基于STM32的室內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)

董佳男 李振 侯顏 董文華 張光明

摘要：隨著人們對生活水平要求的不斷提高，室內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)對人們生活有著重要意義。筆者設(shè)計(jì)了一種能夠同時(shí)檢測室內(nèi)溫度和濕度等參數(shù)，根據(jù)環(huán)境參語音系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的報(bào)警提示或者建議，具有數(shù)據(jù)保存的功能一種室內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實(shí)用性強(qiáng)，同時(shí)為其他環(huán)境檢測提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)環(huán)境;溫度;濕度;簡單

引言

溫度、濕度和人類的生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，也是最常見和最基本的工業(yè)生產(chǎn)工藝參數(shù)，如機(jī)械、石油、化工、電子等行業(yè)的生產(chǎn)需要進(jìn)行廣泛的溫濕度檢測和控制。隨著人們的生活水平的提高，人們越來越關(guān)注自己的生活環(huán)境，空氣溫度和濕度的變化直接影響人體的舒適度和情感，因此對溫度和濕度的檢測和控制是非常必要的。溫、濕度在不同季節(jié)的變化都會影響到人們的健康。

傳統(tǒng)的溫度和濕度檢測模型是以人為基礎(chǔ)，依靠人工輪流值班，人工巡回查看等方法來測童和記錄環(huán)境條件。在這種模式下，不僅效率低，不利于人力資源的充分利用，還缺乏科學(xué)性，很多重大事故都是由人為因素造成的。室內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)，就可以解決這個(gè)浪費(fèi)人力資源，缺乏科學(xué)性等問題。因此，本設(shè)計(jì)具有重要意義。

1室內(nèi)環(huán)境檢測系統(tǒng)項(xiàng)目需求分析

設(shè)計(jì)項(xiàng)目能夠同時(shí)檢測室內(nèi)溫度和濕度等參數(shù)，能夠根據(jù)環(huán)境參語音系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的報(bào)警提示或者建議，具有數(shù)據(jù)保存的功能。采用觸摸屏顯示，有時(shí)間、日歷和鬧鈴等附加功能，配有人性化的軟件界面，方便操作。根據(jù)人們生活需要，設(shè)計(jì)項(xiàng)目最終應(yīng)滿足：能夠檢測室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度以及光照強(qiáng)度;具備顯示屏，能夠?qū)崟r(shí)顯示室內(nèi)溫度濕度和光照強(qiáng)度的數(shù)值;達(dá)到居住適宜閾值能夠利用報(bào)警功能提示人們改變現(xiàn)狀。

2硬件設(shè)計(jì)

2.1 STM32單片機(jī)

單片機(jī)在自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其性能的高低決定了自動(dòng)化設(shè)備的反應(yīng)速度和計(jì)算能力，本系統(tǒng)采用的單片機(jī)為基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103ZET6，該芯片具有低功耗、低成本、高性能的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行計(jì)算要求，其引腳豐富，可以實(shí)現(xiàn)后續(xù)的二次開發(fā)，添加更多的監(jiān)測功能。

2.2 DHT11溫濕度傳感器

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。

圖1.DHT11

2.3 LCD模塊

選擇ILI9341顯示屏控制芯片，其中核心的部分為GRAM，可以稱為顯存，每一個(gè)存儲單元都對應(yīng)著液晶面板的一個(gè)像素點(diǎn)。下圖右側(cè)的模塊共同作用吧GRAM存儲單元的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為液晶面板的控制信號，使像素點(diǎn)呈現(xiàn)特定的顏色，而像素點(diǎn)組合起來就成為一幅完整的圖像?？驁D的左上角為芯片的主要控制信號和配置引腳，根據(jù)其不同的狀態(tài)設(shè)置可以使芯片工作在不同的模式，如每個(gè)像素點(diǎn)的位數(shù)，6位、18位、16位等。

2.4光敏電阻

光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值可達(dá)1～10M歐，在強(qiáng)光條件下，它阻值僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性與人眼對可見光的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡化。

3系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件模塊包括ADC模塊、GPIO模塊，串口模塊、LCD模塊、GUI模塊、DHT11模塊以及TIM3定時(shí)器模塊和主函數(shù)模塊。本設(shè)計(jì)通過Keil5軟件進(jìn)行編程及編譯，程序通過C語言進(jìn)行編寫，通過J-link將程序拷入單片機(jī)。系統(tǒng)算法流程圖如下圖所示。

圖2.流程圖

結(jié)論：系統(tǒng)采用光敏電阻作為光照強(qiáng)度測量元件，利用光敏電阻特點(diǎn)產(chǎn)生電壓值經(jīng)過數(shù)據(jù)處理傳送到MCU中，控制LCD顯示并檢測是否超出設(shè)定的光照強(qiáng)度范圍進(jìn)行警報(bào)。溫濕度數(shù)據(jù)采集是用DHT11溫濕度傳感器采集室內(nèi)的溫度濕度值，進(jìn)行校驗(yàn)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確傳遞給MCU，MCU得到信息將數(shù)據(jù)發(fā)送到LCD并對數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷是否超出設(shè)置范圍對其進(jìn)行指示燈揚(yáng)聲器報(bào)警。

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（河南科技大學(xué)?河南省洛陽市?471023）