基于STM32单片机新风控制系统的设计与研究

石秋萍，周 旭，单 昱

（山东华宇工学院，山东德州 253034）

0 引言

随着国家高等教育的普及，培养重心也由数量的扩张转移到对学生综合质量的提升。特别是面临技能型人才缺口越来越大，应用型本科教育逐渐走上舞台。以山东华宇工学院为例，作为一所应用型本科高校，注重于工科学生技术能力的培养。作者在技能训练课堂中发现，从事电子工艺焊接过程中产生一定的一氧化氮、臭氧等有害气体，也因为高校教室与工厂厂房车间的不同，存在室内面积小、密封严实、空气流畅不通的现象，烟熏造成学生眼睛干涩、呼吸不畅、学习效率降低等问题。山东华宇工学院认识到问题所在，在电子实验室改造过程中，采用并投资了作者开发设计的基于STM32单片机新风控制系统。在实际应用过程中，该系统在控温保湿的基础上，通过及时监测形成良好的换气效果有效的降低有害气体浓度，为学生和老师们保持安全、清新的教学环境。

1 新风系统的研究和发展动态

国民经济和社会发展正处于持续稳定增长的阶段，为社会带来巨大福利的同时，也导致诸多问题，例如空气质量严重下降和环境污染状况加剧。尤其是雾霾天气的出现，不仅导致人们出行不便，还极大危害着人体健康，而且这种天气给人们在家、办公楼等人多的公众场合开窗透气带来影响，导致办公效率低、共公场合环境“不协调”等诸多问题。至今新风机制造和出售的规模十分少，并且在国内新风机刚被人们认可，因此新风机的市场潜力巨大，非常可观。

2 基于STM32单片机新风控制系统设计的必要性

随着物联网技术的发展，空调、电视、冰箱等智能家居受到人们的喜爱，由于国内对新风系统的研究与制作起步较晚，尤其对新风系统的节点智能控制和互联网接入的研究不多。当前制作售卖新风系统的大部分是手工作坊式的个体经营商和工厂，并且这种新风系统的控制多数是基于红外原理，操控时只能在红外控制的允许范围内新风系统才能实现个功能，并不能满足人们完成工作下班时远程打开家中的新风机，回到家便立即享受到清新的空气。

3 基于STM32单片机新风控制系统设计分析

单片机STM32F103ZET6作为系统下位机的核心部件，利用CCS811传感器模块测量室内TVOC、CO2等浓度，利用A4-CG传感器检测室内PM2.5浓度，利用DHT22传感器对室内的温度和湿度实时进行检测，将检测到的数据信息传送到单片机的下位机系统，下位机系统对接收到的数据信息进行处理，整体平滑处理，去除噪声。各个数据最终显示在手机端，利用手机微信的AirKiss技术通过Wi-Fi模块将操作信号传送至上位机等待处理：风机输送室内空气到室内，过程中过滤灰尘PM2.5并紫外杀菌。其中下位机系统包括STM32主控电路、Wi-Fi通信电路、电源电路，运用手机程序显示TVOC和CO2等数据。新风控制系统工作流程如图1所示。

图1 工作流程

激光粉尘传感器A4-CG能够精确测得空气中PM2.5等颗粒物浓度，将信号传递给相应模块自动调节适合的通风量实现智能净化的功能。CCS811是一款耗能低、小巧的MEMS气体传感器，使用IIC通信方式，但是相比于最常见的一种IIC传感器，CCS811传感器模块多了中断、使能、复位这些相应的管脚与功能，且程序控制涉及到模式和状态切换。CCS811气体传感器通过将室内各气体浓度与设定的标准值进行对比，一旦超过标准值将把启动新风的信号传递给单片机，进而注入新鲜空气，实现新风换气的功能。

ESP8266模块具有非常多的优点，具有完整的属于本模块的一个Wi-Fi网络功能，不仅能够独自应用，而且还能够作为从机搭载于STM32单片机运行。该芯片是一种高度集成的32位芯片，拥有低功耗、紧凑设计和高稳定性等优点。基于STM32单片机新风控制系统可通过Wi-Fi模块并利用AirKiss技术实现净化器与手机微信通信互联，并可实现远程控制。

基于STM32单片机新风控制系统不仅向用户提供了手机端控制的方式，而且从家中老人对手机操作不熟练等问题的角度考虑，还设计了最简单的按键方式，解决老人等用户修改诸多变量的问题。

4 成果展示

基于STM32单片机新风控制系统的部分实物如图2、图3所示，这样把所有有关驱动部分的器件统一放在控制盒内，既方便排查故障又美化了作品。图2中OLED显示屏的添加更加彰显设计的人性化。室内的温度、各气体浓度等都可显示在OLED显示屏中，方便人们察看室内各气体浓度，减少人们感知上不明显的缺陷，蜂鸣器同时配合OLED显示屏共同工作，一旦室内各项数据超过正常值，蜂鸣器鸣叫，OLED显示屏则红屏警告。

图2 驱动部分

图3 控制部分

在此基础上研发的新风控制器：包括固定架和安装结构，固定架的表面活动连接有控制器本体，固定架的表面设有安装结构，安装架的表面设有防护装置结构设计如图4所示。多功能新风控制器解决了新风控制器通常是直接固定安装在墙体表面导致当新风控制器损坏需要维修时，不便于工作人员对于新风控制器的安装与拆卸，进而浪费了工作人员的工作时间，导致工作人员工作效率降低的问题。

图4 结构设计

5 结束语

基于STM32单片机新风控制系统从结构、技术等方面的一些研究与设计，对新风系统内部电路做了详细的描述。在当前国内人们刚认可新风系统的情况下，基于STM32单片机新风控制系统的设计，摆脱传统新风系统近距离操控的方式，方便工作人员对于新风控制器的安装与拆卸。同时相比于其他辅热、辅冷设备，基于STM32单片机新风控制系统各模块选择合理，节约能耗，可智能化的提醒人们室内各气体浓度，具有较高的实用价值，合乎现代社会的发展趋势。