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基于arduino uno r3主控的环境监测系统设计-2

java 2025/7/26 23:51:41

Arduino环境监测系统分析与设计

系统分析概述

基于Arduino Uno R3的环境监测系统，集成了多种传感器和模块，可实时采集、显示并记录空气质量数据。

代码功能结构分析

详细代码功能注释

#include <Wire.h>          // I2C通信库
#include <LiquidCrystal_I2C.h> // I2C LCD库
#include <SoftwareSerial.h>   // 软串口库
#include <SdFat.h>            // SD卡库
#include "RTClib.h"            // RTC库// 引脚定义
#define TVOC_RX 2      // TVOC传感器RX
#define TVOC_TX 3      // TVOC传感器TX
#define SD_CS_PIN 10   // SD卡片选
#define ENC_CLK 5      // 编码器CLK
#define ENC_DT 6       // 编码器DT
#define ENC_SW 7       // 编码器按钮
#define RECORD_BTN 4   // 记录按钮
#define LED_BUILTIN 8  // LED指示灯// 创建对象
SoftwareSerial tvocSerial(TVOC_RX, TVOC_TX); // TVOC传感器软串口
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);  // I2C LCD对象
SdFat SD;              // SD卡对象
RTC_DS1307 rtc;        // RTC对象// 数据结构
struct SensorData {uint16_t tvoc = 0;   // TVOC值uint16_t hcho = 0;    // 甲醛值uint16_t eco2 = 0;    // CO2值bool valid = false;   // 数据有效标志
} currentData;          // 当前传感器数据struct LastRecord {uint16_t tvoc;        // 最后记录的TVOCuint16_t hcho;        // 最后记录的甲醛uint16_t eco2;        // 最后记录的CO2char time[9];         // 记录时间(HH:MM:SS)uint32_t unixTime;    // UNIX时间戳
} lastRecord = {0, 0, 0, "--:--:--", 0}; // 初始化最后记录

核心功能设计

硬件状态管理设计

用户交互设计

系统思维导图

### 环境监测系统
├─ 传感器采集
│  ├─ TVOC传感器(软串口)
│  ├─ 数据帧解析(9字节)
│  ├─ 校验和验证
│  └─ 数据结构化存储
│
├─ 数据存储
│  ├─ SD卡管理
│  │  ├─ 物理状态检测
│  │  ├─ 功能状态验证
│  │  └─ 自动恢复机制
│  └─ 文件操作
│     ├─ CSV格式数据记录
│     ├─ 文件头创建
│     └─ 最后记录缓存
│
├─ 用户界面
│  ├─ LCD显示控制
│  │  ├─ 3屏信息展示
│  │  ├─ 自定义字符(SD图标)
│  │  └─ 实时刷新(500ms)
│  └─ 用户输入
│     ├─ 旋转编码器操作
│     │  ├─ 旋转检测
│     │  ├─ 短按(切换屏幕)
│     │  └─ 长按(时间设置)
│     └─ 记录按钮
│        └─ 记录状态切换
│
├─ 时间管理
│  ├─ RTC初始化
│  ├─ 时间设置模式
│  ├─ 年月日时分秒调节
│  └─ 智能边界控制(闰年/每月天数)
│
└─ 系统诊断├─ LED状态指示├─ 串口调试输出└─ 硬件状态监控(5秒间隔)

设计改进建议

关键函数说明

**initSDCard()**
- 功能：初始化SD卡并验证功能状态
- 流程：尝试最多3次初始化 → 验证读写功能 → 确保数据文件存在
**checkSDStatus()**
- 功能：监测SD卡状态变化
- 特性：双状态检测（物理/功能）→ 自动恢复机制 → 状态变化时刷新显示
**logSensorData()**
- 功能：记录传感器数据到SD卡
- 格式：UNIX时间戳，日期时间，TVOC，HCHO，CO2值
- 错误处理：失败时标记SD卡为功能异常
**adjustTimeValue()**
- 功能：调整时间设置值
- 智能处理：月份天数自动调整（含闰年判断）→ 时间范围约束
**updateDisplay()**
- 功能：更新LCD显示内容
- 三屏布局：
  - 屏幕0：实时TVOC和甲醛值
  - 屏幕1：CO2值与日期时间
  - 屏幕2：最后记录的数据和系统状态