黃雋

摘要：本文基于STM32單片機(jī)設(shè)計出一種家庭環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)。將傳感器采集的PM2.5值、甲醛濃度、室內(nèi)溫度、光照強(qiáng)度，通過STM32的處理后，在OLED液晶屏上顯示。并且可以將數(shù)據(jù)通過WiFi傳輸?shù)街悄茉破脚_，通過手機(jī)APP對空氣質(zhì)量進(jìn)行實時監(jiān)測。本系統(tǒng)具有一定的市場應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測；STM32；設(shè)；制作

中圖分類號：TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0188-02

1 引言

隨著社會的日益發(fā)展，人們的生活水平得到了極大的提高。但是環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重，城市霧霾、裝修建材中的甲醛時時刻刻的威脅著人類的健康，人們越來越關(guān)注自己所居住的環(huán)境。市場上普通的空氣檢測工具大多功能單一，有些產(chǎn)品只能夠檢測霧霾或者只能夠檢測甲醛。有些產(chǎn)品兼具了多種檢測功能，但是沒有實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，使用者必須持有設(shè)備到現(xiàn)場才能夠檢測出空氣質(zhì)量，這樣不方便使用者實時監(jiān)測空氣的質(zhì)量。針對以上問題，本文設(shè)計了一個可以遠(yuǎn)程實時監(jiān)控的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用手機(jī)APP實時遠(yuǎn)程監(jiān)測家庭環(huán)境中的PM2.5、甲醛、溫濕度、光照強(qiáng)度，使用戶針對相應(yīng)的環(huán)境問題做出對應(yīng)的處理，從而提高生活質(zhì)量保證身體健康。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由以下幾個模塊組成：

2.1 主控模塊

主控芯片為STM32F103C8T6。該芯片的具有ARM 32-bit Cortex-M3 CPU，片上128k flash、20kRAM、12-bit精度的，片內(nèi)ADC轉(zhuǎn)換器，以及I2C接口等。

2.2 傳感器模塊

夏普粉塵傳感器GP2Y1010AU0F采集PM2.5值，分辨率：19，精 度：±10% F.S，測量范圍：0～999ug/m3測量方式：自動非接觸。

（1）DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采集室內(nèi)溫濕度；（2）相對濕度分辨率：1；（3）溫度分辨率：1；（4）濕度精度：25℃±5%RH；溫度精度：25℃±2℃；（5）濕度測量范圍：25%～90%RH；（6）溫度測量范圍：-20～55℃；（7）測量方式：自動非接觸；（8）ms1100甲醛傳感器檢測甲醛；（9）數(shù)字分辨率：1ppm；量程：0～75ppm3；（10）精度：±5%F.S；（11）測量方式：自動非接觸；（12）BH1750光照傳感器測量光照強(qiáng)度；（13）分辨率：1Lx；（14）精度：+/-20% Lx；（15）測量范圍：1～65535 Lx；（16）測量方式：自動非接觸。

2.3 uart-wifi模塊

ESP8266進(jìn)行串口通信建立聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸。ESP8266是現(xiàn)在成本較低的WI-FI連接方案之一，考慮到用AT指令進(jìn)行的聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)交換的任務(wù)，用于產(chǎn)品響應(yīng)時間很讓人擔(dān)憂，所以本次設(shè)計我們利用機(jī)智云開放平臺提供的機(jī)智云固件刷入ESP8266的片內(nèi)，并通過ESP8266的片內(nèi)編程解決響應(yīng)時間及IO資源的問題。

2.4 云端和APP模塊

將接收到的數(shù)據(jù)上傳到機(jī)智云提供的云平臺，并利用機(jī)智云平臺的SDK開發(fā)APP。

整個系統(tǒng)的框架如圖1所示。

3 軟件設(shè)計

整個軟件系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計，主要包括：系統(tǒng)時鐘初始化、各傳感器模塊初始化、通用I/O中斷、定時器、I2C、時鐘、AD轉(zhuǎn)換器。按鍵按下時，先判斷是不是啟動Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)配對，如果設(shè)備不連接網(wǎng)絡(luò)該系統(tǒng)的各個傳感器也會自動將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。主控CPU采集的數(shù)字信號經(jīng)過運算后，在液晶屏顯示出采集溫濕度值、光照強(qiáng)度、甲醛含量、PM2.5濃度，其中為了保證數(shù)據(jù)的實時性和精確性，各模塊數(shù)據(jù)采樣時間間隔為14個時鐘周期，轉(zhuǎn)換精度為12bit。同時也發(fā)送數(shù)據(jù)到機(jī)智云的云服務(wù)器中。在移動端使用機(jī)智云平臺提供的SDK制作一個接收數(shù)據(jù)的APP，能夠從其云服務(wù)器上獲取實時環(huán)境數(shù)據(jù)，從而達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)的目的。其程序流程如圖2所示。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)及測試

4.1 系統(tǒng)核心板的的實現(xiàn)

根據(jù)需求做好電路設(shè)計并制做PCB，焊接上元器件，最終核心板成品如圖3所示。

4.2 功能測試

檢查電路有無異常，先在斷電情況下，用萬用表測試電路，發(fā)現(xiàn)并無異常情圖5 云平臺接收的數(shù)據(jù)況。燒入程序上電后，查看數(shù)據(jù)顯示有無異常情況，經(jīng)測試各項數(shù)據(jù)均能夠正確顯示。效果如圖4所示。

最后檢查機(jī)智云平臺有無數(shù)據(jù)，APP能否實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)能夠?qū)崟r查看環(huán)境的數(shù)據(jù)。效果如圖5所示。

5 結(jié)語

通過對測試結(jié)果的分析，本系統(tǒng)可以監(jiān)測家庭環(huán)境中的PM2.5、甲醛、溫濕度、光照強(qiáng)度，通過網(wǎng)絡(luò)可以將收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑C(jī)智云云端，并且利用APP實現(xiàn)對環(huán)境質(zhì)量的實時監(jiān)測等功能。本系統(tǒng)吸收現(xiàn)有的產(chǎn)品優(yōu)點，同時進(jìn)行一些改進(jìn)，具有以下幾個特征：

（1）電路簡單、系統(tǒng)整體功耗低、發(fā)熱量低、可以穩(wěn)定連續(xù)運行；

（2）使用新型、主頻高的控制芯片，能在芯片上實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理

（3）智能設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑C(jī)智云云端，將采集的數(shù)據(jù)儲存到機(jī)智云的云平臺，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和記錄設(shè)備運行狀態(tài)。

（4）利用機(jī)智云開放平臺，開發(fā)者根據(jù)相關(guān)SDK進(jìn)行開發(fā)即可實現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)能力，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。

參考文獻(xiàn)

[1]劉火良.楊森.STM32庫開發(fā)實踐指南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.4.

[2]盧有亮.基于STM32的嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.1.

[3]鄭亮，鄭士海.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與實踐.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2015.4.

[4]劉軍.例說STM32.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014.6.

[5]嚴(yán)海蓉.嵌入式微處理器原理與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2014.12.

[6]武奇生.基于ARM的單片機(jī)應(yīng)用及實踐.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.6.