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基于STM32和MQ-5传感器实现天然气浓度检测并通过串口显示

news 2026/5/12 10:26:54

一、硬件

1. 电路连接原理图

STM32F103C8T6       MQ-5传感器       USB-TTL模块
-------------------------------
3.3V          →  VCC
GND           →  GND
PA0 (ADC_IN0) →  AOUT
PA9 (USART1_TX) →  RX
PA10 (USART1_RX)→  TX

2. 关键参数配置

参数	值/配置说明
ADC分辨率	12位（0-4095）
采样率	100Hz
串口波特率	115200bps
负载电阻(RL)	2.0kΩ（通过电位器调节）
预热时间	≥20秒

二、软件

1. ADC配置（HAL库）

// 初始化ADC
void MX_ADC1_Init(void) {ADC_HandleTypeDef hadc1;__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();hadc1.Instance = ADC1;hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;sConfig.Rank = 1;sConfig.SMP = ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5;HAL_ADC_Init(&hadc1);HAL_ADC_ConfigChannelAttenuation(&hadc1, ADC_CHANNEL_0, ADC_ATTENUATION_11DB);
}// 读取ADC值
uint16_t Read_ADC(void) {HAL_ADC_Start(&hadc1);while(HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100) != HAL_OK);return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}

2. 串口通信配置

// 串口初始化
void MX_USART1_UART_Init(void) {huart1.Instance = USART1;huart1.Init.BaudRate = 115200;huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX;HAL_UART_Init(&huart1);
}// 发送数据函数
void Send_Data(uint16_t adc_val) {char buffer[32];float voltage = adc_val * 3.3f / 4095.0f;float concentration = 10.0f * pow(voltage / 0.4f, 3.0f); // 校准公式sprintf(buffer, "Gas: %.2f ppm\r\n", concentration);HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)buffer, strlen(buffer), 100);
}

3. 主程序框架

int main(void) {HAL_Init();MX_ADC1_Init();MX_USART1_UART_Init();while(1) {uint16_t adc_val = Read_ADC();Send_Data(adc_val);HAL_Delay(1000); // 每秒采集一次}
}

三、关键校准公式

MQ-5浓度计算公式（需根据实际传感器校准）：

浓度(ppm)=10×(0.4Vout)3

V_out：传感器输出电压（0-3.3V）
0.4V：清洁空气中的基准电压

四、串口助手显示示例

Gas: 25.67 ppm
Gas: 30.12 ppm
Gas: 185.44 ppm  ← 超过安全阈值

五、扩展功能实现

1. 报警功能

#define ALARM_THRESHOLD 100.0fvoid Check_Alarm(float conc) {if(conc > ALARM_THRESHOLD) {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET); // 点亮LEDSend_Data(0xFFFF); // 发送报警标志} else {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);}
}

2. OLED显示（SSD1306）

void Display_OLED(float conc) {OLED_Clear();OLED_ShowString(0,0,"Gas Concentration:");OLED_ShowNum(0,2,conc,1,16); // 显示整数部分OLED_ShowString(0,4,"ppm");
}

六、完整工程结构

├── Core/
│   ├── Inc/
│   │   ├── main.h
│   │   ├── adc.h
│   │   └── usart.h
│   └── Src/
│       ├── main.c
│       ├── adc.c
│       └── usart.c
├── Drivers/
│   ├── CMSIS/
│   └── STM32F1xx_HAL_Driver/
└── Middlewares/└── USB_Device/