项目说明

购买本篇文章之后，在文章末尾可以看到百度网盘的地址，可以从网盘下载本项目对应的资料包。

资料主要包含项目完整的全部源码、完整设计文档、原理图、用到的软件工具。

拿到资料包之后可以轻松复制出一个一模一样的项目出来。只需要按照设计文档买好硬件，按照文档里写的接线说明接好线，然后编译代码下载进去，项目就完成开发了。

有技术支持，项目开发过程中遇到技术问题，可以随时问。

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那可以先看这个博客的介绍：

https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/142869083

下面是本项目资源包内包含的内容。

一、前言

1.1 项目介绍

【1】开发背景

在当前快速发展的工业背景下，矿山开采作为重要的资源获取方式之一，其安全性和环境保护问题越来越受到社会的关注。矿山环境的恶劣条件，包括高温、高湿、有毒有害气体的积聚以及粉尘污染等，不仅严重影响了矿工的身体健康，还存在着巨大的安全隐患，可能导致严重的事故。因此，构建一个能够实时监测矿山环境变化，并能迅速响应异常情况的智能监测系统，对于提升矿山作业的安全水平和效率具有重要意义。

基于上述需求，本项目提出了一种基于STM32F103RCT6单片机的矿山环境监测系统设计方案。该系统通过集成多种环境监测传感器，如SHT30温湿度传感器、MQ5气体传感器以及PM2.5颗粒物传感器等，实现对矿山内温度、湿度、瓦斯浓度及空气颗粒物浓度等关键环境参数的全面监测。同时，系统具备智能化的预警机制，当检测到的任何一项指标超出预设的安全范围时，能够立即通过蜂鸣器报警或启动相应的控制装置（例如通风风扇和雾化降尘设备），从而有效预防潜在的安全风险。

为了提高系统的可操作性和实用性，本项目还特别设计了一个人机交互友好的OLED显示屏，用于直观地展示各项环境数据，便于现场工作人员随时了解矿山环境状况。此外，通过集成BC26 NBIOT模块，系统能够将收集到的数据实时上传至华为云物联网平台，支持远程访问和管理。这意味着管理者可以通过Android手机APP或Windows电脑客户端远程监控矿山环境状态，甚至直接控制特定设备的工作状态，大大增强了系统的灵活性和响应速度。

采用了5V 2A的外部稳压电源为整个系统供电，保证了足够的电力供应；所有控制输出均通过继电器模块实现，既保证了电气隔离，又提升了控制的可靠性和安全性。综上所述，本项目不仅满足了矿山环境监测的实际需要，也为进一步提高矿山安全生产管理水平提供了有力的技术支撑。

【2】研究的意义

矿山环境监测系统的研究与开发具有深远的社会意义和经济价值。从安全角度来看，矿山作业环境复杂多变，存在诸多潜在的安全隐患，尤其是瓦斯爆炸、粉尘超标等问题，一旦发生事故，后果不堪设想。本项目通过引入先进的传感技术和自动化控制策略，能够实现对矿山环境参数的实时监测与预警，及时发现并处理安全隐患，有效预防事故发生，保障矿工的生命安全和身体健康，这对于促进矿山行业的安全生产具有重要作用。

从环境保护的角度出发，矿山开采过程中产生的大量粉尘不仅对周围环境造成污染，还可能影响到矿区周边居民的生活质量。项目中采用的PM2.5传感器可以精确测量空气中颗粒物的浓度，并通过雾化降尘系统自动启动来减少粉尘污染，这不仅有助于改善矿山的作业环境，也有利于保护矿区生态，体现了可持续发展的理念。此外，通过对温度、湿度等环境因素的持续监控，还可以帮助优化矿山的通风系统设计，降低能耗，提高资源利用效率。

经济层面上，本项目的实施可以显著提高矿山企业的运营效率和管理水平。一方面，实时监测系统提供的准确数据支持了科学决策，使得企业在面对突发情况时能够迅速做出反应，减少了因环境因素导致的停工损失。另一方面，远程监控与管理功能的实现，使得管理者无需亲临现场即可掌握矿山环境的第一手资料，简化了管理流程，降低了人力成本。长远来看，这种智能化、信息化的管理模式将为企业带来更大的经济效益和社会效益，推动整个行业向更加安全、环保、高效的方向发展。综上所述，本项目的研究不仅解决了实际问题，还促进了技术进步，对推动我国矿山行业现代化建设具有重要的意义。

