陳星星 李亞品 段納 梁雨

摘要 針對(duì)糧倉(cāng)環(huán)境信息采集中溫濕度采集設(shè)備體積大、精度低、供電布線成本高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種具有便攜性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和可擴(kuò)展性的遠(yuǎn)程采集及處理系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)采用STM32微處理器、溫濕度傳感器DHT22、溫度傳感器DS18820和無(wú)線通信模塊ESP32，借助于Yeelink平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了溫濕度傳感器的接入管理、溫濕度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。軟件開發(fā)環(huán)境為μ C/OS-II和Emwin。調(diào)試結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)穩(wěn)定可靠地反饋現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度數(shù)據(jù)，并通過(guò)手機(jī)和電腦終端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。

【關(guān)鍵詞】糧倉(cāng) STM32 ESP32溫濕度傳感器Yeelink平臺(tái)

我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，民以食為天，所以對(duì)糧食的需求非常巨大。國(guó)內(nèi)糧食存儲(chǔ)量較大，主要采用糧倉(cāng)來(lái)儲(chǔ)存糧食，且易受天氣等因素影響，如果溫濕度不適很容易導(dǎo)致糧食霉變、生蟲，因此對(duì)糧倉(cāng)溫濕度的監(jiān)測(cè)與控制具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。隨著人們生活品質(zhì)的提高和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步對(duì)便攜化、高速化、無(wú)線化的糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)的需求越來(lái)越迫切。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)主要由四部分構(gòu)成：溫濕度采集與控制模塊，電源模塊，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊和遠(yuǎn)程用戶監(jiān)控端。系統(tǒng)在糧倉(cāng)的多點(diǎn)分布溫濕度傳感器，對(duì)糧倉(cāng)中的溫度和濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，從而提高倉(cāng)庫(kù)管理的科學(xué)化水平。

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。該系統(tǒng)選用DHT22傳感器測(cè)量糧倉(cāng)的濕度和DS18820傳感器測(cè)量糧倉(cāng)的溫度，以提高溫濕度測(cè)量的精度。本文選用了低功耗的STM32微處理器，可通過(guò)電池供電，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的便攜化。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)選用了μC/OS-II多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊發(fā)送溫濕度值至Yeelink平臺(tái)，同時(shí)獲取溫濕度值進(jìn)行處理并在液晶上顯示。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，若現(xiàn)場(chǎng)空間溫濕度值超出設(shè)定值，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并反饋到上位機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要包括溫濕度采集與控制模塊、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊、電源模塊。下面具體給出各模塊的設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)控制核心采用處理速度快、功耗低、微型化和足夠存儲(chǔ)空間的STM32F103C8T6微控制器。該微處理器能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、控制、顯示與傳輸。它具有豐富的I/O端口、USB接口、ESP32模塊接口、串口等大量的功能模塊，完全滿足遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。當(dāng)糧倉(cāng)溫濕度值不滿足糧食儲(chǔ)存條件時(shí)，STM32微處理器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，即控制通風(fēng)、除濕等設(shè)備開始工作。顯示部分采用2.8寸的ILI9341彩色電容觸摸屏，其分辨率為320*240，用于顯示糧倉(cāng)溫濕度值與參數(shù)設(shè)定值等信息。

針對(duì)無(wú)線傳輸模塊傳輸距離、功耗、體積和成本等性能的要求，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊可以選用藍(lán)牙和Wi-Fi兩種無(wú)線傳輸技術(shù)。由于Wi-Fi技術(shù)的速度和傳輸距離都優(yōu)于藍(lán)牙，所以本系統(tǒng)選用ESP32無(wú)線通信模塊。ESP32具有高度集成化、成本低、內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧和體積小等特點(diǎn)，可縮短前期開發(fā)時(shí)間。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)是基于μC/OS-Ⅱ和Emwin的軟件開發(fā)環(huán)境，軟件設(shè)計(jì)主要分為兩部分：監(jiān)控與通信部分和Yeelink平臺(tái)部分。Yeelink平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)糧倉(cāng)溫濕度采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的存儲(chǔ)、顯示和分析。系統(tǒng)的時(shí)基由SysTick定時(shí)器控制，采集好的溫濕度數(shù)據(jù)存取在DMA，減輕了微處理器的負(fù)擔(dān)。通過(guò)Wi-Fi模塊ESP32將數(shù)據(jù)上傳至Yeelink平臺(tái)，同時(shí)在液晶界面實(shí)時(shí)顯示溫濕度數(shù)據(jù)波形。

3.2 STM32微處理器與ESP32模塊通信的程序設(shè)計(jì)

ESP32工作模式有STA模式、AP模式和STA+AP模式。本系統(tǒng)采用STA模式，ESP32

通過(guò)路由器連接網(wǎng)絡(luò)，將采集的糧倉(cāng)環(huán)境信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器。

ESP32模塊的功能主要有數(shù)據(jù)透?jìng)骱途W(wǎng)關(guān)掛載。

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)借助Yeelink開放平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的顯示、存儲(chǔ)、分析糧倉(cāng)溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)，并且可以在手機(jī)客戶端或者PC機(jī)上查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)曲線，也可以設(shè)定傳感器數(shù)據(jù)預(yù)警和報(bào)警值。當(dāng)溫濕度采集數(shù)據(jù)高于設(shè)定值時(shí)，平臺(tái)可以通過(guò)郵件，短信等方式發(fā)送報(bào)警信息，使用戶及時(shí)了解糧倉(cāng)環(huán)境信息。系統(tǒng)的采樣頻率是10秒一次，在軟件編程設(shè)計(jì)中，以不同開發(fā)密鑰來(lái)區(qū)分不同用戶和分配不同的設(shè)備號(hào)區(qū)分不同設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。

5 結(jié)論

本文給出了由STM32F103C8T6微處理器、ESP32無(wú)線通信模塊、DHT22濕度傳感器、DS18820溫度傳感器以及Yeelink平臺(tái)組成的遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)預(yù)留了I/O端口，增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。該系統(tǒng)能同步監(jiān)測(cè)與控制空間溫濕度的變化，當(dāng)溫濕度超出設(shè)置額定值時(shí)發(fā)出警報(bào)并驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，給糧倉(cāng)管理帶來(lái)巨大的便利與安全，具有很好的應(yīng)用價(jià)值，給未來(lái)智能糧倉(cāng)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了一個(gè)方向，同時(shí)還能用于其他需求相近的領(lǐng)域。下一步將對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，期望能對(duì)糧倉(cāng)的更多參數(shù)實(shí)現(xiàn)精確的監(jiān)控。

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