一種基于STM32的溫濕度檢測系統(tǒng)

◆陳泳屹

（鄭州大學(xué)軟件學(xué)院）

在追求生產(chǎn)質(zhì)量的過程中，我們愈發(fā)關(guān)注在生產(chǎn)活動中相關(guān)外界因素對生產(chǎn)活動的干擾，溫度和濕度就是極為常見卻又極易對我們的生產(chǎn)活動造成巨大影響的兩種外界因素。于是我們在各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境下對溫濕度都有著較高的要求，防止對我們的生產(chǎn)活動產(chǎn)生負面影響從而造成經(jīng)濟損失。然而，在一些特殊的檢測環(huán)境下，我們就需要相應(yīng)的檢測裝置來適配，從而實現(xiàn)更為方便、更為貼合生產(chǎn)實際要求的高效率檢測。于是我設(shè)計了一種基于STM32的溫濕度檢測系統(tǒng)，以便能夠適應(yīng)更好的生產(chǎn)生活的需要。

1 系統(tǒng)概述

本裝置依托于無線傳輸、溫濕度檢測、自動報警等功能，應(yīng)用于生產(chǎn)活動環(huán)境下的溫濕度檢測，能夠在一定的距離下進行相關(guān)的控制操作。是集溫濕度信息采集、危險情況報警以及無線接收信息于一身的溫濕度檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是STM32F1系列芯片，DHT11系列溫濕度傳感器、HC-SR501熱釋電人體紅外感應(yīng)模塊、74HC595數(shù)碼管以及HC-05藍牙通信模塊等。

2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)分為兩種工作模式：人工工作模式和無線工作模式。兩種工作模式可以實現(xiàn)有人和無人兩種情況下對溫濕度檢測系統(tǒng)的操作，系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

2.1 人工工作模式

人工工作模式下，使用者可以通過裝置上的按鍵來操縱裝置功能。當(dāng)安裝在本裝置上的熱釋電人體紅外感應(yīng)模塊檢測到有人在0～3米范圍內(nèi)時，便會開啟人工模式，實時溫度和濕度會顯示在4位數(shù)碼管上。當(dāng)裝置實時檢測的溫度或者濕度數(shù)值達到我們所設(shè)置的閾值就會產(chǎn)生報警，直到實時的溫濕度數(shù)值都降到我們所設(shè)置的閾值以下后才會自動關(guān)閉報警。

2.2 無線工作模式

在無線工作模式下，操作者可利用移動設(shè)備上的藍牙功能與該裝置的HC-05藍牙模塊相連接，并通過發(fā)送特定信號便能夠?qū)崟r獲取溫度和濕度相應(yīng)的數(shù)值；發(fā)送“溫度”就可以實時獲取溫度信息，發(fā)送“濕度”就可以實時獲取濕度信息。當(dāng)裝置實時檢測的溫度或者濕度數(shù)值達到我們所設(shè)置的閾值就會觸發(fā)報警，直到實時的溫濕度數(shù)值都降到我們所設(shè)置的閾值以下后才會自動關(guān)閉報警。

圖1 系統(tǒng)工作流程圖

3 系統(tǒng)硬件組成

3.1 最小系統(tǒng)

該裝置主要采用了STM32F103ZET6芯片作為主控，這款芯片隸屬于意法半導(dǎo)體公司旗下的 ARM Cortex-M3系列微控制器，擁有72MHz頻率的CPU和具有高達1MB的FLASH。擁有一流的外設(shè)和低功耗、低壓操作實現(xiàn)高性能，同時還以可接受的價格、利用簡單的架構(gòu)和簡便易用的工具實現(xiàn)了高集成度。

3.2 溫濕度傳感器

該裝置的溫濕度傳感器采用的是DHT11芯片，這是一款有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合型傳感器，它包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并且與一個高性能的8位單片機相連接，具有響應(yīng)快、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。其精度濕度為±單片機相，溫度±溫度，量程濕度20%～90%RH，溫度0～50度。該芯片具有4個引腳分別為VCC、DATA、NC、GND，與微處理器的硬件連線如圖2所示。

圖2 溫濕度傳感器引腳連接圖

3.3 74HC595四位數(shù)碼管

該裝置采用的74HC595四位數(shù)碼管為共陽極型，一共有3個引腳，分別為RCLK、DIO、SCLK。采用兩片74HC595位移緩存器級聯(lián)的方式來進行信號的輸入。其中SCLK是上升沿寫入數(shù)據(jù)，RCLK是上升沿數(shù)據(jù)鎖存顯示，DIO是數(shù)據(jù)輸入。我們通過四位數(shù)碼管能夠在前兩位顯示溫度的數(shù)值，在后兩位顯示濕度的數(shù)值。

3.4 HC-SR501人體紅外感應(yīng)器

HC-SR501熱釋電人體紅外感應(yīng)模塊的加入是為了確保在人工工作模式下能夠不受意外的外力作用按鍵導(dǎo)致錯誤的操作，只有當(dāng)人靠近裝置至0～3米時才會開啟相應(yīng)的人工工作模式。HC-SR501熱釋電人體紅外傳感器具有被動式紅外探頭，加上菲涅爾透鏡能夠在較大的探測角度中靈敏地捕捉人體紅外線的存在，其具有 3個引腳分別是VCC，DATA，GND。

3.5 HC-05藍牙通信模塊

藍牙通信作為該裝置的無線通信方式，具有傳輸穩(wěn)定，傳輸效率高等特點。使用 AT指令可以對HC-05藍牙模塊進行相應(yīng)的初始化工作。首先配置藍牙模塊的相應(yīng)模式，我們通過USB-TTL模塊將藍牙模塊與 PC進行連接并進行初始化調(diào)試，設(shè)置其為從機模式（AT+ROLE=0），設(shè)置相應(yīng)的藍牙密碼（AT+PSWD=牙密碼（，設(shè)）和波特率（AT+UART=115200，1，0），將藍牙模塊設(shè)置為任意連接模式（AT+CMODE=1），HC-05藍牙模塊與MCU連接如圖3所示。

3.6 報警模塊

報警模塊由LED燈與蜂鳴器組成。當(dāng)DHT11溫濕度傳感器模塊檢測到的溫度或濕度超過初始設(shè)定的閾值時，就會引發(fā)蜂鳴器報警以及LED燈的閃爍，直到檢測到的溫濕度低于所設(shè)定的閾值后，才會取消蜂鳴器報警及閃爍。

圖3 HC-05藍牙引腳連接圖

4 設(shè)計驗證

用以STM32作為核心搭建起相應(yīng)的實物進行設(shè)計驗證，將系統(tǒng)初始化并上電運行，電源指示燈亮起，各項傳感器模塊正常工作，我們也能夠接收到實時的溫濕度信息，如圖4所示，有人靠近裝置時會被紅外傳感器檢測到并在四位數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的溫濕度數(shù)值信息，如圖5所示。這時提高室內(nèi)溫度，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度超過我們所預(yù)先設(shè)定的閾值（29。）時，便會觸發(fā)相應(yīng)的報警。

圖4 溫濕度測試采集結(jié)果

圖5 實物測試圖

5 結(jié)語

本文設(shè)計構(gòu)思一種基于STM32的溫濕度檢測系統(tǒng)，可以通過4位數(shù)碼管以及藍牙模塊的通信來獲取當(dāng)前的溫濕度信息。實物驗證表明，該設(shè)計構(gòu)思具備可行性，能夠有效地提取環(huán)境溫濕度并判斷報警，數(shù)據(jù)可靠性高，能夠應(yīng)用于大部分生產(chǎn)生活場景。