【3】最终实现需求

本项目最终实现了一个基于STM32F103RCT6单片机的矿山环境监测系统，该系统能够全面、精准地监测矿山内的环境参数，包括温度、湿度、瓦斯浓度以及PM2.5颗粒物浓度。通过集成SHT30温湿度传感器、MQ5气体传感器和PM2.5颗粒物传感器，系统能够实时采集这些关键环境数据，并通过内置算法进行分析处理。当监测到的任一环境参数超出预设的安全阈值时，系统会自动触发相应的警报或控制措施，如启动蜂鸣器发出警报信号、控制继电器启动通风风扇以稀释瓦斯浓度，激活雾化喷淋系统以降低空气中的粉尘含量，确保矿山环境的安全性。

为了提供直观的人机交互体验，系统配备了一块0.96英寸的SPI接口OLED显示屏，能够清晰显示由各传感器采集到的实时环境数据，方便现场工作人员随时查看。此外，通过集成BC26 NBIOT模块，系统支持将采集到的数据通过MQTT协议上传至华为云物联网平台，实现了数据的远程传输与存储。这样，无论是通过Android手机APP还是Windows电脑客户端，用户都能够远程访问这些数据，实时监控矿山环境状态，并根据需要远程控制风扇和雾化降尘设备的开关状态，极大地提高了系统的实用性和便利性。

系统设计中充分考虑了稳定性和可靠性，采用5V 2A的外部稳压电源为整个系统供电，确保了电力供应的充足与稳定。风扇和雾化降尘设备均使用5V电源并通过继电器模块实现开关控制，不仅保证了电气隔离，还提高了控制的可靠性和安全性。整个系统的设计既符合矿山环境的特殊要求，又具备高度的智能化和自动化特点，能够有效地支持矿山的安全管理和环境保护工作，为矿山行业的可持续发展提供了强有力的技术支持。

【4】项目硬件模块组成

（1）主控单元

• • STM32F103RCT6单片机：作为整个系统的“大脑”，负责接收来自各传感器的数据，处理数据并根据预设的逻辑控制其他外围设备。同时，它还承担着与NBIOT模块通信的任务，将处理后的数据上传至华为云物联网平台。

（2）数据采集模块

• • SHT30温湿度传感器：用于实时监测矿山环境中的温度和湿度，提供准确的温湿度数据。

• • MQ5气体传感器：专门用于检测瓦斯气体浓度，是保障矿山安全的重要组件。

• • PM2.5颗粒物传感器：监测空气中细小颗粒物的浓度，对于评估空气质量及采取相应的降尘措施至关重要。

（3）控制执行模块

• • 蜂鸣器：采用高电平触发的有源蜂鸣器，当检测到的环境参数超出安全范围时，通过主控单元的控制发出警报声，提醒工作人员注意。

• • 继电器模块：用于控制外部设备的开关状态，如通风风扇和雾化降尘设备。继电器模块通过接收STM32发送的控制信号，实现对这些设备的启停操作。

（4）显示模块

• • 0.96寸SPI接口OLED显示屏：作为人机交互界面，实时显示由各传感器采集到的环境数据，如温度、湿度、瓦斯浓度和PM2.5浓度等，使现场工作人员能够直观地了解当前的环境状况。

（5）通信模块

• • BC26 NBIOT模块：利用NB-IoT技术，通过MQTT协议将采集到的数据上传至华为云物联网平台，支持远程数据监控和设备控制。这使得管理人员即使不在现场，也能通过手机APP或电脑客户端实时查看矿山环境数据，并进行必要的远程操作。

（6）供电模块

• • 5V 2A外部稳压电源：为整个系统提供稳定的电力供应，确保各模块正常工作。风扇和雾化降尘设备同样采用5V电源供电，通过继电器模块实现开关控制，保证了系统的整体稳定性和安全性。

