基于 STM32 單片機的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究
孫飛 劉通 張棟
黑龍江科技大學電氣與控制工程學院,黑龍江 哈爾濱 150027
摘要:STM32單片機與傳統(tǒng)檢測手段相比,其布線更加簡潔、結(jié)構(gòu)也更加簡答,在實際應用中對室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的效果更好,目前應用比較廣泛,在很大程度上促進了室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化與升級。本文就以STM32單片機為例,對室內(nèi)環(huán)境環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進行幾點研究。
關鍵詞:STM32單片機;傳感器;無線通訊
引言
隨著科技的發(fā)展和進步,室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)也在不斷完善,基于STM32單片機的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),不僅具有良好的檢測效果,而且操作便捷,結(jié)構(gòu)簡單,適用范圍更加廣泛,為室內(nèi)環(huán)境環(huán)境監(jiān)測提供巨大助力,對其系統(tǒng)設計與應用的深入研究也顯得十分必要。
1硬件設計
1. 1 STM32F103C8T6 最小系統(tǒng)
按照單片機的組裝要求,最小系統(tǒng)的構(gòu)造需要包括STM32 單片機、電源電路、下載電路、復位電路和時鐘電路。對單片機的構(gòu)成原理分析發(fā)現(xiàn),其內(nèi)部結(jié)構(gòu)遵循集成電路芯片的構(gòu)成模式,能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和輸出的指令需求,同時利用中央處理器CPU以及相關存儲系統(tǒng)對多種數(shù)據(jù)進行指定輸入、存儲、輸出,從而實現(xiàn)微型計算機系統(tǒng)的構(gòu)建。隨著人們對控制領域的深入研究,這類控制類的元件能夠被高效利用。
1. 2 溫濕度模塊
利用溫度傳感器和數(shù)字模塊采集技術組合而成的DHT11 溫濕度傳感器,能夠準確對系統(tǒng)運行過程中的溫濕度進行測量,并可以控制測量精度。按照不同工作電壓的狀況,當工作電壓為3.0v-5.5v時,響應時間如果<5s,則該溫濕度傳感器會處于低功率運行狀態(tài),并且保持完整的信號輸出和接收,此時在信號發(fā)出以后,由于接收指令的輸入,DHT11 溫濕度傳感器會切換到高速模式,待指令輸入完成后由回應單片機進行信號接收和分析。不同的數(shù)據(jù)傳輸有一定的數(shù)據(jù)量限制,信號讀取速度直接決定DHT11 溫濕度傳感器的反應速度,當完成信號接收以及轉(zhuǎn)化的全部過程后,溫濕度傳感器則會重新回到原始工作狀態(tài),退出低速模式。
1. 3 甲醛模塊
利用通用型模組組合成電化學甲醛模塊。通過對空氣中的甲醛分子進行測量,接收空氣中的化學信號,在電化學系統(tǒng)下進行分析,配合NPC溫度傳感器,完成溫度的補充。之所以能夠?qū)崿F(xiàn)信號的完整輸入和轉(zhuǎn)換,是由于在不斷改良的電路設計中,能夠精準測量電化學信號,并且各接收端口可以獲得實時數(shù)據(jù),在經(jīng)過編輯和計算以后將指令下發(fā)給單片機和微機系統(tǒng),進而實現(xiàn)模塊化的設計和應用。
1. 4 PM2. 5 模塊
在激光散射原理的基礎上對空氣中的顆粒物進行檢測,配合顆粒物傳感器實現(xiàn)數(shù)字化信息采集,最終測得單位體積內(nèi)空氣中懸浮顆粒物的數(shù)量以及分布密度,通過傳感器信號的變化輸出測量結(jié)果。按照不同位置空氣中懸浮顆粒物的濃度,相關儀器、儀表會精準的顯示數(shù)量,確保以最快速度完成特定范圍內(nèi)的濃度數(shù)據(jù)采集。
2軟件設計
構(gòu)建完整的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),應用STM32單片機,完成單總線系統(tǒng)的編輯。單總線系統(tǒng)對各操作指令的數(shù)據(jù)要求更高,所以在按要求進行系統(tǒng)軟件的編寫過程中,要配合使用C語言和相關語言程序,利用編寫鍵盤進行相關程序的驅(qū)動。對已經(jīng)完成編輯的數(shù)據(jù)進行存儲,對各串口通訊程序進行串聯(lián),最終經(jīng)過分析后在LED顯示程序上顯示數(shù)據(jù)信息。在該系統(tǒng)中,不同位置的壓力傳感器以及電信號傳感器要第一時間獲取相關數(shù)據(jù),并且利用系統(tǒng)算法進行信號轉(zhuǎn)換,進而精準的對室內(nèi)空氣的質(zhì)量、溫度、濕度進行測量。利用數(shù)據(jù)存儲和顯示設備,配合彩色液晶屏,可以讓數(shù)字顯示結(jié)果更加清晰。經(jīng)過一段時間的研發(fā)和升級,該系統(tǒng)能夠?qū)挝幻娣e內(nèi)的空氣進行更高效率的檢測,同時在系統(tǒng)運行的過程中各監(jiān)控軟件可以配合軟件平臺推出相關應用,只需要在特定平臺上進行下載就可以完成實時監(jiān)控。
利用數(shù)據(jù)串行通信以及相關存儲功能,進一步展現(xiàn)MAX232接口芯片的應用價值,并保證數(shù)據(jù)獲取的精度。
3監(jiān)測系統(tǒng)的設計
隨著人們環(huán)保意識的不斷提高,以及對自身健康的高度重視,室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)逐漸得到了廣泛的應用。利用該系統(tǒng)能夠?qū)κ覂?nèi)環(huán)境中的各項參數(shù)進行準確的監(jiān)測。將STM32單片機應用在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)當中,能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與調(diào)節(jié)的自動化,更為有效地保持良好的室內(nèi)環(huán)境。
