基于STM32的室內(nèi)有毒氣體智能監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王龍+王大雷

摘 要：市場上多數(shù)有毒氣體監(jiān)測的設(shè)備大多存在由于需要測量范圍大，造成設(shè)備測量的氣體過于嘈雜，不精確。由此設(shè)計(jì)了一款室內(nèi)精確度高，采用STM32單片機(jī)作為核心高性能的智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過傳感器對煙霧、溫度、天然氣、CO等有毒氣體的采集，GSM智能報(bào)警，和液晶顯示相結(jié)合的智能監(jiān)測設(shè)計(jì)，大大提高了的精確度以及更好的人機(jī)交互。

關(guān)鍵詞：GSM通信；STM32；室內(nèi)氣體監(jiān)測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.119

1 背景

由于最近幾年，網(wǎng)上及身邊連續(xù)發(fā)生幾起室內(nèi)CO煤氣中毒事件，帶來致命的傷害。近年來，數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化進(jìn)一步加劇。智能監(jiān)測能極大提高人們的生活安全水平，能隨時(shí)隨地了解室內(nèi)的有關(guān)情況對于人生財(cái)產(chǎn)安全具有重大意義。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，以STM32F103為中央處理單元，通過對煙霧，溫度等信號(hào)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，把這些采集的模擬信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，再送給STM32F103單片機(jī)，將采集的數(shù)據(jù)由STM32F103單片機(jī)發(fā)送給液晶顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示以及人機(jī)交互，并由其進(jìn)行邏輯判斷處理，如有事故發(fā)生，本系統(tǒng)立即會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警，通過 GSM無線通信模塊第一時(shí)間向預(yù)設(shè)的手機(jī)號(hào)發(fā)送報(bào)警短信，降低事故的發(fā)成。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路按照分為電源模塊、單片機(jī)模塊、顯示模塊、報(bào)警模塊、傳感器模塊、GSM模塊這六個(gè)模塊組成。下面分別介紹下這六個(gè)模塊。

3.1 電源模塊電路

整個(gè)系統(tǒng)最基礎(chǔ)也最為關(guān)鍵的就是電源模塊，他需要給各個(gè)模塊提供電壓電流，來給各個(gè)模塊提供穩(wěn)定的工作環(huán)境。電源模塊由220V交流室電通過電源插頭轉(zhuǎn)為12V直流電路提供給GSM模塊工作，再通過LM2596穩(wěn)壓成5V成為其他傳感器和TFT彩屏模塊供電，并為單片機(jī)模塊提供3.3V工作電壓，由于多次諧波對弱電系統(tǒng)的干擾特別嚴(yán)重，為減少諧波對弱電系統(tǒng)的干擾，本穩(wěn)壓模塊前后均設(shè)有濾波電容。

3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊

此模塊是本設(shè)計(jì)最為核心的地方，采用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F103系列芯片作為本系統(tǒng)的主控，該芯片基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核。為本設(shè)計(jì)提供穩(wěn)定的系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。

3.3 傳感器模塊和GSM模塊

溫度模塊采用DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20傳感器，它無需 A/D轉(zhuǎn)換器就可以直接讀出被測溫度，并且根據(jù)實(shí)際具體要求實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)值讀出方式。GSM模塊采用國內(nèi)正點(diǎn)原子科技公司的一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊SIM900，它主要通過串口傳輸標(biāo)準(zhǔn)的AT命令對模塊進(jìn)行控制，并具有 GSM 網(wǎng)絡(luò)通信功能。

3.4 顯示模塊

顯示模塊采用3.5寸分辨率為320*480 TFT LCD自帶觸摸屏，從而可以做到低功耗、高速度、高亮度、高對比度顯示室內(nèi)的溫度和煙霧濃度等數(shù)據(jù)信息，并且可以附帶觸摸功能，可以與機(jī)器進(jìn)行相關(guān)操作實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，其與外部連接方式如圖所示。

3.5 程序設(shè)計(jì)

開啟電源后，單片機(jī)系統(tǒng)開始工作，首先初始化UART串口、GSM、外部中斷、以及傳感器模塊，初始化結(jié)束程序進(jìn)入大循環(huán)。把溫度傳感器和煙霧傳感器放置好，單片機(jī)開始收集傳感器的數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)處理如果超過預(yù)設(shè)值則啟動(dòng)LED、蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)GSM發(fā)送報(bào)警信息。

3.6 報(bào)警模塊

設(shè)備啟動(dòng)報(bào)警模快后，蜂鳴器會(huì)發(fā)出間斷聲響，以及LED燈光會(huì)發(fā)出閃爍信號(hào)通知周圍人員。

4 結(jié)論

本文以 STM32F103系列作為核心控制器，充分發(fā)揮其硬件資源豐富、數(shù)據(jù)處理與實(shí)時(shí)控制性強(qiáng)的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)出的室內(nèi)高精度氣體檢測儀且成本低、實(shí)用度高、功能強(qiáng)大、工作穩(wěn)定可靠并且易于操作和維護(hù)。本設(shè)計(jì)采用了觸摸屏的人機(jī)互動(dòng)的操作界面，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的修改相關(guān)預(yù)設(shè)值。具有良好的應(yīng)用價(jià)值，是一種新型的室內(nèi)壁掛式氣體智能檢測儀器。