（7）用户输入模块

• • 按键：用于切换系统的工作模式（自动模式/手动模式），以及在手动模式下直接控制风扇和雾化降尘设备的开关状态，增加了系统的灵活性和可操作性。

1.2 设计思路

【1】整体设计思路

本项目的设计思路围绕着提高矿山环境监测的实时性、准确性和智能化水平，确保矿山作业的安全性和环保性。选择了高性能、低功耗的STM32F103RCT6单片机作为主控单元，它负责协调各个模块的工作，处理来自传感器的数据，并根据预设的逻辑控制外部设备。为了实现对矿山环境的全面监测，集成了多种高精度传感器，包括SHT30温湿度传感器、MQ5气体传感器和PM2.5颗粒物传感器，分别用于监测温度、湿度、瓦斯浓度和空气中颗粒物的浓度。这些传感器能够实时采集环境数据，并将数据传输给主控单元进行处理。

为了确保系统在检测到异常情况时能够迅速做出反应，在系统中加入了蜂鸣器和继电器模块。当温湿度、瓦斯浓度或PM2.5浓度超过预设的安全阈值时，主控单元会触发蜂鸣器发出警报信号，提醒现场人员注意。同时，继电器模块会根据不同的异常情况启动相应的控制设备，如通风风扇用于稀释瓦斯浓度，雾化降尘设备用于降低空气中的粉尘含量。这些控制措施能够有效预防安全事故的发生，保障矿山作业的安全性。

为了提高系统的用户友好性和操作便利性，配备了0.96寸SPI接口的OLED显示屏，用于实时显示各传感器采集到的环境数据。通过这个显示屏，现场工作人员可以一目了然地了解当前的环境状况，及时采取必要的措施。此外，系统还支持手动模式和自动模式的切换，用户可以通过按键在两种模式之间自由切换。在手动模式下，用户可以直接控制风扇和雾化降尘设备的开关状态，增加了系统的灵活性和可操作性。

为了实现远程监控和管理，集成了BC26 NBIOT模块，利用NB-IoT技术将采集到的数据通过MQTT协议上传至华为云物联网平台。这样一来，管理人员可以通过Android手机APP或Windows电脑客户端远程访问这些数据，并进行实时监控和远程控制。这种远程管理功能不仅提高了系统的实用性和便捷性，还为矿山的智能化管理提供了有力支持。

在硬件设计方面，特别注重系统的稳定性和可靠性。系统采用5V 2A的外部稳压电源供电，确保了充足的电力供应。风扇和雾化降尘设备同样使用5V电源供电，并通过继电器模块实现开关控制，保证了电气隔离和控制的可靠性。此外，还考虑了系统的抗干扰能力和防护措施，以适应矿山环境的特殊需求。

本项目通过集成先进的传感器技术和微控制器技术，构建了一个集数据采集、处理、显示、控制和通信于一体的智能矿山环境监测系统。该系统不仅能够实时监测矿山环境中的关键参数，及时预警并采取相应的控制措施，还支持远程监控和管理，为矿山的安全管理和环境保护提供了全面的解决方案。

【2】上位机开发思路

项目里，Windows上位机是采用Qt开发，Qt是一个基于C++的跨平台软件开发框架。

Qt框架提供了网络模块，能够支持HTTPS协议的请求和响应。可以利用Qt的网络模块来建立与华为云IOT平台的HTTPS连接，并通过API接口获取设备的影子数据。

（1）从华为云IOT平台获取数据的流程

• • 认证授权：使用设备的Access Key和Secret Key进行认证授权，获取访问令牌。

• • 构建HTTPS请求：利用Qt的网络模块构建HTTPS请求，包括API接口的URL、Header信息、请求参数等。

• • 发送HTTPS请求：发送构建好的HTTPS请求给华为云IOT平台，获取设备的影子数据。

• • 处理响应数据：解析HTTPS响应，提取设备的影子数据并进行处理。

（2）数据展示与交互

在获取到设备的影子数据后，可以利用Qt的界面设计模块，结合自定义的数据展示控件，将设备的影子数据以直观的方式呈现给用户。

1.3 项目开发背景

【1】选题的意义

本项目选题的意义在于针对矿山环境中存在的多种安全隐患和环境污染问题，提供一个全面、智能、高效的解决方案，以提升矿山作业的安全性和环保性。随着工业化进程的加速，矿山开采活动日益频繁，但矿山环境的复杂性和危险性也愈加突出。高温、高湿、瓦斯爆炸、粉尘污染等都是矿山作业中常见的安全隐患，这些因素不仅严重影响矿工的生命安全和身体健康，还可能导致重大的经济损失和环境破坏。因此，如何有效地监测和管理矿山环境，成为了一个亟待解决的问题。

