执行相应的操作，如显示信息、发出语音警报、发送短信报警等。

输入部分概述：

GPS模块：用于获取作业人员的精确位置信息。
心率模块：通过心率血氧传感器检测作业人员的心率情况。
水质检测模块：包含PH传感器和TDS传感器，用于检测水源的酸碱度和溶解性固体总量。
紫外线传感器：检测环境中的紫外线强度。
独立按键：用于手动控制报警和进行水质检测等操作。
供电电路：为整个系统提供稳定的电源供应。

输出部分概述：

OLED屏显示模块：用于显示各类传感器数据、位置信息及系统状态等。
语音模块：根据检测到的数据情况，发出相应的语音警报，如紫外线过强、水质不合格、心率异常等。
GSM模块：在检测到异常情况时，自动或手动向指挥部和同行者发送位置信息和求救短信。
WIFI模块：将获取的数据信息同步至手机APP，并可实现远程监控和警报发送功能。

5 实物调试

5.1 电路焊接总图

首先将电路焊接在集成板上，共有以下部分，第一部分是电源模块，将电源插座、电源开关、10k电阻和一个指示灯依次焊接，焊接好之后插入电源，指示灯点亮，电源模块测试正常。第二部分是显示模块，排针焊接好后，将OLED12864显示屏插入排针。第三部分是单片机模块，本次课题使用的是STM32F103C8T6单片机。第四部分是独立按键模块。第五部分为GPS定位模块，第六部分为心率血氧传感器，第七部分是4G通信发送模块，第八部分为TDS电导率传感器。第九部分为DY-37F语音播报模块。第十部分为PH值模块。下图5-1为焊接完整实物图：

图5-1电路焊接总图

5.2 Air724UG模块联网

在上电之前，先给模块接入信号线，再插进去一个可以正常使用的手机卡，这里使用的是移动的手机卡，然后给电路板通电，等Air724UG模块上蓝色指示灯慢闪之后，按一下单片机最小系统上面的复位按键，当Air724UG模块上蓝色指示灯快闪之后，就说明模块已经连上网了，这个时候就可以在手机云智能APP上远程监控了。如图5-2所示，

图5-2 4G连接阿里云图

5.3 心率血氧检测实物测试

如图5-3所示，下面是我们测得的心率血氧值。

图5-3心率血氧测试实物图

5.4 水质检测实物测试

如图5-4所示，按下S2，如果等于零的话，它会播报水质合格，如果超过阈值的话，它会播报阈值过高。再按一下就是关闭水质检测。还有我们的PH值，他们的PH值浓度过低或者过高的话。如果小于阈值的话它会播报过低，如果大于阈值的话，它会播报过高。

图5-4水质检测实物图

5.4 短信发送实物测试

如图5-4所示，按下第一个按键，发送短信报警。

图5-4短信发送实物图

6 仿真调试

6.1仿真总体设计

如图5-5所示，仿真部分包含STM32F103C8T6最小系统板、OLED12864显示屏、模拟紫外线、心率、血氧、PH、TDS的电位器、独立按键、模拟短信、语音模块、WIFI的模拟串口。

图5-5 心率及跌倒监测系统仿真图

6.2水质检测实物测试

如图5-6所示，按下S2，如果等于零的话，它会播报水质合格，如果超过阈值的话，它会播报阈值过高。再按一下就是关闭水质检测。还有我们的PH值，他们的PH值浓度过低或者过高的话。如果小于阈值的话它会播报过低，如果大于阈值的话，它会播报过高。

图5-7 水质检测仿真图

6.3短信测试

如图5-8所示，心按下第一个按键，发送短信报警。

图5-8短信测试仿真图

设计说明书部分资料如下

设计摘要：

本设计以STM32F103C8T6单片机为核心控制器，构建了一个基于单片机的野外勘测作业安全系统。该系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32F103C8T6单片机，负责获取输入数据并进行处理，进而控制输出部分。

输入部分包括GPS模块、心率模块、水质检测模块、紫外线传感器、PH传感器、独立按键和供电电路。这些模块分别用于获取地理位置、心率、水质、紫外线强度、PH值等数据，并通过独立按键进行操作和控制。

输出部分由OLED屏显示模块、语音模块、GSM模块和WIFI模块组成。输入部分检测到的数据通过显示函数在OLED屏上显示，按键用于开关报警和进行水质检测。当紫外线强度超过安全值（125 mW/m²）时，系统会发出语音提示“紫外线过强”；若在安全范围内，则提示“紫外线正常”。水质检测中，若PH值不在6.5-8.5范围内，系统会发出语音提示“某项过高”；若所有指标合格，则提示“水质合格”。心率检测范围为60-160次/分钟，若超出此范围，系统会询问是否解除警报，五秒内无应答则自动向指挥部和同行者发送位置信息和求救短信。按下按钮可手动发送位置信息和求救短信，同时WIFI模块将数据同步至手机并发送警报。供电电路为整个系统提供电力支持。

本系统通过集成多种传感器和通信模块，实现了对野外勘测作业人员的安全监控和紧急救援功能，提高了作业的安全性和效率。

关键词: STM32F103C8T6, 野外勘测, 安全系统, 传感器, 通信模块