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注，空氣質量監(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，實現了室內空氣質量的遠程數據采集、監(jiān)測等功能。

關鍵詞：STM32；空氣質量檢測；甲醛；WiFi

中圖分類號：TP212.9

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）8012502

1引言

近些年來，空氣污染問題日益嚴重，室內有害氣體污染狀況不容樂觀，引起室內空氣污染的物質多種多樣，最普遍的當屬甲醛。國內現有氣體檢測設備研發(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備是極其重要的。

設計并研發(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，運用甲醛傳感器實時采集室內甲醛濃度信號，將數據顯示在液晶屏，同時又具有遠程監(jiān)測功能。

2系統(tǒng)總體設計

采用高精度甲醛傳感器進行系統(tǒng)前端信號采集，將甲醛濃度物理信號轉換為電信號傳輸給微處理器控制部分進行處理和運算，在液晶顯示屏上顯示室內甲醛實時濃度數值。另一方面，用戶可通過智能手機等無線設備向WIFI模塊發(fā)送指令，單片機接收指令后再做出相應操作，可實現遠程監(jiān)控。系統(tǒng)總體架構框圖如圖1所示。

3系統(tǒng)硬件設計

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、蜂鳴報警模塊等。硬件架構如圖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、結構簡單、處理速度快、性價比高等優(yōu)點。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、準確度高等優(yōu)點，是一種進口的半導體式傳感器。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，由于價格低

廉，受到廣大用戶喜愛，無需轉編號，支持直接漢字驅動、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)軟件設計

本系統(tǒng)采用模塊化和層次化的設計方法，使用C語言進行代碼編寫。基于軟件模塊化開發(fā)和設計，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、蜂鳴報警模塊等的驅動程序。軟件流程圖如圖7所示。

該系統(tǒng)樣機軟硬件已經設計制作完畢，同時進行了設備的測試，結果顯示該系統(tǒng)可以完成甲醛濃度、溫濕度采集，液晶顯示屏實時顯示當前室內空氣質量情況。如果甲醛濃度超標，蜂鳴器則發(fā)出聲音告警信息，提示用戶。該系統(tǒng)實物照片如圖8所示。

5結語

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、溫濕度傳感器進行信號采集，并將甲醛的濃度值、溫濕度值實時顯示在液晶顯示屏上，可以通過WiFi無線網絡技術將監(jiān)測結果發(fā)送到移動設備上，實現了遠程監(jiān)測。如果空氣中甲醛超過國家標準安全閾值，系統(tǒng)會立刻進行蜂鳴報警，以實現對室內空氣污染物實時監(jiān)測和預警。測試結果證明，所有功能能夠完整地實現，可靠性高，該系統(tǒng)具有良好的應用前景。

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