孫飛 劉通 張棟
        黑龍江科技大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150027

        摘要：STM32單片機(jī)與傳統(tǒng)檢測(cè)手段相比，其布線更加簡(jiǎn)潔、結(jié)構(gòu)也更加簡(jiǎn)答，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)的效果更好，目前應(yīng)用比較廣泛，在很大程度上促進(jìn)了室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化與升級(jí)。本文就以STM32單片機(jī)為例，對(duì)室內(nèi)環(huán)境環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行幾點(diǎn)研究。
        關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī)；傳感器；無線通訊
        引言
隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也在不斷完善，基于STM32單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅具有良好的檢測(cè)效果，而且操作便捷，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用范圍更加廣泛，為室內(nèi)環(huán)境環(huán)境監(jiān)測(cè)提供巨大助力，對(duì)其系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的深入研究也顯得十分必要。
        1硬件設(shè)計(jì)
1. 1 STM32F103C8T6 最小系統(tǒng)
按照單片機(jī)的組裝要求，最小系統(tǒng)的構(gòu)造需要包括STM32 單片機(jī)、電源電路、下載電路、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。對(duì)單片機(jī)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(shí)利用中央處理器CPU以及相關(guān)存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)多種數(shù)據(jù)進(jìn)行指定輸入、存儲(chǔ)、輸出，從而實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)建。隨著人們對(duì)控制領(lǐng)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(shù)組合而成的DHT11 溫濕度傳感器，能夠準(zhǔn)確對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的溫濕度進(jìn)行測(cè)量，并可以控制測(cè)量精度。按照不同工作電壓的狀況，當(dāng)工作電壓為3.0v-5.5v時(shí)，響應(yīng)時(shí)間如果<5s，則該溫濕度傳感器會(huì)處于低功率運(yùn)行狀態(tài)，并且保持完整的信號(hào)輸出和接收，此時(shí)在信號(hào)發(fā)出以后，由于接收指令的輸入，DHT11 溫濕度傳感器會(huì)切換到高速模式，待指令輸入完成后由回應(yīng)單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)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(hào)讀取速度直接決定DHT11 溫濕度傳感器的反應(yīng)速度，當(dāng)完成信號(hào)接收以及轉(zhuǎn)化的全部過程后，溫濕度傳感器則會(huì)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(xué)甲醛模塊。通過對(duì)空氣中的甲醛分子進(jìn)行測(cè)量，接收空氣中的化學(xué)信號(hào)，在電化學(xué)系統(tǒng)下進(jìn)行分析，配合NPC溫度傳感器，完成溫度的補(bǔ)充。之所以能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的完整輸入和轉(zhuǎn)換，是由于在不斷改良的電路設(shè)計(jì)中，能夠精準(zhǔn)測(cè)量電化學(xué)信號(hào)，并且各接收端口可以獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在經(jīng)過編輯和計(jì)算以后將指令下發(fā)給單片機(jī)和微機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模塊化的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。
1. 4 PM2. 5 模塊
在激光散射原理的基礎(chǔ)上對(duì)空氣中的顆粒物進(jìn)行檢測(cè)，配合顆粒物傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息采集，最終測(cè)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(hào)的變化輸出測(cè)量結(jié)果。按照不同位置空氣中懸浮顆粒物的濃度，相關(guān)儀器、儀表會(huì)精準(zhǔn)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(shè)計(jì)
構(gòu)建完整的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用STM32單片機(jī)，完成單總線系統(tǒng)的編輯。單總線系統(tǒng)對(duì)各操作指令的數(shù)據(jù)要求更高，所以在按要求進(jìn)行系統(tǒng)軟件的編寫過程中，要配合使用C語言和相關(guān)語言程序，利用編寫鍵盤進(jìn)行相關(guān)程序的驅(qū)動(dòng)。對(duì)已經(jīng)完成編輯的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)各串口通訊程序進(jìn)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(hào)傳感器要第一時(shí)間獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，并且利用系統(tǒng)算法進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，進(jìn)而精準(zhǔn)的對(duì)室內(nèi)空氣的質(zhì)量、溫度、濕度進(jìn)行測(cè)量。利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和顯示設(shè)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(shí)間的研發(fā)和升級(jí)，該系統(tǒng)能夠?qū)挝幻娣e內(nèi)的空氣進(jìn)行更高效率的檢測(cè)，同時(shí)在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中各監(jiān)控軟件可以配合軟件平臺(tái)推出相關(guān)應(yīng)用，只需要在特定平臺(tái)上進(jìn)行下載就可以完成實(shí)時(shí)監(jiān)控。

