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STM32單片機(jī)微氣候監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 空氣檢測(cè)儀 源程序與原理圖

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本文提出了一種基于 STM32單片機(jī)的低功耗、高性能的自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理及存儲(chǔ)，并提供良好的 人機(jī)交互接口，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與菜單化的界面管理功能。利用ESP8266模塊用wifi將氣象站和移動(dòng)端相連接，達(dá)到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控氣象數(shù)據(jù)的目的。
    接下來的內(nèi)容介紹了當(dāng)前氣象站的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了一個(gè)氣象站需要具備的特性以及功能，確立了氣象站的設(shè)計(jì)目標(biāo)以及總體設(shè)計(jì)方案，并介紹了該氣象站系統(tǒng)的硬件組成及設(shè)計(jì)理念，分析了所選元器件的優(yōu)勢(shì)及特性。最后通過局域網(wǎng)將氣象站及用戶連接起來，達(dá)到實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的功能。
    該氣象站從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集及傳輸，具有體積小、成本低、功耗低、采集速度快等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過包裝后能夠在實(shí)際應(yīng)用中協(xié)助氣象工作的進(jìn)行，具有一定的前景。

與傳統(tǒng)式氣象采集工具相比較，采用微氣候監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為主要觀測(cè)工具將帶來以下明顯優(yōu)點(diǎn)：
(1)擴(kuò)展氣象觀測(cè)的區(qū)域與密度
    自動(dòng)氣象站可以工作在惡劣環(huán)境下，并且不需要固定工作人員值守。既實(shí)現(xiàn)了無人惡劣區(qū)
域的氣象信息的觀測(cè)又降低了人力成本，提高了社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
(2)提高氣象觀測(cè)的可靠性
自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用最新技術(shù)，傳感器性能相對(duì)優(yōu)異，其采集到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且可靠，并 且自動(dòng)氣象站通常采用一定的數(shù)據(jù)處理算法，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的可靠性。
  • 改善氣象監(jiān)測(cè)成本
    自動(dòng)氣象站安裝維護(hù)方便，不需要固定人員值守，并且體積小，成本低，與專業(yè)人員觀測(cè) 相比大大降低了業(yè)務(wù)費(fèi)用。
(4)易于遠(yuǎn)程監(jiān)控
    多臺(tái)自動(dòng)氣象站通�？梢越M成觀測(cè)網(wǎng)，相互之間通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)系，觀測(cè)人員通過專用 配套軟件可以方便的對(duì)各氣象站進(jìn)行監(jiān)測(cè)與維護(hù)。
自動(dòng)氣象站的核心是氣象傳感器，氣象傳感器的性能直接決定采集到的信息是否可靠準(zhǔn)確，一 套自動(dòng)氣象站是否良好直接受限于氣象傳感器，因此，研發(fā)性能優(yōu)異的氣象傳感器是設(shè)計(jì)自動(dòng)氣象  站的首要任務(wù)之一。
    因此，一個(gè)現(xiàn)代的氣象站具有集成度高，無人值守，全天候工作，精度高，可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。
3 系統(tǒng)方案架構(gòu)及工作原理   
   設(shè)計(jì)任務(wù) 以stm32為核心，加上多種傳感器組合，將采集到的氣象數(shù)據(jù)顯示在LCD屏幕上，同時(shí)可以通過串口通信以及wifi通信，將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳輸回PC端及移動(dòng)端。
   
