基于STM32的家庭环境监测系统的设计与制作

2017-05-17黄隽

数字技术与应用 2017年3期

黄隽

摘要：本文基于STM32单片机设计出一种家庭环境实时监测系统，可以远程监测环境数据。将传感器采集的PM2.5值、甲醛浓度、室内温度、光照强度，通过STM32的处理后，在OLED液晶屏上显示。并且可以将数据通过WiFi传输到智能云平台，通过手机APP对空气质量进行实时监测。本系统具有一定的市场应用前景。

关键词：环境监测；STM32；设；制作

中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0188-02

1 引言

随着社会的日益发展，人们的生活水平得到了极大的提高。但是环境污染问题也越来越严重，城市雾霾、装修建材中的甲醛时时刻刻的威胁着人类的健康，人们越來越关注自己所居住的环境。市场上普通的空气检测工具大多功能单一，有些产品只能够检测雾霾或者只能够检测甲醛。有些产品兼具了多种检测功能，但是没有实现远程监测，使用者必须持有设备到现场才能够检测出空气质量，这样不方便使用者实时监测空气的质量。针对以上问题，本文设计了一个可以远程实时监控的系统，该系统可以用手机APP实时远程监测家庭环境中的PM2.5、甲醛、温湿度、光照强度，使用户针对相应的环境问题做出对应的处理，从而提高生活质量保证身体健康。

2 系统结构

本系统主要由以下几个模块组成：

2.1 主控模块

主控芯片为STM32F103C8T6。该芯片的具有ARM 32-bit Cortex-M3 CPU，片上128k flash、20kRAM、12-bit精度的，片内ADC转换器，以及I2C接口等。

2.2 传感器模块

夏普粉尘传感器GP2Y1010AU0F采集PM2.5值，分辨率：19，精度：±10% F.S，测量范围：0～999ug/m3测量方式：自动非接触。

（1）DHT11数字温湿度传感器采集室内温湿度；（2）相对湿度分辨率：1；（3）温度分辨率：1；（4）湿度精度：25℃±5%RH；温度精度：25℃±2℃；（5）湿度测量范围：25%～90%RH；（6）温度测量范围：-20～55℃；（7）测量方式：自动非接触；（8）ms1100甲醛传感器检测甲醛；（9）数字分辨率：1ppm；量程：0～75ppm3；（10）精度：±5%F.S；（11）测量方式：自动非接触；（12）BH1750光照传感器测量光照强度；（13）分辨率：1Lx；（14）精度：+/-20% Lx；（15）测量范围：1～65535 Lx；（16）测量方式：自动非接触。

2.3 uart-wifi模块

ESP8266进行串口通信建立联网和数据传输。ESP8266是现在成本较低的WI-FI连接方案之一，考虑到用AT指令进行的联网和数据交换的任务，用于产品响应时间很让人担忧，所以本次设计我们利用机智云开放平台提供的机智云固件刷入ESP8266的片内，并通过ESP8266的片内编程解决响应时间及IO资源的问题。

2.4 云端和APP模块

将接收到的数据上传到机智云提供的云平台，并利用机智云平台的SDK开发APP。

整个系统的框架如图1所示。

3 软件设计

整个软件系统采用模块化程序设计，主要包括：系统时钟初始化、各传感器模块初始化、通用I/O中断、定时器、I2C、时钟、AD转换器。按键按下时，先判断是不是启动Wi-Fi联网配对，如果设备不连接网络该系统的各个传感器也会自动将采集到的数据转换成数字信号。主控CPU采集的数字信号经过运算后，在液晶屏显示出采集温湿度值、光照强度、甲醛含量、PM2.5浓度，其中为了保证数据的实时性和精确性，各模块数据采样时间间隔为14个时钟周期，转换精度为12bit。同时也发送数据到机智云的云服务器中。在移动端使用机智云平台提供的SDK制作一个接收数据的APP，能够从其云服务器上获取实时环境数据，从而达到远程监测数据的目的。其程序流程如图2所示。

4 系统实现及测试

4.1 系统核心板的的实现

根据需求做好电路设计并制做PCB，焊接上元器件，最终核心板成品如图3所示。

4.2 功能测试

检查电路有无异常，先在断电情况下，用万用表测试电路，发现并无异常情图5 云平台接收的数据况。烧入程序上电后，查看数据显示有无异常情况，经测试各项数据均能够正确显示。效果如图4所示。

最后检查机智云平台有无数据，APP能否实时监测数据，经测试发现本系统能够实时查看环境的数据。效果如图5所示。

5 结语

通过对测试结果的分析，本系统可以监测家庭环境中的PM2.5、甲醛、温湿度、光照强度，通过网络可以将收集到的数据传输到机智云云端，并且利用APP实现对环境质量的实时监测等功能。本系统吸收现有的产品优点，同时进行一些改进，具有以下几个特征：

（1）电路简单、系统整体功耗低、发热量低、可以稳定连续运行；

（2）使用新型、主频高的控制芯片，能在芯片上实现数据处理

（3）智能设备与互联网相结合，通过网络将数据传输到机智云云端，将采集的数据储存到机智云的云平台，并对数据进行统计分析和记录设备运行状态。

（4）利用机智云开放平台，开发者根据相关SDK进行开发即可实现设备的联网能力，缩短了产品的开发周期。