基于ESP32的糧倉遠程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)

陳星星 李亞品 段納 梁雨

摘要 針對糧倉環(huán)境信息采集中溫濕度采集設備體積大、精度低、供電布線成本高等問題，設計了一種具有便攜性、準確性、實時性和可擴展性的遠程采集及處理系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)采用STM32微處理器、溫濕度傳感器DHT22、溫度傳感器DS18820和無線通信模塊ESP32，借助于Yeelink平臺實現(xiàn)了溫濕度傳感器的接入管理、溫濕度數(shù)據(jù)的存儲、遠程監(jiān)測和控制。軟件開發(fā)環(huán)境為μ C/OS-II和Emwin。調(diào)試結果表明該系統(tǒng)能夠?qū)崟r穩(wěn)定可靠地反饋現(xiàn)場的溫濕度數(shù)據(jù)，并通過手機和電腦終端實現(xiàn)實時監(jiān)測與控制。

【關鍵詞】糧倉 STM32 ESP32溫濕度傳感器Yeelink平臺

我國是一個人口大國，民以食為天，所以對糧食的需求非常巨大。國內(nèi)糧食存儲量較大，主要采用糧倉來儲存糧食，且易受天氣等因素影響，如果溫濕度不適很容易導致糧食霉變、生蟲，因此對糧倉溫濕度的監(jiān)測與控制具有一定的現(xiàn)實意義。隨著人們生活品質(zhì)的提高和互聯(lián)網(wǎng)技術、嵌入式系統(tǒng)技術、傳感器技術的不斷進步對便攜化、高速化、無線化的糧倉監(jiān)控系統(tǒng)的需求越來越迫切。

1 系統(tǒng)整體方案設計

遠程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)主要由四部分構成：溫濕度采集與控制模塊，電源模塊，無線網(wǎng)絡通信模塊和遠程用戶監(jiān)控端。系統(tǒng)在糧倉的多點分布溫濕度傳感器，對糧倉中的溫度和濕度進行實時的監(jiān)控，從而提高倉庫管理的科學化水平。

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。該系統(tǒng)選用DHT22傳感器測量糧倉的濕度和DS18820傳感器測量糧倉的溫度，以提高溫濕度測量的精度。本文選用了低功耗的STM32微處理器，可通過電池供電，實現(xiàn)系統(tǒng)的便攜化。系統(tǒng)軟件設計選用了μC/OS-II多任務實時操作系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡通信模塊發(fā)送溫濕度值至Yeelink平臺，同時獲取溫濕度值進行處理并在液晶上顯示。在監(jiān)測過程中，若現(xiàn)場空間溫濕度值超出設定值，系統(tǒng)發(fā)出報警并反饋到上位機同時驅(qū)動執(zhí)行機構工作。

2 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件主要包括溫濕度采集與控制模塊、無線網(wǎng)絡通信模塊、電源模塊。下面具體給出各模塊的設計。

系統(tǒng)控制核心采用處理速度快、功耗低、微型化和足夠存儲空間的STM32F103C8T6微控制器。該微處理器能對數(shù)據(jù)進行實時處理、控制、顯示與傳輸。它具有豐富的I/O端口、USB接口、ESP32模塊接口、串口等大量的功能模塊，完全滿足遠程溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設計要求。當糧倉溫濕度值不滿足糧食儲存條件時，STM32微處理器驅(qū)動執(zhí)行機構工作，即控制通風、除濕等設備開始工作。顯示部分采用2.8寸的ILI9341彩色電容觸摸屏，其分辨率為320*240，用于顯示糧倉溫濕度值與參數(shù)設定值等信息。

針對無線傳輸模塊傳輸距離、功耗、體積和成本等性能的要求，無線網(wǎng)絡通信模塊可以選用藍牙和Wi-Fi兩種無線傳輸技術。由于Wi-Fi技術的速度和傳輸距離都優(yōu)于藍牙，所以本系統(tǒng)選用ESP32無線通信模塊。ESP32具有高度集成化、成本低、內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧和體積小等特點，可縮短前期開發(fā)時間。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 軟件總體設計

系統(tǒng)是基于μC/OS-Ⅱ和Emwin的軟件開發(fā)環(huán)境，軟件設計主要分為兩部分：監(jiān)控與通信部分和Yeelink平臺部分。Yeelink平臺可實現(xiàn)糧倉溫濕度采集數(shù)據(jù)實時的存儲、顯示和分析。系統(tǒng)的時基由SysTick定時器控制，采集好的溫濕度數(shù)據(jù)存取在DMA，減輕了微處理器的負擔。通過Wi-Fi模塊ESP32將數(shù)據(jù)上傳至Yeelink平臺，同時在液晶界面實時顯示溫濕度數(shù)據(jù)波形。

3.2 STM32微處理器與ESP32模塊通信的程序設計

ESP32工作模式有STA模式、AP模式和STA+AP模式。本系統(tǒng)采用STA模式，ESP32

通過路由器連接網(wǎng)絡，將采集的糧倉環(huán)境信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒掌鳌?/p>

ESP32模塊的功能主要有數(shù)據(jù)透傳和網(wǎng)關掛載。

4 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)借助Yeelink開放平臺，實現(xiàn)實時的顯示、存儲、分析糧倉溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)，并且可以在手機客戶端或者PC機上查看實時數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)曲線，也可以設定傳感器數(shù)據(jù)預警和報警值。當溫濕度采集數(shù)據(jù)高于設定值時，平臺可以通過郵件，短信等方式發(fā)送報警信息，使用戶及時了解糧倉環(huán)境信息。系統(tǒng)的采樣頻率是10秒一次，在軟件編程設計中，以不同開發(fā)密鑰來區(qū)分不同用戶和分配不同的設備號區(qū)分不同設備傳輸數(shù)據(jù)。

5 結論

本文給出了由STM32F103C8T6微處理器、ESP32無線通信模塊、DHT22濕度傳感器、DS18820溫度傳感器以及Yeelink平臺組成的遠程溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件設計預留了I/O端口，增加了系統(tǒng)的可擴展性。該系統(tǒng)能同步監(jiān)測與控制空間溫濕度的變化，當溫濕度超出設置額定值時發(fā)出警報并驅(qū)動執(zhí)行機構工作，給糧倉管理帶來巨大的便利與安全，具有很好的應用價值，給未來智能糧倉監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了一個方向，同時還能用于其他需求相近的領域。下一步將對系統(tǒng)進一步進行優(yōu)化，期望能對糧倉的更多參數(shù)實現(xiàn)精確的監(jiān)控。

參考文獻

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