【《基于STM32单片机的智能室内监控系统设计》12000字（论文）】.docx

基于STM32单片机的潜能室内陈棒系统设计旗着社会科技水平和居民生活质量的不断提升,健康、舒适已然成为了人们对居家坏境的主要要求.在这种市场背景之下,智能家居应用物联网技术应运而生。我国在智统家居物联网技术的研究上已经经过了漫长的探索与实践,与传统家居相比,智越家居拥有信息获取、自动控制和人机交互等功能,大大地保障了居民在居家之中的健康性与舒适性。本论文通过结合智能家居与物联网技术,设计了一个智能室内监控系统.该系统用于实时监测室内环境,监测的环境数据有温度、湿度、CO浓度和PM2.5浓度.并将这些采集到的环境数据通过显示屏反馈给用户。此外,该系统还设省了GSM警报模块,在某一环境数据超过设置的上限数值,GSM警报模块能够发送报警短信至用户手机,并且系统会驱动蜂鸣器响动,让用户能够及时收到信息反馈并对室内环境做出相应调整.有效地保障居民身体健康.提升家居健家性、舒适性。关键词：物联网技术：智能家居；GSM;STM321.1 背景和意义1-2研究现状及发展趋势1.3 论文研究工作21.4 本专小结3-设ti'42.1 硬件总体设计42.2 主控模块硬件设计42.2.1 主控芯片选型分析42.2.2 主控芯片电路设计62.3 CO传感器模块硬件设计6231CO传感器选型分析62.3.2Co传感电路72.4 温湿度传感器模块硬件设计72.4.1 温湿度传感器选型分析72.4.2 温湿度传感电路82.5 PM2.5传感器模块硬件设计92.5.1 PM2.5传感器选型分析92.5.2 PM2.5传感电路102.6 1.CD显示模块硬件设计IO2.6.1 1.CD显示屏选型分析102.6.2 1.CD显示电路112.7 GSM报警模块硬件设计122.7.1 GSM模块选型分析122.7.2 GSM模块电路设计122.8 其他电路设计132.8.1 供电电路132.8.2 按键控制电路132.8.3 蜂鸣器电路142.9 本章小结1431I153.2 主程序设计153.3 温湿度传感器数据采集163.4 CO恃感器数据采集173.5 PM2.5传感器数据采集183.6 1.CD显示193.7 GSM短信发送203.8 蜂鸣器报警213.9 按键设鬣224.1 系统测试实验思路和目的244.2 硬件测试244.3 软件测试244.4 功作测试254.4.1 温度测试254.4.2 湿度测试254.4.3 CO浓度测试和PM2.5浓度测试264.4.4 报警时差测试274.5 系统测试结果分析274.6 本章小结284j(1.1.r29Sft31I1.1.1结论1.1 背景和意义迨若科学技术的不断创新与发展.物联网逐渐进入到人们的日常生活之中并发挥着巨大的作用。物联网技术的发明,打破了人们对硬件和软件不能结合的传统思维，更是成为了当今时代的热门技术研究之一。物联网技术综合了网络通信技术与传感技术,目前己在信息产业、安防、医学、工业和农业等众多社会领域发挥了极大的作用。而伴随若科技的迸步和经济的飞速发展,人们的传统生活方式也已逐渐发生改变,人们对自身居家环境的要求也不是仅仅止步于温饱程度，而是开始追求更加现代化智能化的居家环境,保障自身居住环境的健康性、舒适性。智筐家居是在物联网技术上提出,是原有的家居技术结合物联网技术而形成的更加智能化的技术，智能家居也为人们理想智能生活提供了无限的可能。近年来,国内掀起了一股智能家居热潮,智能家居的概念也逐渐进入大众视野。随着我国经济发展进入新常态和“中国制造2025”战略的实施,传统制造业面临若前所未有的挑战，大力发展智能制造成为企业转型升级的重要途径，国家也出台了一系列鼓励措施支持智能家居产业.2017年,国家六大重点应用领域的示范工程之中,智能家居就位列其中。就目前国民家居生活来看,足不出户已然成为一种寿新的生活方式，特别是如今新冠疫情形式还是较为产峻的情况之下,拥有一个健康、舒适的居家环境是必不可少的。以较为便捷的STM32单片机为主控器,通过利用互联网技术、无线通信技术,在外围加入多种传感器.通过传感器警相关装置组合，逐步实现对室内环境的监控.如温度、湿度、空气质量、有害气体浓度等,让用户及时做出相应的调节和控制,有效保障人体健康安全,家居环境的健康和舒适。因此.研究和开发智箜室内监控系统，本身就具有一定的理论意义和实践意义。1.2 研究现状及发展趋势截至目前,国内基于物联网技术推出了多种运用传感器制作的室内环境监测产品。例如高校和企业的化学实验室通常配备拥有温湿度传感器的设备.以保证各种化学实验的进行；我国居民家庭常在用房设省拥有烟雾传感器的报警器,让居民知道室内环境CO浓度是否超标.保障居民安全使用燃气、煤气：温室大鹏种植中常配有氨气传感器的设备,避免氨气浓度过高危害种植作物,确保温室内种植作物的正常生长等等。而我国在智能家居物联网技术的研究上已经经过了漫长的探索与实践,与传统家居相比,智能家居拥有僖息获取、自动控制和人机交互等功能,大大地保障了居民在居家之中的健漾性与舒适性。市场上越来越智掂化的智能家居产品也层出不穷，这些智能家居产品是人们的生活痍量得到提升，越来越多的人也接受并开始追求智能冢居。智能室内监控系统比其他智能家居产品更加注重用户的健康和居住的野适性.