一種基于STM32的溫濕度檢測(cè)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(guò)程中，我們愈發(fā)關(guān)注在生產(chǎn)活動(dòng)中相關(guān)外界因素對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)的干擾，溫度和濕度就是極為常見(jiàn)卻又極易對(duì)我們的生產(chǎn)活動(dòng)造成巨大影響的兩種外界因素。于是我們?cè)诟鞣N各樣的生產(chǎn)環(huán)境下對(duì)溫濕度都有著較高的要求，防止對(duì)我們的生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生負(fù)面影響從而造成經(jīng)濟(jì)損失。然而，在一些特殊的檢測(cè)環(huán)境下，我們就需要相應(yīng)的檢測(cè)裝置來(lái)適配，從而實(shí)現(xiàn)更為方便、更為貼合生產(chǎn)實(shí)際要求的高效率檢測(cè)。于是我設(shè)計(jì)了一種基于STM32的溫濕度檢測(cè)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(wú)線傳輸、溫濕度檢測(cè)、自動(dòng)報(bào)警等功能，應(yīng)用于生產(chǎn)活動(dòng)環(huán)境下的溫濕度檢測(cè)，能夠在一定的距離下進(jìn)行相關(guān)的控制操作。是集溫濕度信息采集、危險(xiǎn)情況報(bào)警以及無(wú)線接收信息于一身的溫濕度檢測(cè)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(lán)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(wú)線工作模式。兩種工作模式可以實(shí)現(xiàn)有人和無(wú)人兩種情況下對(duì)溫濕度檢測(cè)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(guò)裝置上的按鍵來(lái)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(cè)到有人在0～3米范圍內(nèi)時(shí)，便會(huì)開(kāi)啟人工模式，實(shí)時(shí)溫度和濕度會(huì)顯示在4位數(shù)碼管上。當(dāng)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)的溫度或者濕度數(shù)值達(dá)到我們所設(shè)置的閾值就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，直到實(shí)時(shí)的溫濕度數(shù)值都降到我們所設(shè)置的閾值以下后才會(huì)自動(dòng)關(guān)閉報(bào)警。

2.2 無(wú)線工作模式

在無(wú)線工作模式下，操作者可利用移動(dòng)設(shè)備上的藍(lán)牙功能與該裝置的HC-05藍(lán)牙模塊相連接，并通過(guò)發(fā)送特定信號(hào)便能夠?qū)崟r(shí)獲取溫度和濕度相應(yīng)的數(shù)值；發(fā)送“溫度”就可以實(shí)時(shí)獲取溫度信息，發(fā)送“濕度”就可以實(shí)時(shí)獲取濕度信息。當(dāng)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)的溫度或者濕度數(shù)值達(dá)到我們所設(shè)置的閾值就會(huì)觸發(fā)報(bào)警，直到實(shí)時(shí)的溫濕度數(shù)值都降到我們所設(shè)置的閾值以下后才會(huì)自動(dòng)關(guān)閉報(bào)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(dá)1MB的FLASH。擁有一流的外設(shè)和低功耗、低壓操作實(shí)現(xiàn)高性能，同時(shí)還以可接受的價(jià)格、利用簡(jiǎn)單的架構(gòu)和簡(jiǎn)便易用的工具實(shí)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(hào)輸出的溫濕度復(fù)合型傳感器，它包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并且與一個(gè)高性能的8位單片機(jī)相連接，具有響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。其精度濕度為±單片機(jī)相，溫度±溫度，量程濕度20%～90%RH，溫度0～50度。該芯片具有4個(gè)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(yáng)極型，一共有3個(gè)引腳，分別為RCLK、DIO、SCLK。采用兩片74HC595位移緩存器級(jí)聯(lián)的方式來(lái)進(jìn)行信號(hào)的輸入。其中SCLK是上升沿寫(xiě)入數(shù)據(jù)，RCLK是上升沿?cái)?shù)據(jù)鎖存顯示，DIO是數(shù)據(jù)輸入。我們通過(guò)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(cuò)誤的操作，只有當(dāng)人靠近裝置至0～3米時(shí)才會(huì)開(kāi)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(dòng)式紅外探頭，加上菲涅爾透鏡能夠在較大的探測(cè)角度中靈敏地捕捉人體紅外線的存在，其具有 3個(gè)引腳分別是VCC，DATA，GND。

3.5 HC-05藍(lán)牙通信模塊

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

3.6 報(bào)警模塊

報(bào)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(cè)到的溫度或濕度超過(guò)初始設(shè)定的閾值時(shí)，就會(huì)引發(fā)蜂鳴器報(bào)警以及LED燈的閃爍，直到檢測(cè)到的溫濕度低于所設(shè)定的閾值后，才會(huì)取消蜂鳴器報(bào)警及閃爍。

圖3 HC-05藍(lán)牙引腳連接圖

4 設(shè)計(jì)驗(yàn)證

用以STM32作為核心搭建起相應(yīng)的實(shí)物進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，將系統(tǒng)初始化并上電運(yùn)行，電源指示燈亮起，各項(xiàng)傳感器模塊正常工作，我們也能夠接收到實(shí)時(shí)的溫濕度信息，如圖4所示，有人靠近裝置時(shí)會(huì)被紅外傳感器檢測(cè)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(shí)提高室內(nèi)溫度，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度超過(guò)我們所預(yù)先設(shè)定的閾值（29。）時(shí)，便會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警。

圖4 溫濕度測(cè)試采集結(jié)果

圖5 實(shí)物測(cè)試圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)構(gòu)思一種基于STM32的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)，可以通過(guò)4位數(shù)碼管以及藍(lán)牙模塊的通信來(lái)獲取當(dāng)前的溫濕度信息。實(shí)物驗(yàn)證表明，該設(shè)計(jì)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(bào)警，數(shù)據(jù)可靠性高，能夠應(yīng)用于大部分生產(chǎn)生活場(chǎng)景。