圖1功能實(shí)現(xiàn)流程圖
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
總的設(shè)計(jì)原理圖
圖2 項(xiàng)目原理圖
圖3 項(xiàng)目引腳定義圖
4.1 硬件選型
   （1）主板采用的是STM32F103C8T6核心板，性價(jià)比高，有著較低廉的的價(jià)格以及良好且低耗的性能。
圖4 STM32F103C8T6原理圖
  • 顯示屏選用TFT1.44寸屏幕模塊，用于顯示傳感器采集的數(shù)據(jù)。
  • DHT11溫濕度模塊，用于采集溫濕度數(shù)據(jù)。
圖5 DHT11溫濕度模塊原理圖
  • 光敏傳感器，光敏電阻用于采集光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
圖6 光敏傳感器原理圖
（5）霍爾傳感器測(cè)速模塊，用于采集風(fēng)速數(shù)據(jù)。
圖7 霍爾傳感器測(cè)速模塊原理圖
（6）ESP8266wifi模塊，通過wifi進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸回移動(dòng)端。氣壓檢測(cè)模塊，通過氣壓檢測(cè)推算出所在地的海拔高度。
圖8ESP8266wifi模塊原理圖
（7） PM2.5模塊，檢測(cè)所在地的PM2.5濃度值。
圖8ESP8266wifi模塊原理圖
4.2 功能說明
（1）通過傳感器采集多種氣象數(shù)據(jù)，將其顯示在屏幕上。
（2）每隔五秒可以通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手傳輸一次數(shù)據(jù)回PC端
（3）通過wifi模塊將數(shù)據(jù)傳輸回移動(dòng)端
圖9 功能說明圖
5 調(diào)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖10 硬件成品圖
圖11 數(shù)據(jù)傳回圖
圖12 數(shù)據(jù)清理后的圖
圖13 BI做的界面圖
6 結(jié)束語
    本文提出了一種基于STM32單片機(jī)的低能耗微氣候監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲(chǔ)，并提供了良好的人機(jī)交互接口。通過ESP8266模塊可以與移動(dòng)端設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。達(dá)到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和監(jiān)控的目的。所設(shè)計(jì)的自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有體積小、成本低、功耗低、采集速度快等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足了實(shí)際的需要。
  • 在硬件方面采用了模塊化的設(shè)計(jì)，當(dāng)工作環(huán)境變化是只需要將新的模塊加入到系統(tǒng)中并對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置和升級(jí)后即可使用，大大提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。
  • 利用了STM32芯片低耗高效的原則，且不采用復(fù)雜的嵌入式操作系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，使得氣象站低功耗的要求成為現(xiàn)實(shí)。
  • 設(shè)計(jì)的人機(jī)界面簡(jiǎn)潔、直觀、可操作性強(qiáng)，不需要專業(yè)的維護(hù)人員便可以維持氣象站的運(yùn)行和簡(jiǎn)單的維護(hù)功能，提高了系統(tǒng)的靈活性。
本文所設(shè)計(jì)的氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)觀測(cè)精度高、自動(dòng)化程序高、性價(jià)比高，可適應(yīng)
各種艱苦條件下的工作環(huán)境，長(zhǎng)時(shí)間全天候不間斷地進(jìn)行氣象要素觀測(cè)，具有良好的可靠性和穩(wěn)定性。這些特點(diǎn)使得系統(tǒng)具有很高的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。

單片機(jī)源程序如下:
  1. #include "stm32f10x.h"
  2. #include "delay.h"
  3. #include "led.h"
  4. #include "uart.h"
  5. #include "Lcd_Driver.h"
  6. #include "TFT_demo.h"
  7. #include "GUI.h"
  8. #include "dht11.h"
  9. #include "speed.h"
  10. #include "adc.h"
  11. #include "bmp180.h"
  12. #include "AT_ESP.h"
  13. #include "key.h"

