基于STM32單片機新風控制系統的設計與研究

石秋萍，周 旭，單 昱

（山東華宇工學院，山東德州 253034）

0 引言

隨著國家高等教育的普及，培養重心也由數量的擴張轉移到對學生綜合質量的提升。特別是面臨技能型人才缺口越來越大，應用型本科教育逐漸走上舞臺。以山東華宇工學院為例，作為一所應用型本科高校，注重于工科學生技術能力的培養。作者在技能訓練課堂中發現，從事電子工藝焊接過程中產生一定的一氧化氮、臭氧等有害氣體，也因為高校教室與工廠廠房車間的不同，存在室內面積小、密封嚴實、空氣流暢不通的現象，煙熏造成學生眼睛干澀、呼吸不暢、學習效率降低等問題。山東華宇工學院認識到問題所在，在電子實驗室改造過程中，采用并投資了作者開發設計的基于STM32單片機新風控制系統。在實際應用過程中，該系統在控溫保濕的基礎上，通過及時監測形成良好的換氣效果有效的降低有害氣體濃度，為學生和老師們保持安全、清新的教學環境。

1 新風系統的研究和發展動態

國民經濟和社會發展正處于持續穩定增長的階段，為社會帶來巨大福利的同時，也導致諸多問題，例如空氣質量嚴重下降和環境污染狀況加劇。尤其是霧霾天氣的出現，不僅導致人們出行不便，還極大危害著人體健康，而且這種天氣給人們在家、辦公樓等人多的公眾場合開窗透氣帶來影響，導致辦公效率低、共公場合環境“不協調”等諸多問題。至今新風機制造和出售的規模十分少，并且在國內新風機剛被人們認可，因此新風機的市場潛力巨大，非常可觀。

2 基于STM32單片機新風控制系統設計的必要性

隨著物聯網技術的發展，空調、電視、冰箱等智能家居受到人們的喜愛，由于國內對新風系統的研究與制作起步較晚，尤其對新風系統的節點智能控制和互聯網接入的研究不多。當前制作售賣新風系統的大部分是手工作坊式的個體經營商和工廠，并且這種新風系統的控制多數是基于紅外原理，操控時只能在紅外控制的允許范圍內新風系統才能實現個功能，并不能滿足人們完成工作下班時遠程打開家中的新風機，回到家便立即享受到清新的空氣。

3 基于STM32單片機新風控制系統設計分析

單片機STM32F103ZET6作為系統下位機的核心部件，利用CCS811傳感器模塊測量室內TVOC、CO2等濃度，利用A4-CG傳感器檢測室內PM2.5濃度，利用DHT22傳感器對室內的溫度和濕度實時進行檢測，將檢測到的數據信息傳送到單片機的下位機系統，下位機系統對接收到的數據信息進行處理，整體平滑處理，去除噪聲。各個數據最終顯示在手機端，利用手機微信的AirKiss技術通過Wi-Fi模塊將操作信號傳送至上位機等待處理：風機輸送室內空氣到室內，過程中過濾灰塵PM2.5并紫外殺菌。其中下位機系統包括STM32主控電路、Wi-Fi通信電路、電源電路，運用手機程序顯示TVOC和CO2等數據。新風控制系統工作流程如圖1所示。

圖1 工作流程

激光粉塵傳感器A4-CG能夠精確測得空氣中PM2.5等顆粒物濃度，將信號傳遞給相應模塊自動調節適合的通風量實現智能凈化的功能。CCS811是一款耗能低、小巧的MEMS氣體傳感器，使用IIC通信方式，但是相比于最常見的一種IIC傳感器，CCS811傳感器模塊多了中斷、使能、復位這些相應的管腳與功能，且程序控制涉及到模式和狀態切換。CCS811氣體傳感器通過將室內各氣體濃度與設定的標準值進行對比，一旦超過標準值將把啟動新風的信號傳遞給單片機，進而注入新鮮空氣，實現新風換氣的功能。

ESP8266模塊具有非常多的優點，具有完整的屬于本模塊的一個Wi-Fi網絡功能，不僅能夠獨自應用，而且還能夠作為從機搭載于STM32單片機運行。該芯片是一種高度集成的32位芯片，擁有低功耗、緊湊設計和高穩定性等優點。基于STM32單片機新風控制系統可通過Wi-Fi模塊并利用AirKiss技術實現凈化器與手機微信通信互聯，并可實現遠程控制。

基于STM32單片機新風控制系統不僅向用戶提供了手機端控制的方式，而且從家中老人對手機操作不熟練等問題的角度考慮，還設計了最簡單的按鍵方式，解決老人等用戶修改諸多變量的問題。

4 成果展示

基于STM32單片機新風控制系統的部分實物如圖2、圖3所示，這樣把所有有關驅動部分的器件統一放在控制盒內，既方便排查故障又美化了作品。圖2中OLED顯示屏的添加更加彰顯設計的人性化。室內的溫度、各氣體濃度等都可顯示在OLED顯示屏中，方便人們察看室內各氣體濃度，減少人們感知上不明顯的缺陷，蜂鳴器同時配合OLED顯示屏共同工作，一旦室內各項數據超過正常值，蜂鳴器鳴叫，OLED顯示屏則紅屏警告。

圖2 驅動部分

圖3 控制部分

在此基礎上研發的新風控制器：包括固定架和安裝結構，固定架的表面活動連接有控制器本體，固定架的表面設有安裝結構，安裝架的表面設有防護裝置結構設計如圖4所示。多功能新風控制器解決了新風控制器通常是直接固定安裝在墻體表面導致當新風控制器損壞需要維修時，不便于工作人員對于新風控制器的安裝與拆卸，進而浪費了工作人員的工作時間，導致工作人員工作效率降低的問題。

圖4 結構設計

5 結束語

基于STM32單片機新風控制系統從結構、技術等方面的一些研究與設計，對新風系統內部電路做了詳細的描述。在當前國內人們剛認可新風系統的情況下，基于STM32單片機新風控制系統的設計，擺脫傳統新風系統近距離操控的方式，方便工作人員對于新風控制器的安裝與拆卸。同時相比于其他輔熱、輔冷設備，基于STM32單片機新風控制系統各模塊選擇合理，節約能耗，可智能化的提醒人們室內各氣體濃度，具有較高的實用價值，合乎現代社會的發展趨勢。