本项目通过设计和实现一个基于STM32F103RCT6单片机的矿山环境监测系统，利用现代传感技术和自动化控制手段，实现对矿山环境的全面监测和智能管理。系统集成了多种高精度传感器，如SHT30温湿度传感器、MQ5气体传感器和PM2.5颗粒物传感器，能够实时采集温度、湿度、瓦斯浓度和空气中颗粒物浓度等关键环境参数。通过这些传感器的实时监测，系统可以及时发现环境异常，并通过蜂鸣器报警、启动通风风扇和雾化降尘设备等措施，迅速采取行动，防止潜在的安全事故和环境污染。

此外，本项目还特别强调系统的远程监控和管理能力。通过集成BC26 NBIOT模块，系统能够将采集到的数据通过MQTT协议上传至华为云物联网平台，支持远程访问和控制。这意味着管理人员可以通过Android手机APP或Windows电脑客户端，随时随地查看矿山环境的实时数据，并根据需要远程控制相关设备的运行状态。这种远程管理功能不仅提高了系统的实用性和便捷性，还为矿山的智能化管理提供了强有力的技术支持。

在硬件设计方面，本项目充分考虑了矿山环境的特殊性和可靠性要求。系统采用5V 2A的外部稳压电源供电，确保了稳定的电力供应。风扇和雾化降尘设备通过继电器模块控制，既保证了电气隔离，又提高了控制的可靠性和安全性。此外，系统还配备了OLED显示屏，提供直观的人机交互界面，方便现场工作人员实时查看环境数据。

综上所述，本项目的选题具有重要的现实意义和应用价值。它不仅能够有效提升矿山作业的安全性和环保性，还为矿山的智能化管理和可持续发展提供了新的技术手段。通过本项目的实施，可以为矿山企业提供一个全面、智能、可靠的环境监测和管理系统，为保障矿工的生命安全和健康、减少环境污染、提高生产效率等方面发挥重要作用。

【2】摘要

本项目设计并实现了一个基于STM32F103RCT6单片机的矿山环境监测系统，提高矿山作业的安全性和环保性。系统集成了SHT30温湿度传感器、MQ5气体传感器和PM2.5颗粒物传感器，能够实时监测矿山环境中的温度、湿度、瓦斯浓度和空气中颗粒物浓度等关键参数。当检测到的任一参数超出预设的安全阈值时，系统会自动触发蜂鸣器报警，并通过继电器模块控制通风风扇和雾化降尘设备，以迅速采取应对措施。系统还配备了0.96寸SPI接口OLED显示屏，用于实时显示环境数据，方便现场工作人员查看。此外，通过集成BC26 NBIOT模块，系统能够将采集到的数据上传至华为云物联网平台，支持远程监控和管理。用户可以通过Android手机APP或Windows电脑客户端实时查看数据并远程控制设备。本项目不仅提高了矿山环境监测的实时性和准确性，还为矿山的智能化管理和环境保护提供了有效的技术支持。

关键字

STM32F103RCT6, 矿山环境监测, SHT30温湿度传感器, MQ5气体传感器, PM2.5颗粒物传感器, 蜂鸣器, 继电器, OLED显示屏, BC26 NBIOT, 华为云物联网平台, 远程监控, 智能管理, 安全性, 环保性

【3】国内外相关研究现状

近年来，随着科技的发展和对矿山安全重视程度的提高，国内外在矿山环境监测领域的研究取得了显著进展。在国际上，许多发达国家已经建立了较为完善的矿山环境监测系统，这些系统不仅能够实时监测矿山环境中的各种参数，还能通过智能化的预警和控制措施，有效预防安全事故的发生。

例如，美国的一些大型矿山企业广泛采用了基于物联网技术的环境监测系统。这些系统通常包括多种传感器，如温度、湿度、瓦斯浓度和颗粒物浓度传感器，通过无线通信技术将数据传输到中央控制系统。例如，美国矿业公司Freeport-McMoRan在其多个矿山中部署了集成化的环境监测系统，能够实时监测矿山内的瓦斯浓度和空气质量，并通过自动化控制设备及时排除安全隐患。此外，该公司还利用无人机和卫星遥感技术，对矿山周边的环境进行定期监测，确保矿山作业对周围生态环境的影响降到最低。