  15. u32 TimingDelay = 0;                                          //用于延時(shí)函數(shù)計(jì)數(shù)
  16. u32 dht11_temp;                                                                      //獲取溫濕度
  17. u32 temperature_val = 0;       //溫度值
  18. u32 humidity_val = 0;                                          //濕度值
  19. u16 led_count = 0;                                                        //LED計(jì)數(shù)閃爍
  20. u16 light_val = 0;                                                        //光強(qiáng)值
  21. u8 ID = 0;
  22. u8 srr_temp1[200];
  23. u8 win_direction = 0;                                          //風(fēng)向值              【1:東南風(fēng) 2:東風(fēng) 3:東北風(fēng) 4:北風(fēng) 5:西北風(fēng) 6:西風(fēng) 7:西南風(fēng)】
  24. char *win_str;
  25. float speed_temp = 0;                                          //霍爾元件計(jì)數(shù)緩存值
  26. float speed_val = 0;                                          //風(fēng)速值
  27. float pm25_val = 0;                                                        //PM2.5值
  28. _Bool send_flag = 1;
  29. int main(void)
  30. {
  31.               SysTick_Config(SystemCoreClock/1000);//系統(tǒng)時(shí)鐘初始化
  32.               Delay_Ms(100);                            //延遲100ms
  33.             
  34. /****************************第一部分初始化************************************/
  35.               LED_Init();                                                        //LED燈初始化
  36.               Lcd_Init();                                                        //屏幕初始化
  37.               EXTI_KEY_Config();//按鍵初始化
  38.               UART1_Init();                                          //波特率115200 用于串口調(diào)試
  39.               UART3_Init();                                          //USART3配置 ESP8266串口通訊
  40.             
  41.               dht11_init();                                          //DHT11溫濕度模塊初始化
  42.               speed_init();                                          //風(fēng)速驅(qū)動(dòng)初始化
  43.               ADC1_Init();                                          //ADC初始化，用于測(cè)光照強(qiáng)度、風(fēng)向、PM2.5
  44.               BMP_Init();                                                        //氣壓驅(qū)動(dòng)初始化
  45.               BMP_ReadCalibrationData();              //從BMP180的獲取計(jì)算參數(shù)
  46.               Delay_Ms(1000);                            //延遲200ms            
  47.               printf("Init over !\r\n");
  48.   main_Demo();                                          //顯示主界面
  49. /****************************第二部分連接WIFI連接服務(wù)器************************************/            
  50.               Lcd_Clear(BLACK);
  51.               Gui_DrawFont_GBK16(0,60,WHITE,BLACK,"wait for wifi.");
  52.               while(!CheckEsp())Delay_Ms(100);//檢測(cè)ESP01            
  53.               while(ConnectWiFi("yyt","20000412")==0);//連接指定WIFI
  54.               Lcd_Clear(BLACK);
  55.               Gui_DrawFont_GBK16(25,40,WHITE,BLACK,"Wifi OK !");
  56.               printf("wifi ok!\r\n");
  57.               while(ConnectServer("172.20.10.2","6666",0)==0);
  58.             
  59.               SendStringDataToServer("Connect...");//連接指定TCPServer
  60.               Lcd_Clear(BLACK);
  61. /****************************第三部分測(cè)量數(shù)據(jù)************************************/            
  62.               while(1)
  63.               {
  64.                             /*****獲取溫度、濕度*****/
  65. //                            dht11_temp = dht11_read();
  66. //                            show_dht11(dht11_temp);
  67. //                            printf("Moisture :%u%%  Temperature:%uC \r\n",temperature_val,humidity_val );
  68.                            
  69.                             /*****獲取風(fēng)速*****/
  70. //                            speed_val = speed_temp/30.0;
  71. //                            printf("speed:%0.2f\r\n",speed_val);
  72. //                            speed_temp = 0;
  73.                            
  74.                             /*****獲取光強(qiáng)*****/
  75. //                            light_val = Read_Light();
  76. //                            printf("light_val:%u\r\n",light_val);
  77.                            
  78.                             /*****獲取風(fēng)向*****/
  79. //                            win_direction = Read_Wind();
  80. //                            printf("win_dir:%u\r\n",win_direction);
  81.                            
  82.                             /*****獲取PM2.5*****/
  83. //                            pm25_val = Read_PM25();
  84. //                            printf("pm25_val:%0.2f\r\n",pm25_val);
  85.                                                       
  86.                             /*****獲取大氣壓強(qiáng)*****/
  87. //                            ID = BMP_ReadOneByte(0xd0);
  88. //                            BMP_UncompemstatedToTrue();
  89. //                            printf("ID = %d\t  temp = %d.%dC\t   Pressure = %ldPa\t   Altitude = %.5fm\r\n",ID,bmp180.Temp/10,bmp180.Temp%10,bmp180.p,bmp180.altitude);
  90.                                                       
  91.                            
  92.                             /*****獲取所有數(shù)據(jù)*****/
  93.                             dht11_temp = dht11_read();              /*****獲取溫度、濕度*****/
  94.                             speed_val = speed_temp/30.0;speed_temp = 0;              /*****獲取風(fēng)速*****/
  95.                             light_val = Read_Light();                            /*****獲取光強(qiáng)*****/
  96.                             win_direction = Read_Wind();/*****獲取風(fēng)向*****/
  97.                             pm25_val = Read_PM25();                                          /*****獲取PM2.5*****/
  98.                             ID = BMP_ReadOneByte(0xd0);/*****獲取大氣壓強(qiáng)*****/
  99.                             BMP_UncompemstatedToTrue();
  100.                            
  101.                             //根據(jù)風(fēng)向的ADC值轉(zhuǎn)化成字符串
  102.                             if(win_direction == 1)win_str="東南";
  103.                             else if(win_direction == 2)win_str="東　";
  104.                             else if(win_direction == 3)win_str="東北";
  105.                             else if(win_direction == 4)win_str="北　";
  106.                             else if(win_direction == 5)win_str="西北";
  107.                             else if(win_direction == 6)win_str="西　";
  108.                             else if(win_direction == 7)win_str="西南";
  109.                            
  110.                             //屏幕顯示數(shù)據(jù)
  111.                             show_data(dht11_temp,speed_val,light_val,win_str,bmp180.p,bmp180.altitude,pm25_val);
  112.                            
  113.                            
  114.                             if(send_flag)//TCP發(fā)送數(shù)據(jù) KEY控制開關(guān)
  115.                             {
  116.                                           snprintf((char *)srr_temp1,sizeof(srr_temp1),
  117.                                                         "{\"Data\":[\"temp\":\"%u\",\"humi\":\"%u\",\"speed\":\"%0.1f\",\"light\":\"%d\",\"direction\":\"%s風(fēng)\",\"p\":\"%ld\",\"altitude\":\"%.1f\",\"pm25\":\"%0.1f\"]}",
  118.                                           temperature_val,humidity_val,speed_val,light_val,win_str,bmp180.p,bmp180.altitude,pm25_val);
  119.                                          
  120.                                           SendStringDataToServer((char *)srr_temp1);
  121.                             }
  122.                             Delay_Ms(5000);                            //延遲
  123.               }
  124. }
  125. void SysTick_Handler(void){TimingDelay--;}
復(fù)制代碼

下位機(jī)STM32源程序分享: 基于STM32大棚系統(tǒng).7z (5.89 MB, 下載次數(shù): 82)

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沙發(fā)
ID:984253 發(fā)表于 2021-11-26 12:48 | 只看該作者
你好能問下，這個(gè)能夠搭建出仿真電路嗎？
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