基于STM32單片機(jī)的基站機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：基站監(jiān)測(cè)；巴法云；STM32 單片機(jī)；溫濕度監(jiān)測(cè)；微信小程序

中圖分類號(hào)：TN929.5；TP274+.2；TP308 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展和5G 基站的快速部署，機(jī)房的數(shù)量和規(guī)模迅速擴(kuò)大，具有實(shí)時(shí)性和高可靠性的基站機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)促進(jìn)移動(dòng)通信行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。但是，現(xiàn)有的基站機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在一些不足，如檢測(cè)精度低、實(shí)時(shí)性不高、數(shù)據(jù)可視化方式單一等[1-2]。為了解決這些問題，本文設(shè)計(jì)一種監(jiān)測(cè)精度高、實(shí)時(shí)性高、數(shù)據(jù)顯示直觀的基站機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基站機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由STM32 單片機(jī)、巴法云和多種傳感器構(gòu)成。圖1 為基于STM32 單片機(jī)的基站機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖。首先，利用DHT-11 溫濕度傳感器采集基站機(jī)房的溫濕度；利用MQ-2 煙霧傳感器采集基站機(jī)房煙霧濃度；利用YL-83 雨滴傳感器采集基站機(jī)房空調(diào)漏水等環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過有機(jī)發(fā)光二極管（organiclight-emitting diode，OLED）屏幕將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，同時(shí)安裝HC-SR501 紅外人體傳感器監(jiān)測(cè)是否有人進(jìn)出機(jī)房。其次，采用STM32F103C8T6 單片機(jī)作為主控芯片，對(duì)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，當(dāng)數(shù)據(jù)超出閾值時(shí)控制語音模塊報(bào)警。最后，通過ESP-12F Wi-Fi 模塊將數(shù)據(jù)上傳到巴法云平臺(tái)，管理人員可以通過訂閱巴法云微信小程序查看相關(guān)數(shù)據(jù)，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)共享。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 最小控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

本文采用高性能的STM32F103C8T6 單片機(jī)作為主控芯片，溫濕度傳感器連接在主控芯片的PA7引腳，用于監(jiān)測(cè)機(jī)房溫濕度；煙霧傳感器連接在主控芯片的PA3 引腳，用于監(jiān)測(cè)機(jī)房煙霧濃度；雨滴傳感器連接在主控芯片的PA2 引腳，用于監(jiān)測(cè)空調(diào)是否漏水；語音模塊連接在主控芯片的PA8 引腳，用于在傳感器接收的環(huán)境參數(shù)超出設(shè)定閾值時(shí)，發(fā)出語音警報(bào)；紅外人體傳感器連接在主控芯片的PB3 引腳，用于監(jiān)測(cè)是否有人進(jìn)入機(jī)房；顯示屏連接在主控芯片的PB12 引腳，用于顯示機(jī)房的各個(gè)環(huán)境參數(shù)。

2.2 溫濕度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

圖2 為基于DHT-11 溫濕度檢測(cè)電路。DATA引腳與STM32 單片機(jī)的PA7 引腳相連，輸出串行數(shù)據(jù)[3]，包括溫度和濕度的信息。這些數(shù)據(jù)以單總線數(shù)字信號(hào)的形式輸出，同時(shí)這些數(shù)據(jù)是連續(xù)的、實(shí)時(shí)的，可以有效反映環(huán)境的溫度和濕度變化情況。

2.3 煙霧濃度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

圖3 為基于MQ-2 煙霧濃度檢測(cè)電路。在煙霧傳感器的電路中，VCC 接5 V 電源，GND 接地。AOUT 引腳則連接STM32 單片機(jī)的PA3 引腳，輸出模擬電壓信號(hào)，該模擬電壓信號(hào)與目標(biāo)氣體的濃度成正比，即氣體濃度越高，AOUT 引腳輸出的電壓值越高。通過讀取傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)，根據(jù)傳感器特性曲線函數(shù)將電壓值轉(zhuǎn)換為煙霧濃度值。

2.4 雨滴檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

圖4 為基于YL-83 雨滴檢測(cè)電路。YL-83 的AO 引腳連接STM32 單片機(jī)的PA2 引腳，其輸出的模擬信號(hào)代表滴在傳感器上的水量。當(dāng)水滴落在傳感器上時(shí)，AO 引腳會(huì)輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)的電壓值，這個(gè)電壓值的變化可以反映出漏水的程度。通過連接單片機(jī)的AD 引腳，將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理[4]。

2.5 Wi-Fi電路設(shè)計(jì)

圖5 為ESP-12F Wi-Fi 電路。ESP-12F 和STM32 單片機(jī)都具有通用異步收發(fā)器（universal asynchronousreceiver/transmitter，UART）接口，可選擇將ESP-12F 用作Wi-Fi 模塊，并將其與STM32 單片機(jī)的UART 端口相連[5]，從而使STM32 單片機(jī)能夠借助ESP-12F 接入網(wǎng)絡(luò)。STM32 單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后由Wi-Fi 模塊上傳到巴法云平臺(tái)，管理人員可通過訂閱巴法云微信小程序查看數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上報(bào)和備份。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 軟件開發(fā)環(huán)境及相關(guān)技術(shù)

本設(shè)計(jì)利用Keil 5 軟件編寫嵌入式程序，首先，利用Keil 5 中的C 語言編寫溫濕度、煙霧濃度、空調(diào)漏水、紅外監(jiān)測(cè)程序代碼，實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通信和控制邏輯；其次，使用Keil 5 提供的開發(fā)環(huán)境配置和初始化STM32 單片機(jī)的各種外設(shè)；最后，利用Keil 5 調(diào)試程序進(jìn)行測(cè)試并且查找問題，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。

3.2 采集端程序設(shè)計(jì)

圖6展示了采集端主程序的工作流程。首先，對(duì)程序端和硬件電路進(jìn)行初始化，將ESP-12FWi-Fi 模塊設(shè)置為STA（無線網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)終端站點(diǎn)設(shè)備）模式，若配置失敗則持續(xù)重試配置過程。當(dāng)配置成功后，主控芯片開始讀取并分析各傳感器采集的數(shù)據(jù)。其次，通過連接巴法云平臺(tái)，將數(shù)據(jù)發(fā)布至巴法云平臺(tái)，在微信小程序訂閱巴法云平臺(tái)后，將數(shù)據(jù)渲染到微信小程序，使基站管理人員能夠遠(yuǎn)程查看基站機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)。

3.3 服務(wù)端軟件設(shè)計(jì)

巴法云平臺(tái)作為一種前沿的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，具有開源、輕量級(jí)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等顯著特點(diǎn)，支持多樣化的數(shù)據(jù)交互方式，能夠靈活適應(yīng)不同開發(fā)者的需求。本系統(tǒng)將采集端采集的機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)上傳到巴法云平臺(tái)，在微信小程序中集成數(shù)據(jù)接收功能，從而獲取基站機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)并且在微信小程序中進(jìn)行展示。

4 結(jié)論

本文利用STM32 單片機(jī)、巴法云平臺(tái)和多種傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)基站機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)緳C(jī)房的溫濕度、煙霧濃度、漏水情況、是否有人進(jìn)入等環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、顯示、異常警報(bào)以及上傳備份，基站管理人員可通過訂閱巴法云微信小程序來查看基站機(jī)房的環(huán)境數(shù)據(jù)。本文研究成果對(duì)實(shí)現(xiàn)基站機(jī)房的無人值守具有重要應(yīng)用價(jià)值。