在欧洲，德国的矿山安全技术研究处于世界领先水平。德国联邦地质研究所（BGR）与多家科研机构合作，开发了一系列先进的矿山环境监测设备和技术。例如，他们研发了一种基于光纤传感技术的瓦斯监测系统，能够在极端环境下长时间稳定工作，提供高精度的瓦斯浓度数据。此外，德国的一些矿山企业还采用了智能穿戴设备，如智能头盔和智能手环，这些设备能够实时监测矿工的生命体征和位置信息，确保矿工在危险环境下的安全。

在国内，随着国家对矿山安全和环境保护的重视，许多高校和科研机构也在积极开展相关研究。例如，中国矿业大学与多家矿山企业合作，开发了一套基于物联网和大数据技术的矿山环境监测系统。该系统集成了多种传感器，能够实时监测矿山环境中的温度、湿度、瓦斯浓度和PM2.5颗粒物浓度，并通过5G通信技术将数据传输到云端。系统还具备智能化的预警和控制功能，当检测到异常情况时，能够自动启动相应的控制设备，如通风风扇和雾化降尘设备。此外，该系统还支持远程监控和管理，管理人员可以通过手机APP或电脑客户端实时查看矿山环境数据，并进行远程控制。

另一项国内的研究是由清华大学和中国科学院联合开展的。他们开发了一种基于机器学习的矿山环境预测模型，能够根据历史数据和实时监测数据，预测未来一段时间内的环境变化趋势。这一模型已经在多个矿山中进行了实际应用，显著提高了矿山环境监测的准确性和预见性。此外，该研究团队还开发了一种基于无人机的环境监测系统，能够对矿山的地质结构和环境变化进行高分辨率的航拍监测，为矿山的安全管理和环境保护提供了重要的数据支持。

综上所述，国内外在矿山环境监测领域的研究已经取得了一系列重要成果，这些研究成果不仅提高了矿山环境监测的实时性和准确性，还为矿山的安全管理和环境保护提供了有效的技术支持。然而，尽管取得了显著进展，仍有许多挑战需要克服，如提高传感器的精度和稳定性、优化数据处理和传输技术、增强系统的智能化水平等。未来，随着技术的不断进步和创新，矿山环境监测系统将变得更加完善，为矿山的可持续发展提供更强有力的保障。

