摘要：為了高效和精確的獲取煤礦采煤機(jī)器人的物理狀態(tài)數(shù)據(jù)，文章設(shè)計(jì)了基于STM32的智能化監(jiān)控設(shè)備，文章以ESP8266WIFI模塊實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為例，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)人員通過手持設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備的物理狀態(tài)信息，驗(yàn)證了基于STM32的智能監(jiān)控系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：STM32 單片機(jī) ?智能監(jiān)控系統(tǒng) ?煤礦環(huán)境 ?DHT11

目前，煤炭能源的消費(fèi)在我國(guó)一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)中占70%，這充分說明了煤炭能源在我國(guó)能源中占有極大地位。當(dāng)下采煤機(jī)是煤礦產(chǎn)業(yè)最重要的機(jī)器，將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于煤礦行業(yè)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)無人智能化具有重要的意義[1]。但由于機(jī)器人的自身運(yùn)行狀況會(huì)影響其采礦效率，也會(huì)對(duì)礦井下的環(huán)境安全造成影響，需要對(duì)機(jī)器人自身姿態(tài)、機(jī)器溫度等機(jī)器人自身物理量進(jìn)行監(jiān)控。例如采煤機(jī)上使用的制動(dòng)器是盤形液壓制動(dòng)器，該制動(dòng)器在制動(dòng)過程中，摩擦副會(huì)因?yàn)槟Σ辽郎兀瑥亩绊懝ぷ餍阅?，因此?shí)時(shí)檢測(cè)摩擦副的溫度具有必要性。除此之外，礦井下機(jī)器人的許多關(guān)鍵器件都需要對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證井下采集工作的正常進(jìn)行。

本論文以溫濕度的檢測(cè)為例，分別通過串口、Wi-Fi模塊傳輸溫濕度信號(hào)，在電腦和手機(jī)上顯示出傳感器所處環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，并通過單片機(jī)上的液晶屏幕，實(shí)現(xiàn)在液晶屏幕上的溫濕度數(shù)據(jù)的直接顯示，以代表對(duì)煤礦機(jī)器人相關(guān)物理量的檢測(cè)，因此監(jiān)控平臺(tái)傳感器將選擇溫濕度傳感器作為主要傳感器。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基于STM32的實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)系統(tǒng)，主要包括STM32系統(tǒng)、電源、溫度采集、顯示電路、ESP8266WIFI模塊以及上位機(jī)，其中溫度采集模塊采用數(shù)字溫度傳感器DHT11，顯示電路使用LCD1602液晶顯示器。我們選用WiFi模塊中STA模式，利用電腦開放熱點(diǎn)，使該模塊接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)到上位機(jī)的傳輸。

2監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1采集終端

目前市面上的許多STM32單片機(jī)都是以ARM公司生產(chǎn)的Cortex-M3為核心，其內(nèi)部資源豐富，且其內(nèi)部寄存器、外設(shè)功能等均優(yōu)于其它類型的單片機(jī)，因其為哈佛結(jié)構(gòu)，故而處理數(shù)據(jù)的速度更快。

STM32F103VET6是以ARM Cortex-M為內(nèi)核的32位微控制器。STM32F103增強(qiáng)型系列微控制器內(nèi)部集成了高性能的ARM Cortex-M3內(nèi)核，STM32系列有更高的中斷響應(yīng)速度，同時(shí)也兼具最低的功耗。

2.2 采集端傳感器

本文中的現(xiàn)場(chǎng)溫度采集模塊是以DHT11溫濕度傳感器為核心實(shí)現(xiàn)的，DHT型傳感器的組成有NTC測(cè)溫元件、電阻式感濕元件，其與8位單片機(jī)相連接，DHT11傳感器能夠在單一總線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速雙向傳輸，具有成本較低、穩(wěn)定、效率高等優(yōu)點(diǎn)。DHT11溫濕度傳感器技術(shù)參數(shù)如表1所示：

單線制串行接口，使系統(tǒng)集 成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的溫度采集。

2.3電源模塊

為確保該系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)工作環(huán)境的長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)采用USB接口對(duì)單片機(jī)進(jìn)行供電，提供穩(wěn)定電壓，將USB接口的輸入電壓轉(zhuǎn)化為5V電壓進(jìn)行供電，確保單片機(jī)的正常工作。

