基于单片机STM32的环境检测教室系统的设计

李张丽，钟玲玲，李峰，李长凯

（安徽新华学院，安徽合肥，230088）

在日常学习生活中，有时需要对环境的温湿度以及噪声浓度进行监测，来了解温湿度和噪声浓度是否在规定的范围内，以保证周围环境的舒适度，利用STM32F款单片机为控制核心，温湿度传感器和分贝传感器为采集电路、TFT液晶屏语音播报为显示电路，是实现教室环境检测的一种简单有效的方法[1-2]。

1 系统整体设计

本系统有九个部分组成：有STM32F103ZE单片机、DHT11温湿度传感器、HH_06.03分贝传感器、单片机复位、独立按键、时钟震荡、TFT液晶显示、语音播报和LED警示灯。主要利用STM32微控制器实现两个模拟量的采集，采集的温湿度信号和分贝信号，根据MCU发出的命令，出现对应的信息，该信息当作与外界的交互。本次设计出来的环境检测教室系统主要采用DHT11温湿度传感器和主动型的HH_06.03分贝传感器实时采集教室的温湿度和分贝值，并在TFT液晶屏上以平面模拟动画的形式实时显示温湿度值。如果环境中出现温湿度异常或噪声分贝过高就会引起LED警示灯亮起来引起警示。此系统会根据对应数据显示出相应的灯，作为与外界的交互。从而来检测教室的环境。系统整体结构如图1所示。

图1 系统整体结构图

2 系统硬件设计

选用 STM32F103ZET6芯片为核心板。加上外设备组成单片机最小系统[3]。温湿度采集:采用DHT11温湿度传感器实时采集教室的温湿度，并在TFT液晶屏上以平面模拟动画的形式实时显示温湿度值。分贝值的搜集篇：准时搜集教室的分贝值是利用主动HH_06.03分贝传感器，将分贝值用平面仿真动画以及数字的形式及时浮现在TFT液晶显示屏上。万年历篇:利用单片机内部RTC时钟资源，显现年、月、日、时、分、秒等。TFT液晶显示篇：根据MCU给出的命令，出现对应的信息，该信息当作与外界的交互。语音进行播报篇：采集到的信号没有做过数据处理问题之后，根据MCU发出的指令，播报相应的内容。LED警示灯篇：根据环境的不同按键进行操作，对应数据显示出了相应的灯，作为与外界的交互。独立键盘:分别播放不同信息的功能。

■2.1 温湿度以及分贝值测量模块

现如今社会生活之中，功能繁多的电子产品已经给我们的生活带来诸多的便捷，本次设计，是利用STM32微控制器实现两个模拟量的采集，传统的温度检测主要是热电容器的温度传感器，但热电容器的可靠性差，测量温度精度低，必须转换成一个特殊的接口电路，变成一个数字信号，由微控制器处理。采用DHT11温湿度传感器温度、湿度可以同时采集，灵敏度高。有噪声时使用HH_06.03分贝传感器来采集分贝值，灵敏度高，功耗小。因此直接用DHT11类传感器、 分贝HH_06.03型两种传感器，自带模数转化小巧又异常灵敏[4]。温湿度采集和分贝值采集电路原理图如图2、图3所示。

图2 温湿度采集原理图

图3 分贝值采集原理图

■2.2 LCD 模块

这是一个通用的液晶模块接口，支持全系列TFTLCD。LCD 是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，上基板和下基板玻璃上分别设置彩色滤光片和TFT（薄膜晶体管），通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。LCD模块中的DB0-DB8和DB9-DB17引脚是按顺序与STM32F103ZE单片机中D0-D15引脚相连接的，其中LCD的35引脚和36引脚分别连接一个3.3V的高电平和一个低电平，在这两个引脚中间还连接了一个0.1μF的电容，从而实现液晶屏相关信息的显示。LCD 模块接口原理图如图4所示。

图4 LCD 模块接口原理图

■2.3 语音播报电路

此电路模块用于串行数据通讯接口。其中SYN6288中文语音合成芯片是一款能使效果更自然的中高端语音合成型芯片。在语音播报模块中SYN6288芯片有一组异步串行通讯接口，可以实现数据传输。SYN6288是用VDDPP/VSSPP引脚电路进行电源供电，TxD和RxD和GND来实现串口通信。而其他的引脚，如Ready/Busy引脚信号为低电平时说明芯片正在等待接收数据，是可以接到STM32F103ZET6单片机的中断输入源上，来去产生一个有下降沿的中断请求发送数据，来让STE32F103ZET6单片机发送数据给SYN6288。语音播报电路原理图如图5所示。

3 系统软件设计

主程序的主要功能是将系统函数子程序按照一定的先后顺序和逻辑顺序进行排列和组合，从而便于函数的调用和取读。此次设计的系统想要检测到教室环境的温湿度和分贝数据去送到STM32F103ZE单片机中，都离不开各个模块的共同合作，其中各个模块数据的处理也是离不开STM32F103ZE单片机的处理。从系统的初始化时，其屏幕就开机，系统开始调用万年历的模块，其中的温湿度传感器和HH_06.03分贝传感器受外界教室环境测得数据在调用定时器和串口将数据传送到STM32F103ZE单片机上处理后，系统在扫描是否有按键按下，扫描到在传送到LCD模块上显示，再显示LED警示灯上，来显示教室内的环境状态，最后用语音播报本系统检测到教室内环境的现状。主程序流程图如图6所示。

图6 主程序流程图

4 系统测试

以MCU—STM32F单片机为控制核心、DHT11温湿度传感器、主动型HH_06.03分贝传感器采集的数据，通过TFT液晶显示屏作为交互设备实时显示，并拓展了LED警示灯、语音播报等功能，辅助检测教室环境。从实物图可以很清晰的看出教室环境的温湿度以及噪声浓度分贝值。其中，红色条形图上方的数字是利用单片机内部RTC时钟资源，显现出的年、月、日、时、分、秒等。红色条形图代表噪声浓度分贝值、蓝色代表教室的湿度，绿色代表教室的温度，可以帮助人们很好的找到教室环境的舒适度，使教室管理更加智能化、规范化和简洁化。本次设计硬件实物图如图7所示。

图7 硬件实物图

5 结论

本文是基于单片机STM32F103ZET6设计并完成的环境检测教室系统，系统以STM32F103ZET6单片机为控制核心，温湿度传感器和分贝传感器为采集电路、TFT液晶屏语音播报为显示电路、外围电源、时钟电路等组成。利用STM32微控制器采集模拟量，相对于传统的热电容器的温度传感器，可靠性更高，测量精度更准确；此外本系统采用两种传感器自身携带模数转化，送至单片机间进行交互处理，灵敏度高、功耗小，应用的前景非常广阔。