基于STM32的智能空氣凈化系統(tǒng)的研究設(shè)計

王明亮+白超+呂俊飛+夏旭洪

摘 要：目前空氣質(zhì)量引起環(huán)境污染事件多有發(fā)生，但現(xiàn)有的空氣凈化系統(tǒng)功能比較單一，只能采取簡單的現(xiàn)場監(jiān)測然后通過就地控制凈化，并且價格較高使其并沒有能夠普及。針對以上情況，文章設(shè)計了一種基于ESP8266 WIFI模塊和STM32嵌入式微處理器的遠(yuǎn)近程控制裝置，該裝置可以檢測現(xiàn)場顆粒物、甲醛以及溫濕度參數(shù)，在手機(jī)客戶端顯示當(dāng)前檢測到的值，進(jìn)而自動或者啟動凈化系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)了溫濕度監(jiān)測、甲醛監(jiān)測、PM2.5監(jiān)測、加濕控制、空氣凈化控制以及產(chǎn)生負(fù)離子等功能，測試使用效果良好。

關(guān)鍵詞：STM32；遠(yuǎn)程監(jiān)控；智能凈化；ESP8266

中圖分類號：TM925.16 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）05-0107-02

Abstract： At present， most of the air pollution events are caused by air quality， but the existing air purification system function is relatively simple， and can only be dealt with through simple on-site monitoring and then purified by local control. And high prices make it less popular. In view of the above situation， this paper designs a kind of remote and near range control device based on ESP8266 WIFI module and STM32 embedded microprocessor. The device can detect particulate matter， formaldehyde and temperature and humidity parameters， display the current detection value in the mobile phone client， and then automatically start the purification system. The functions of temperature and humidity monitoring， formaldehyde monitoring， PM2.5 monitoring， humidification control， air purification control and negative ion production are designed and realized.

Keywords： STM32； remote monitoring； intelligent purification； ESP8266

1 概述

本文研究的智能空氣凈化系統(tǒng)是通過GP2Y1010AU粉塵傳感器等其他傳感器來檢測室內(nèi)空氣質(zhì)量，采用STM32系列單片機(jī)為核心，WIFI和紅外進(jìn)行遠(yuǎn)程、近程控制方式。傳感器采集到的信息進(jìn)行信號處理分析，通過Andriod系統(tǒng)的手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。從而達(dá)到室內(nèi)空氣的凈化與保溫，加濕，還室內(nèi)一個清新潔凈的環(huán)境。

凈化系統(tǒng)中含有活性炭——納米TiO2和過濾初級和多級過濾棉，結(jié)合傳感的使用、液晶顯示串口通信協(xié)議，使其具有多功能凈化功能。裝置通過抽取、吸附、過濾顆粒物及微生物、進(jìn)行殺菌消毒與去除一些異味，然后使室內(nèi)空氣質(zhì)量得到凈化清新，實現(xiàn)凈化器的智能控制。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)以STM32F103RBT6處理器為控制核心，通過手機(jī)客戶端和紅外進(jìn)行該智能空氣凈化器的遠(yuǎn)近程控制，信號由各個傳感器檢測，經(jīng)過轉(zhuǎn)化，把相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳給微處理器，處理器根據(jù)檢測值進(jìn)行控制。

裝置輸入模塊為各路傳感器采集到的信號，主要有溫濕度的傳感器DHT11、甲醛的傳感器、顆粒物傳感器等。傳感器輸出的數(shù)據(jù)顯示在手機(jī)客戶端上。若檢測到環(huán)境的溫濕度高于一定值，芯片把控制信號發(fā)送給繼電器模塊。繼電器模塊上的排風(fēng)扇此時開始工作，從而使環(huán)境溫濕度降低。甲醛傳感器選用了數(shù)字型傳感器，其將接收到的信號通過與比較器設(shè)定值相比較，若甲醛濃度超過一定值，則通過單片機(jī)控制啟動排風(fēng)。PM2.5粉塵灰塵傳感器選擇了數(shù)字式開關(guān)量傳感器，工作方式相同。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 電源電路設(shè)計

本系統(tǒng)采用AC220V供電，通過開關(guān)電源得到12V電源，供給電機(jī)使用；再用MP2303將12V轉(zhuǎn)化為5V，最后又AMS1117將5V轉(zhuǎn)化為3.3V供給單片機(jī)使用，5V轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。

2.2 風(fēng)機(jī)及加濕器控制電路

系統(tǒng)采用了繼電器輸出控制，光耦通過單片機(jī)PC3控制，有信號時光耦接通使三極管導(dǎo)通，從而來控制繼電器的開與關(guān)。其中LED用于繼電器工作狀態(tài)指示?？刂齐娐啡鐖D3所示。

2.3 WIFI模塊電路

系統(tǒng)WIFI通信使用了ESP8266模塊，通過STM32微處理器的串口3管腳來控制WIFI模塊的RXD與TXD管腳完成串行通信控制。由管腳CH-PD控制模塊上電、下電及重啟控制。GPIO12連接的按鍵SW-PB是模塊的復(fù)位鍵。LED6是檢驗單片機(jī)與WIFI模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘栔甘?，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時該LED會每個幾十毫秒進(jìn)行發(fā)光閃爍，當(dāng)沒有信息信號交流時，該LED會一直處于高電平狀態(tài)，即會一直處在接通高亮狀態(tài)。電路圖如圖4所示。

ESP8266擁有強(qiáng)大的處理能力、RAM與ROOM，通過IO口就可接入集成感應(yīng)器和設(shè)備，使設(shè)備占有處理器的資源最少化。

2.4 HMI串口屏

系統(tǒng)選用了HMI串口屏作為顯示終端。HMI串口屏就是封裝某些通信協(xié)議而制成的屏幕，這種屏幕可以通過串口USART或者SPI等等與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。微處理器可以通過串口發(fā)指令來控制屏幕從而改變顯示的屬性。

對于HMI串口屏而言，該串口屏而單片機(jī)連接并不需要其它外部電路的輔助，僅僅需要占用單片機(jī)的一個串口2，通過RX，TX與單片機(jī)完成交互。其次，它與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸速度不受限制。屏幕指令簡單，不需要上位機(jī)的復(fù)雜操作等進(jìn)行輔助。裝置運行界面如圖5所示。

3 結(jié)束語

系統(tǒng)實現(xiàn)了通過手機(jī)客戶端APP對智能空氣凈化器的監(jiān)控，從而營造了良好的室內(nèi)環(huán)境。隨著智能家居環(huán)境監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展，相信遠(yuǎn)程無線通信技術(shù)與家居設(shè)備的智能化，一定會產(chǎn)生驚人的效果，為人們帶來更加安全、舒適、方便的生活環(huán)境。

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