2.4顯示電路

本系統(tǒng)采用3.2液晶顯示屏，顯示分辨率為320*240，可以滿足使用需求，顯示屏采用ILI9341驅(qū)動(dòng)芯片，帶有供電模擬電路，其工作溫度范圍為-40°C-85°C。

2.5ESP8266WIFI模塊

ESP8266目前是一個(gè)較為成熟并且具有一定穩(wěn)定性的WiFi網(wǎng)絡(luò)解決方案，它具備性能較高的無線SOC，不僅可以獨(dú)立運(yùn)行，也能搭載在其他Host作為slave運(yùn)行。ESP8266可用來做串口透?jìng)鳌WM調(diào)控、遠(yuǎn)程調(diào)控開關(guān)等用途。

3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與測(cè)試

本監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是其軟件部分。對(duì)應(yīng)于三種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，我們將分別下載三種不同的程序代碼至單片機(jī)中。代碼編寫軟件采用了Keil uVision5，并使用C語言進(jìn)行代碼編程，此軟件自帶有編譯下載功能，完成后運(yùn)用野火串口調(diào)試助手對(duì)單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試。

3.1信號(hào)串口傳輸

在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們首先將電腦與單片機(jī)相連，使用Keil uVision5將編譯好的程序下載至單片機(jī)。首先將系統(tǒng)的定時(shí)器、串口等所需配置初始化，而后調(diào)用子函數(shù)讀取傳感器測(cè)得的溫濕度信號(hào)，其中，讀取溫度的函數(shù)也為一死循環(huán)，不斷讀取刷新傳感器的信號(hào)。將程序下載至單片機(jī)，電腦端將能夠通過串口接收到DHT11采集到的溫濕度數(shù)據(jù)。

3.2信號(hào)液晶傳輸

在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基本步驟與信號(hào)串口傳輸基本相似。將程序下載至單片機(jī)后，我們將能夠使溫濕度直接在單片機(jī)液晶板上進(jìn)行顯示。

3.3手機(jī)App控制

此信號(hào)傳輸方式較上兩種更具有應(yīng)用價(jià)值，編寫與下載程序步驟與上述步驟相似。它將使用單片機(jī)上的ESP8266模塊，ESP8266 WiFi模塊主要有三種不同的工作模式，此處主要使用AP模式，它將建立一個(gè)熱點(diǎn)，當(dāng)手機(jī)連接此熱點(diǎn)后，使用秉火物聯(lián)App輸入給定的IP地址以及端口號(hào)，即可在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)上溫濕度數(shù)據(jù)信號(hào)的接收與顯示，并可以通過手機(jī)控制單片機(jī)上的不同顏色信號(hào)燈，還可以對(duì)單片機(jī)上的蜂鳴器實(shí)現(xiàn)控制。手機(jī)上顯示出傳感器所處環(huán)境的溫濕度，并通過手機(jī)端控制單片機(jī)的LED燈，使紅色LED燈處于常亮狀態(tài)。

4結(jié)束語

本文通過以STM32為核心，搭載DHT11傳感器、ESP8266WIFI模塊，通過軟硬件的結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)的本地檢測(cè)和網(wǎng)絡(luò)傳輸，具有實(shí)時(shí)性、可視性、可遠(yuǎn)程控制等特點(diǎn)，且STM32單片機(jī)具有很強(qiáng)的拓展性，可實(shí)現(xiàn)更多功能的拓展，本文驗(yàn)證了溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的可行性，與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景仍有較大差距，但此方向具有相當(dāng)?shù)氖褂脙r(jià)值前景，當(dāng)各功能模塊皆完善時(shí)，預(yù)能夠充分勝任復(fù)雜多變井下環(huán)境，配合于最先進(jìn)的5G建設(shè)，期待真正實(shí)現(xiàn)煤礦井下的無人化操作，為智慧礦山建設(shè)更添一份力量。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：邱贊，女，漢，湖南益陽，2001.01.17，大學(xué)本科，學(xué)生，研究方向：嵌入式系統(tǒng)。