基于STM32的溫濕度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳江輝+林孝騰+朱衛(wèi)+吳耿宇+虞磊

摘 要：基于STM32F103ZET6單片機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)溫濕度采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用數(shù)字式溫濕度傳感器SHT11采集環(huán)境的濕度值，STM32通過計(jì)算之后得到溫濕度數(shù)據(jù)，輸出至LCD12864顯示，如果溫濕度數(shù)據(jù)超出報(bào)警閾值，則會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，溫濕度數(shù)據(jù)還可以通過GSM模塊發(fā)送數(shù)據(jù)至手機(jī)。

關(guān)鍵詞：溫濕度；報(bào)警系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，利用溫室大棚來培育農(nóng)作物越來越普及，而大棚環(huán)境不同于室外，溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等外部條件，將會(huì)直接影響農(nóng)作物的生長，而我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展比較晚，一般依靠操作人員使用傳統(tǒng)的溫度計(jì)、濕度計(jì)等方法對現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行檢測，這樣就比較浪費(fèi)人力資源和時(shí)間資源，同時(shí)由于傳感器本身的制約導(dǎo)致準(zhǔn)確度和實(shí)用性也受到一定的影響，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能檢測技術(shù)的普及，由傳感器、微控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等組成的智能監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的革新。本文研制的是基于STM32土壤溫濕度采集系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)是將TDR土壤濕度傳感器獲得濕度數(shù)據(jù)、DS18B20采集的土壤溫度數(shù)據(jù)以及SHT11獲得的空氣溫濕度數(shù)據(jù)通過單片機(jī)的A/D接口進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示屏上，通過遙控按鍵可以方便的設(shè)定采集數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔、采集數(shù)據(jù)的類型（便于統(tǒng)計(jì)分析）、系統(tǒng)時(shí)間等信息。

一、硬件電路設(shè)計(jì)

土壤溫濕度智能檢測系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：主控芯片STM32F103C8T6，數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，通信電路，紅外遙控電路，LED顯示電路，GSM模塊電路。圖1所示為該系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖。

1.主控芯片STM32F103C8T6

STM32F103C8T6是意法半導(dǎo)體公司的基于Cortex^TM-M3內(nèi)核的微型控制器，最高72MHz工作頻率，內(nèi)置20K字節(jié)的SRAM，64K字節(jié)的FLASH，包含2個(gè)12位的ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和1個(gè)PWM定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)通信接口：多達(dá)2個(gè) 接口和SPI接口、個(gè)USART接口、一個(gè)USB接口和一個(gè)CAN接口。該處理器具有體積小、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，且性價(jià)比很高。

2.濕度數(shù)據(jù)采集

SHT11的濕度檢測運(yùn)用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護(hù)的“微型結(jié)構(gòu)”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御來自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個(gè)單一的個(gè)體，因而測量精度較高且可精確得出露點(diǎn)，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。

3.GSM模塊

STM32通過RS232串口與GSM模塊通信，使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令來控制GSM模塊實(shí)現(xiàn)各種無線通信功能，例如：發(fā)送短信，撥打電話，GPRS撥號(hào)上網(wǎng)等。基于GSM模塊產(chǎn)品的開發(fā)往往都是基于ARM平臺(tái)，使用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。有些GSM模塊具有“開放內(nèi)置平臺(tái)”功能，可以讓客戶將自己的程序嵌入到模塊內(nèi)的軟件平臺(tái)中。本項(xiàng)目中運(yùn)用GSM模塊來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與手機(jī)的通信功能，便于使用者能隨時(shí)隨地監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行狀況和采集結(jié)果。

二、程序設(shè)計(jì)

本文根據(jù)功能要求，主要分為幾個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、閾值報(bào)警模塊，GSM模塊。數(shù)據(jù)模塊主要采集溫濕度數(shù)據(jù)，STM32計(jì)算之后得到溫濕度數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)超過設(shè)定溫濕度閾值，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并將該信息發(fā)送至手機(jī)，GSM模塊還可以通過手機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)請求信號(hào)來實(shí)時(shí)獲得環(huán)節(jié)溫濕度數(shù)據(jù)等相關(guān)信息，程序設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

三、結(jié)語

選用STM32，能夠完成設(shè)計(jì)功能，且滿足后續(xù)二次開發(fā)的要求；濕度傳感器SHT11數(shù)據(jù)采集快速且滿足精度要求；GSM模塊滿足了人們對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測要求，該設(shè)計(jì)成本低，操作簡便，性價(jià)比高，能夠在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)項(xiàng)目中推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社.2004.

[2]譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社.2014.

[3]蒙博宇.STM32自學(xué)筆記.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2014.

[4]祖一康，徐妙婧；一種基于單片機(jī)和VB的多點(diǎn)溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]；長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版）；2014（19）.

[5]胡古月，黃麗華.基于STM32的溫室溫濕度采集系統(tǒng)[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（8）.endprint