【5】参考文献

1. 中国矿业大学信电学院.基于STM32W108的多功能矿用环境监测仪[J].仪表技术与传感器,2014. 
2. 刘欢.基于STM32的矿用监控分站研究与设计[J].电子世界,2021. 
3. 贺洪江,刘春成,任建涛.基于STM32的矿井环境分布式检测系统研究[J].自动化与仪表,2016. 
4. 李文贵.矿区环境监测系统设计与实现[J].物联网技术,2024. 
5. 刘艳峰.基于ZigBee的矿井环境监测系统的设计[J].电子产品世界,2023. 
6. 朱新强,吴溢达,韩颖晴等.基于STM32单片机的煤矿环境监测及预警系统设计[J].科学技术创新,2023. 
7. 刘青川,沈海军,闻娜等.基于GPRS的煤矿远程监控通用终端设计[J].煤炭技术,2017. 
8. 陆小军.基于STM32的矿用巡检仪智能终端设计与实现 附视频[J].信息与电脑(理论版),2024. 
9. 邓弘哲,李青锋,唐佩等.基于STM32的矿用巷道多功能监测系统[J].矿业工程研究,2019. 
10. 尹建龙,郭秀娟.基于STM32单片机的煤矿综合监测系统设计[J].吉林建筑大学学报,2021. 
11. 吴新忠,陈明,邢强等.基于WiFi的矿井视频监控系统设计[J].煤炭技术,2017. 
12. 周子昂,徐坤,吴定允.一种便携式井下多参数监控系统的设计及实现[J].河南理工大学学报(自然科学版),2017. 
13. 王念,盛荣,郝宇浩.基于嵌入式ucos的智能矿井机器人设计[J].煤矿机械,2014. 
14. 胡杰,张飞,叶良朋.基于STM32的煤矿监控分站的设计与实现[J].煤矿机械,2016. 
15. 吴士涛,汤建泉,杨婕.基于WaveMesh网络与STM32的煤矿顶板离层监测系统设计[J].煤矿安全,2022. 
16. 彭红星,郭威.基于STM32的矿井微震数据采集监测分站[J].仪表技术与传感器,2013. 
17. 杨占斐,吕志刚,文继泽等.矿井安全防救系统[J].工业控制计算机,2018. 
18. 冯宇宸,陆子清,冯烁等.基于STM32F407与LoRa的矿下采空区环境智能检测系统[J].今日制造与升级,2021. 
19. 夏瑞凯.基于无线网络的矿井远程安全监控系统设计[J].机械研究与应用,2021. 
20. 田小超.以STM32单片机为核心的数据采集与控制电路设计[J].工业仪表与自动化装置,2022. 
21. 佛海鹏.基于STM32的矿井水文监测系统设计[D].哈尔滨理工大学,2014. 
22. 刘明贵,于謇,梁昊.基于STM32的岩土工程无线采集系统[J].仪表技术与传感器,2010. 
23. 郭昊腾,吴伟丽,毛浩等.基于STM32的矿用巡检仪智能终端设计[J].煤矿安全,2021. 
24. 张超,钱程,李道龙.基于STM32和GSM网络的矿井瓦斯监测系统[J].煤矿机械,2015. 
25. C. Fang. “The Design of Mine-used Electrochemistry Carbon Monoxide Sensor Based on STM32.” Information Technology and Informatization(2013). 
26. Xu Hu, Zechen Yang et al. “Research on Coal Mine Gas Monitoring System.” Academic Journal of Engineering and Technology Science(2024). 
27. 邵林鹏.基于微控制器的矿用多气体监测及浓度预测系统研究[D].西安工业大学,2023. 
28. Zhao Youzhi, H. Xujie et al. “Design of mining substation and interface based on STM32.” 2021 4th International Conference on Advanced Electronic Materials, Computers and Software Engineering (AEMCSE)(2021). 
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30. G. Xi. “Design of Monitoring System for Greenhouse Environment Based on ARM and UCGUI.” Journal of Luoyang Normal University(2013). 

1.4 开发工具的选择

【1】设备端开发

STM32的编程语言选择C语言，C语言执行效率高，大学里主学的C语言，C语言编译出来的可执行文件最接近于机器码，汇编语言执行效率最高，但是汇编的移植性比较差，目前在一些操作系统内核里还有一些低配的单片机使用的较多，平常的单片机编程还是以C语言为主。C语言的执行效率仅次于汇编，语法理解简单、代码通用性强，也支持跨平台，在嵌入式底层、单片机编程里用的非常多，当前的设计就是采用C语言开发。

开发工具选择Keil，keil是一家世界领先的嵌入式微控制器软件开发商，在2015年，keil被ARM公司收购。因为当前芯片选择的是STM32F103系列，STMF103是属于ARM公司的芯片构架、Cortex-M3内核系列的芯片，所以使用Kile来开发STM32是有先天优势的，而keil在各大高校使用的也非常多，很多教科书里都是以keil来教学，开发51单片机、STM32单片机等等。目前作为MCU芯片开发的软件也不只是keil一家独大，IAR在MCU微处理器开发领域里也使用的非常多，IAR扩展性更强，也支持STM32开发，也支持其他芯片，比如：CC2530,51单片机的开发。从软件的使用上来讲，IAR比keil更加简洁，功能相对少一些。如果之前使用过keil，而且使用频率较多，已经习惯再使用IAR是有点不适应界面的。

【2】上位机开发

上位机的开发选择Qt框架，编程语言采用C++；Qt是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。Qt是面向对象的框架，使用特殊的代码生成扩展（称为元对象编译器(Meta Object Compiler, moc)）以及一些宏，Qt很容易扩展，并且允许真正地组件编程。Qt能轻松创建具有原生C++性能的连接设备、用户界面（UI）和应用程序。它功能强大且结构紧凑，拥有直观的工具和库。

1.5 系统框架图

1.6 系统功能总结

1.7 系统原理图

1.8 实物图