在这样的市场背景之下,国内的公司与企业已经推出了多种类别的室内环境监测产品，但大多数监测产品的功能比较局限，常常只有一两种检测功能。因此，一个具有可以监测多种环境因素数据的智能室内监控系统的监测产品需求明显。智能室内监控系统已经在国内外拥有极其广泛的应用,其主要实现对仓库、温室大棚、实险室，家庭等封闭环境进行实时监测,为用户提供可养、全面的环境数据。智能室内监控系统使用物联网传感技术.并将多种类型传感需共同至于室内环境中.传感器可以随时对采样室内的环境数据进行采集.如温湿度、Co和NOz等有害气体的浓度、PM2.5的浓度、光照强度等等,传感器采集到的环境数据为模拟信号,之后传感器将其上传给CPU,模拟信号经过CPU处理后变成数字信号,反饿给用户。当室内环境中的某一数据数值超过设置上限.控制中心立即做出响应，自动驱动安全警扳提岗用户对环境迸行调整及采取措施，可以大大保障室内人员和监测环境的安全。1.3 论文研究工作本文以物联网技术和传感技术为基础,提出了一种能够实时采集室内温度、湿度、CO浓度、PM2.5浓度的智能室内监控系统.并将采集到的几种环境数据经过处理后及时反馈给用户,提醒用户采取相关措施维护室内环境1建康。其主要内容如下：使用STM32单片机隹为系统的主控核心,实现数据采集和发送功境。通过Co传感器模块,实现采集CO浓度数值切综通过温湿度传感器模块.实现采集温湿度功绘通过PM2.5传感器模决,实现采集PM2.5浓度数值功第。通过1.CD显示模块，实现数据显示功能。通过GSM报警模块,实现数值超标饕报功能。系统的硬件部分主要由STM32主控模块、温湿度传感器模块、CO传感器模块、PM2.5传感器模块、1.CD显示模块和GSM报警模块组成n三个传感器摸块负责对室内环境进行采集.然后传送到主控模块进行转换处理后得到数字化环境数据.并通过1.CD显示模块直观地呈现给用户。当传熟器采集的数据数值超过设定的数值上限,主控模块根据采集回来的数值契动GSM报警模块启动，蜂鸣器进行声光报警的同时直接发送短信给用户。1.CD显示模洪和GSM报警模块都会将环境数据信息反馈给用户,让用户根据提取到室内环境信息及时对室内环境做出相应措施来进行调整。1.4 本章小结本受节主要讨论了物联网智能冢居技术的研究背景和意义,引出了本文所研究的智能室内监测系统,此外还总结了国内外对于智能室内监控系统的研究与应用现状,并分析了该系统研究方向和发展趋势。最后在此基础上提出本文所要解决的问题和主要研究内容，拟设计了智能室内监控系统的基本框架,并阐述系统的主要实现功能,为进一步的开发和设计提供了理论依据和方向。2系统的硬件设计2.1 硬件总体设计在本系统中,硬件装者主要分为六个基本授块,分别是采用STM32芯片作为该读入式系统核心处理器的主控模块,对环境数据进行采集的三大传感器模块（CO传感器模块、温湿度传感器模块、PM2.5传感器模块）、PM2.5传感器模块,直观显示STM32转澳后的数字化环境数据的1.CD模块,以及数值超标会进行声光报警和发送报警短信到用户手机的GSM报警模块。硬件的总体设计也是圉绕着这六个基本模块及预想实现功能而展开,明确主控芯片和各个传感器以及其他所需器件的类别型号，并采用模块化硬件电路设计，其中主要包括主控芯片电路、三大传感器电器、GSM模块电逐、蝇鸣需报警电路、1.CD液晶显示电路、按键设置电路及供电电路等.文章后续也会对各个模块电路设计进行详述。以下是系统硬件总体框架如下：图2-1系统硬件总体框架2.2 主控模块硬件设计2.2.1 主控芯片选型分析单片机的应用非常广泛,与我们的生活息息相关并带来了极大的便利。现今大多数电器都是由单片机进行控制,比如我们常见的有冰箱、洗衣机、电视机、鼠标、键盘等,单片机甚至在医学设备、航空航天等领域都有广泛的应用。智能设备的发展也离不开单片机，所以市面上推出的单片机种类会越来越多.功能也会越来越强大。STM32FIO3是STM3211OI的增强型单片机.是一款低功耗、高性能的微控制器,也是ST公司出品的一款较为出色的单片机。而本系统的主控模块就是采用STM32增强系列的STM32FI03C8T6作为控制核心。STM32FIO3C8T6的特点如下：晶振部分采用了RTc低负载的方式。工作频率高达72MHzo使用3.3V稔压芯片,保证最大输出电流(300mA)0拥有64KB的F1.ash和20KB的RAMo拥有丰富的“0口资源。支持ST-1.INK和JTAG调试下载。具有2个12位的ADC模数转换。以上是STM32F103C8T6的部分功能特点,特别是其中自带2个AD转换的功能,方便我们在设计传感器采集数据后模数转换时免去了需要加外部ADC进行转换。当然它的优势不仅仅是这些,它总体强大的功能也使其成为本系统主控制器的优选CMirCoUS晾口800T选痒s<sntMCU图221STM32FI03C8T6实物图2.2.2 主控芯片电路设计主控模块是智能室内监控系统的核心部分.本系统在STM32F103C8T6的基础上设计了STM32最小系统电路,该电涔主要包括电源电涔、复位电涔.晶振电路、吕动电路和调试接口。其中复位电路是为了保证系统模块的灵活性；曷振电路是为了满足实时监测等功能。以下是STM32FI03C8T6最小系统电路原理图：9tin<*T*UP<UW图2.2.2STM32F1O3C8T6最