對于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的完善,要利用STM32單片機微控制器進行數(shù)據(jù)回收和使用??紤]內(nèi)核處理器的高效能運轉(zhuǎn)需求,各零部件的頻率要滿足75MHz的工作速率要求。還有,安裝定位器、定時器、通信接口在該系統(tǒng)中,可以對特定單元的數(shù)據(jù)進行采集和回收,從而實現(xiàn)特定區(qū)域的環(huán)境監(jiān)控。某些區(qū)域需要對溫濕度進行測量,同時了解二氧化碳濃度,再加入相關傳感器完成信號接收和轉(zhuǎn)換以后,配合系統(tǒng)顯示屏進行數(shù)字顯示,最終將重要的數(shù)字信號在屏幕上進行讀取。不同的數(shù)據(jù)在單總線系統(tǒng)中被處理以后,能夠準確的被各芯片識別,確保各類信息可以被高速處理,進而體現(xiàn)使用價值。按照目前科技發(fā)展的速度,信號最遠傳輸距離能達到600米左右,傳輸速度也能達到每秒110?k?b。將計算機系統(tǒng)與STM32單片機控制系統(tǒng)進行連接,能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)監(jiān)控,有利于進行相關位置數(shù)據(jù)的調(diào)控。按照不同區(qū)域的數(shù)據(jù)變化規(guī)律,提前對特定位置進行確定,結(jié)合已經(jīng)收集并處理的數(shù)據(jù)內(nèi)容,經(jīng)過存儲以后在LED顯示屏上顯示相關時間信息,從而提高數(shù)據(jù)的使用價值。還有,有些數(shù)據(jù)會隨著環(huán)境或時間的推移產(chǎn)生變化,室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)同時具備了信息存儲和查詢的功能,可以按照需求找尋歷史信息,從而更好的進行比對和分析。
4傳感器電路的設計
4.1反饋電路
進行室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控主要包括二氧化碳、溫度、濕度等數(shù)據(jù)參數(shù)內(nèi)容,STM單片機利用光電耦合器可以精準隔離輸出信號,在確保通過繼電器對空調(diào)、加濕器等設備進行完整指令操作以前,輸出信號系統(tǒng)處于關閉狀態(tài),直到接收最終確定信號以后才會對室內(nèi)的空氣質(zhì)量和環(huán)境參數(shù)進行調(diào)整。隨著室內(nèi)空氣參數(shù)逐步達到標準值,繼電器也會根據(jù)需求完成自動切斷,使STM32單片機停止工作,直到下一個信號指令輸入后才能重啟系統(tǒng)。
4.2溫度傳感器
利用熱固聚酯電容式傳感頭完成溫度的接收,提高溫度傳感器的靈敏度,配合內(nèi)部信號處理系統(tǒng)構(gòu)成完整的功能回路。溫度傳感器對周邊環(huán)境進行測量時,能夠以最短的速度得到高精度的結(jié)果,并且保證溫度測量的穩(wěn)定性。溫度傳感器本身使用耐腐性較強的材料,在進行實時溫度測量時可以按照需求進行相關補償,還有,單總線電壓和濕度測量的系統(tǒng)配合開關,實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換。重要的溫度信息會存儲在傳感器內(nèi)部,以便進行控制器信號的輸入。
4.3空氣質(zhì)量傳感器
室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中,必須包含空氣質(zhì)量傳感器。根據(jù)人類居住環(huán)境需求,利用空氣質(zhì)量傳感器對室內(nèi)的二氧化碳、煙霧、甲醛、甲苯等物質(zhì)的濃度進行測量,并應用高效的靈敏反應速度獲得實時數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)在運行過程中能耗較低,并且按照室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的需求可以做出相應的調(diào)整,及時判斷室內(nèi)有害氣體的含量。當某一有害氣體濃度迅速增加時,傳感器會在電信號的輔助下作出相關報警提示,從而保證居住者的生命安全。
結(jié)束語
本文主要介紹了其在系統(tǒng)、傳感器、軟件等方面的設計和應用,從而分析了其發(fā)揮作用的過程,通過系統(tǒng)各個方面的共同運作,實現(xiàn)了高精度、高效率的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測。同時利用網(wǎng)絡擴展,還能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控的功能,因而在實驗室、住宅樓、辦公樓等室內(nèi)環(huán)境中,都具有較強的適用性。
參考文獻
[1]陳東杰,許中石.單片機的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計探討[J].信息技術與信息化,2017(05):131-133.
[2]李智巖,劉玥,柳娟,唐瑩瑋,呂佳蓉,吳寶春.基于單片機的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].信息技術與信息化,2016(12):60-62.
[3]劉璋.STM32單片機在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的運用研究[J].數(shù)字技術與應用,2016(02):20.
[4]仰浩浩.試論STM32單片機在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的運用[J].數(shù)字技術與應用,2015(11):6.
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網(wǎng)址: 基于 STM32 單片機的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究 http://www.u1s5d6.cn/newsview115896.html
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