基于STM32隧道洞口環境監測系統綜述

葉傳宗 秦會斌

摘 要 為了解決獲取隧道洞口環境值的精度低，設備安裝難度大等苦難，設計了基于STM32處理器的采集系統。該系統可以采集隧道洞口照度、色溫、溫度、濕度和露點值，經過RS485傳輸到PC機中顯示和保存。該系統在實驗室中運行穩定，同時在上海市測試中心經過了更精確的調試，在誤差范圍內可以滿足使用。

關鍵詞 環境參數采集;STM32;RS485傳輸;上位機設計

引言

隨著我國經濟的快速發展，隧道建設項目與日俱增，隧道環境監測成為公路隧道研究的重要課題之一[1]，因為隧道洞口外的環境數據對于隧道洞內的燈光調節管理有著重要作用。

但是目前面臨著成本高、安裝復雜等困難。為了解決這些問題，本文采用了STM32微處理器和多個傳感器，設計了一種可以檢測洞外環境參數的環境探頭，其安裝方便，價格低廉。

1系統介紹

本系統以STM32為核心處理器，它將檢測模塊中各個傳感器接收到的數據，包括照度，色溫，溫度，濕度值，通過核心芯片的處理，采用自定義的協議傳遞到顯示模塊PC機中，在PC機一端可將數據保存進數據庫。具體模塊如下劃分。

采集模塊。數據采集模塊主要由多個傳感器組成，用于探測環境中的色溫、照度、溫度和濕度這些環境參數[2]。

處理模塊。該模塊在STM32中實現，它可將各個傳感器接收到的數據進行計算，采用自定義協議將數據發送到上位機中。

數據通信模塊。該模塊的主要功能就是負責下位機與上位機之間的通信，主要采用RS485串口通信來完成通信功能。

顯示模塊。上位機主要負責顯示數據，同時將數據保存進數據庫。

2硬件設計

2.1 核心微處理器的選擇

STM32F103VET6是基于ARM Cortex-M3內核的一款32位RISC處理器，它的內部集成了2個12位的ADC、3個通用16位定時器和一個PWM定時器，還包括了許多標準的通信接口，比如I2C、SPI、3個USART、一個CAN和一個USB等接口。該芯片的最高工作頻率可以達到72MHz，這些豐富的資源使得系統硬件電路大幅減少，同時它的工作溫度范圍在-40攝氏度到+105攝氏度，可以滿足在野外工作的需求[2]。

2.2 數據采集器的選擇

該系統用到了色溫、照度、溫濕度[3]三種傳感器，分別采用的是TCS34725，BH1750，SHT30傳感器，選擇這三種傳感器主要考慮到了一個是價格因素，第二個是這三款傳感器穩定，工作的溫度范圍廣，完全可以適應野外復雜的環境[4]。

3軟件設計

3.1 c#串口類

本系統的上位機軟件部分采用的是基于c#語言的winform技術，該技術中的SerialPort類提供了可以通過串口來收發數據的簡便方法，同時它具有功能強大，實時性好，通信快速等特點[5]。數據庫采用的是SQL server2008數據庫。

3.2 上位機與下位機之間的通信協議

該通信協議根據RS485的遠程終端協議而制定的。上位機向下位機發送查詢命令格式如表一所示：

表格中的數據都是十六進制數據，起始位以2A開始，31表示此時查詢的是洞外照度數據，00表示數據的長度，查詢命令不攜帶數據，以23表示結束命令。

4測試結果

本文設計的系統在實驗室中進行了測試，上位機的顯示如圖三所示：

我們在上海市計量測試中心進行了進一步的調試，最終的結果如表三所示;

5結束語

這個以STM3為核心設計的系統具有可查詢當前色溫、照度、溫度、濕度、露點值的功能。經過測試表明，該系統各部分通信正常，且接收的數據經過處理之后，在誤差范圍之內可以接受。同時硬件成本低，容易安裝。以后還可以考慮在該系統中加入視頻模塊等，可以進一步提高系統的完整性。

參考文獻

[1] 婁誠.高速公路隧道環境監測與控制管理發展趨勢[J].北方交通，2012，（05）：122-124.

[2] 丁月林.基于STM32的低功耗溫濕度采集器實現[J].軟件，2015， 36（5）：84-88.

[3] 張祥，蔡景，林海彬，等.基于STM32的溫濕度監測系統設計[J].中國儀器儀表，2013，（07）：62-65.

[4] 鄭燕，王楊.基于嵌入式控制的智能家居防盜系統設計[J].科學咨詢，2013，（10）：58-60.

[5] 余小慶，趙偉杰，李曉青.基于C#.Net公共預算租賃系統上位機通信及數據庫管理[J].工業儀表與自動化裝置，2013，（05）：70-73.