無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研制與開發(fā)

張宜楊　童鑫　潘鴻茹　張乘　張震斌

摘要：隨著人們對空氣污染的日益關(guān)注，空氣質(zhì)量監(jiān)測已成為家居生活的重要組成部分。采用STM32、MS1100VOC傳感器制作了無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可有效檢測空氣中甲醛的濃度值，并通過WiFi模塊，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)空氣質(zhì)量的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測等功能。

關(guān)鍵詞：STM32；空氣質(zhì)量檢測；甲醛；WiFi

中圖分類號：TP212.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）8012502

1引言

近些年來，空氣污染問題日益嚴(yán)重，室內(nèi)有害氣體污染狀況不容樂觀，引起室內(nèi)空氣污染的物質(zhì)多種多樣，最普遍的當(dāng)屬甲醛。國內(nèi)現(xiàn)有氣體檢測設(shè)備研發(fā)起步較晚，穩(wěn)定性不足，通信能力差。因此研發(fā)一款具有無線傳輸功能的氣體檢測設(shè)備是極其重要的。

設(shè)計(jì)并研發(fā)了基于STM32的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，儀器核心為STM32微處理器，運(yùn)用甲醛傳感器實(shí)時(shí)采集室內(nèi)甲醛濃度信號，將數(shù)據(jù)顯示在液晶屏，同時(shí)又具有遠(yuǎn)程監(jiān)測功能。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

采用高精度甲醛傳感器進(jìn)行系統(tǒng)前端信號采集，將甲醛濃度物理信號轉(zhuǎn)換為電信號傳輸給微處理器控制部分進(jìn)行處理和運(yùn)算，在液晶顯示屏上顯示室內(nèi)甲醛實(shí)時(shí)濃度數(shù)值。另一方面，用戶可通過智能手機(jī)等無線設(shè)備向WIFI模塊發(fā)送指令，單片機(jī)接收指令后再做出相應(yīng)操作，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖如圖1所示。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

開發(fā)的硬件主要包括：微處理器最小系統(tǒng)、電源供電模塊、中文液晶顯示屏、甲醛采集模塊、溫濕度采集模塊、WIFI模塊、蜂鳴報(bào)警模塊等。硬件架構(gòu)如圖2所示。

本系統(tǒng)采用ST公司出品的STM32F103C8T6微處理器，具有低功耗、最大集成度、結(jié)構(gòu)簡單、處理速度快、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。其最小系統(tǒng)的電路原理圖如圖3所示。

甲醛傳感器采用的型號是MS1100-P111VOC，該型號傳感器具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種進(jìn)口的半導(dǎo)體式傳感器。具體電路圖如圖4所示。

溫濕度傳感器采用的型號是DHT11，該傳感器電路簡單、穩(wěn)定性好、功耗很小，可以自動(dòng)休眠，具體電路圖如圖5所示。

顯示屏采用Usart-GPU串口液晶屏，由于價(jià)格低

廉，受到廣大用戶喜愛，無需轉(zhuǎn)編號，支持直接漢字驅(qū)動(dòng)、真彩圖形顯示。顯示屏與STM32微處理器的接口原理圖如圖6所示。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用模塊化和層次化的設(shè)計(jì)方法，使用C語言進(jìn)行代碼編寫?；谲浖K化開發(fā)和設(shè)計(jì)，編寫了STM32硬件初始化模塊、甲醛傳感器采集模塊、溫濕度傳感器采集模塊、Usart-GPU串口液晶顯示模塊、蜂鳴報(bào)警模塊等的驅(qū)動(dòng)程序。軟件流程圖如圖7所示。

該系統(tǒng)樣機(jī)軟硬件已經(jīng)設(shè)計(jì)制作完畢，同時(shí)進(jìn)行了設(shè)備的測試，結(jié)果顯示該系統(tǒng)可以完成甲醛濃度、溫濕度采集，液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前室內(nèi)空氣質(zhì)量情況。如果甲醛濃度超標(biāo)，蜂鳴器則發(fā)出聲音告警信息，提示用戶。該系統(tǒng)實(shí)物照片如圖8所示。

5結(jié)語

研制和開發(fā)了基于STM32的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，采用甲醛傳感器、溫濕度傳感器進(jìn)行信號采集，并將甲醛的濃度值、溫濕度值實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示屏上，可以通過WiFi無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測。如果空氣中甲醛超過國家標(biāo)準(zhǔn)安全閾值，系統(tǒng)會(huì)立刻進(jìn)行蜂鳴報(bào)警，以實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)空氣污染物實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警。測試結(jié)果證明，所有功能能夠完整地實(shí)現(xiàn)，可靠性高，該系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]

徐科軍.傳感器與檢測技術(shù)[J].北京：電子工業(yè)出版社，2011：202～260.

[2]陳啟軍，余有靈.嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2011：20～23.

[3]鄭曉慶，楊日杰.多路輸出DC-DC電路設(shè)計(jì)[J].研究與開發(fā)，2012，31 （9）：30～32.

[4]劉軍.例說STM32[J].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011：134～149.