利用數(shù)據(jù)串行通信以及相關(guān)存儲(chǔ)功能，進(jìn)一步展現(xiàn)MAX232接口芯片的應(yīng)用價(jià)值，并保證數(shù)據(jù)獲取的精度。
        3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，以及對(duì)自身健康的高度重視，室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。利用該系統(tǒng)能夠?qū)κ覂?nèi)環(huán)境中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。將STM32單片機(jī)應(yīng)用在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)的自動(dòng)化，更為有效地保持良好的室內(nèi)環(huán)境。
對(duì)于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完善，要利用STM32單片機(jī)微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)回收和使用。考慮內(nèi)核處理器的高效能運(yùn)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(shí)器、通信接口在該系統(tǒng)中，可以對(duì)特定單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和回收，從而實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的環(huán)境監(jiān)控。某些區(qū)域需要對(duì)溫濕度進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)了解二氧化碳濃度，再加入相關(guān)傳感器完成信號(hào)接收和轉(zhuǎn)換以后，配合系統(tǒng)顯示屏進(jìn)行數(shù)字顯示，最終將重要的數(shù)字信號(hào)在屏幕上進(jìn)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(zhǔn)確的被各芯片識(shí)別，確保各類信息可以被高速處理，進(jìn)而體現(xiàn)使用價(jià)值。按照目前科技發(fā)展的速度，信號(hào)最遠(yuǎn)傳輸距離能達(dá)到600米左右，傳輸速度也能達(dá)到每秒110?k?b。將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與STM32單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)監(jiān)控，有利于進(jìn)行相關(guān)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(duì)特定位置進(jìn)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(chǔ)以后在LED顯示屏上顯示相關(guān)時(shí)間信息，從而提高數(shù)據(jù)的使用價(jià)值。還有，有些數(shù)據(jù)會(huì)隨著環(huán)境或時(shí)間的推移產(chǎn)生變化，室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同時(shí)具備了信息存儲(chǔ)和查詢的功能，可以按照需求找尋歷史信息，從而更好的進(jìn)行比對(duì)和分析。
        4傳感器電路的設(shè)計(jì)
4.1反饋電路
進(jìn)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(jī)利用光電耦合器可以精準(zhǔn)隔離輸出信號(hào)，在確保通過繼電器對(duì)空調(diào)、加濕器等設(shè)備進(jìn)行完整指令操作以前，輸出信號(hào)系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)，直到接收最終確定信號(hào)以后才會(huì)對(duì)室內(nèi)的空氣質(zhì)量和環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。隨著室內(nèi)空氣參數(shù)逐步達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，繼電器也會(huì)根據(jù)需求完成自動(dòng)切斷，使STM32單片機(jī)停止工作，直到下一個(gè)信號(hào)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(hào)處理系統(tǒng)構(gòu)成完整的功能回路。溫度傳感器對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行測(cè)量時(shí)，能夠以最短的速度得到高精度的結(jié)果，并且保證溫度測(cè)量的穩(wěn)定性。溫度傳感器本身使用耐腐性較強(qiáng)的材料，在進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測(cè)量時(shí)可以按照需求進(jìn)行相關(guān)補(bǔ)償，還有，單總線電壓和濕度測(cè)量的系統(tǒng)配合開關(guān)，實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換。重要的溫度信息會(huì)存儲(chǔ)在傳感器內(nèi)部，以便進(jìn)行控制器信號(hào)的輸入。
4.3空氣質(zhì)量傳感器
室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)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(duì)室內(nèi)的二氧化碳、煙霧、甲醛、甲苯等物質(zhì)的濃度進(jìn)行測(cè)量，并應(yīng)用高效的靈敏反應(yīng)速度獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中能耗較低，并且按照室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求可以做出相應(yīng)的調(diào)整，及時(shí)判斷室內(nèi)有害氣體的含量。當(dāng)某一有害氣體濃度迅速增加時(shí)，傳感器會(huì)在電信號(hào)的輔助下作出相關(guān)報(bào)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(shè)計(jì)和應(yīng)用，從而分析了其發(fā)揮作用的過程，通過系統(tǒng)各個(gè)方面的共同運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)了高精度、高效率的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)。同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，因而在實(shí)驗(yàn)室、住宅樓、辦公樓等室內(nèi)環(huán)境中，都具有較強(qiáng)的適用性。
        參考文獻(xiàn)
[1]陳東杰,許中石.單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].信息技術(shù)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(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與信息化,2016(12):60-62.
[3]劉璋.STM32單片機(jī)在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的運(yùn)用研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2016(02):20.
[4]仰浩浩.試論STM32單片機(jī)在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的運(yùn)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2015(11):6.

相關(guān)知識(shí)

STM32智能健康監(jiān)測(cè)手環(huán)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
人體多生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研制
基于STM32的奶牛生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
「環(huán)境監(jiān)測(cè)」空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，24小時(shí)在線提升室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量
基于STM32的老年人健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
可穿戴式健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與展望
基于藍(lán)牙和智能手機(jī)的人體多生理參數(shù)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
室內(nèi)環(huán)境
基于單片機(jī)的便攜式多功能實(shí)時(shí)生理參數(shù)監(jiān)測(cè)儀
室內(nèi)環(huán)境污染

網(wǎng)址: 基于 STM32 單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究 http://www.u1s5d6.cn/newsview115896.html