基于STM32設(shè)計的環(huán)境檢測設(shè)備

?

1. 前言

隨著人們生活質(zhì)量的提高，對于生活環(huán)境的問題，人們的關(guān)注度進一步提高，同時政府部門采取了許多措施來改善環(huán)境狀況。但是總體上來說我國的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)水平比較落后，傳統(tǒng)上的監(jiān)測手段比較單一，監(jiān)測數(shù)據(jù)也不夠準(zhǔn)確，耗盡了大量的人力和財力，卻成效不高。

針對上述缺點，當(dāng)前文章綜合了嵌入式處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，設(shè)計了一個基于STM32的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)主要實現(xiàn)了對濕度、溫度、有毒氣體、煙霧濃度、空氣質(zhì)量等參數(shù)進行實時監(jiān)測的功能。為了實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸功能，采用了無線wifi技術(shù)。系統(tǒng)的測試分析表明系統(tǒng)整體數(shù)據(jù)采集性能良好，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性可靠，到達(dá)了預(yù)期目標(biāo)。

系統(tǒng)與傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)相比，具有監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，監(jiān)測范圍廣，智能化高等特點。且系統(tǒng)具有一定的創(chuàng)新性，在實際的工程運用和理論研究上體現(xiàn)出了一定的研究價值最后通過實物的調(diào)試，各項參數(shù)及功能符合設(shè)計要求，能達(dá)到預(yù)期的目的。

設(shè)計以STM32微控制器為平臺，采用DHT11溫濕度傳感器、煙霧傳感器MQ-2、易燃?xì)怏w傳感器MQ-4、空氣質(zhì)量檢測傳感器MQ-135對室內(nèi)溫濕度和危險氣體進行采集。通過wifi無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給微控制器，STM32微控制器處理數(shù)據(jù)后，由自帶oled液晶屏顯示。當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)警值或有危險氣體時，系統(tǒng)將會自動警報并將警報信息通過wifi網(wǎng)絡(luò)傳輸給客戶手機。且每隔一段時間會通過wifi自動發(fā)送監(jiān)測信息到手機，從而實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測及報警功能。

源碼獲取: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/63979263

基于STM32設(shè)計的環(huán)境監(jiān)測項目

2. 實現(xiàn)功能與整體框架圖

開發(fā)板采用STM32最小系統(tǒng)板，主控CPU采用STM32F103C8T6，其他傳感器采用模塊的形式連接到開發(fā)板。

主要實現(xiàn)以下功能實現(xiàn): 1、通過DHT11溫濕度傳感器、煙霧傳感器MQ-2、易燃?xì)怏w傳感器MQ-4、空氣質(zhì)量檢測傳感器MQ-135對室內(nèi)溫濕度和危險氣體進行采集。 2、通過傳感器用ADC模擬數(shù)字的轉(zhuǎn)換，采集到的數(shù)據(jù)顯示在oled屏幕上。 3、當(dāng)檢測到的數(shù)據(jù)超過設(shè)定的安全值時，屏幕上會顯示警報。 4、檢測到的數(shù)據(jù)能定時通過ESP8266 wifi無線傳輸發(fā)送到所連接的用戶的手機上，實現(xiàn)監(jiān)測功能。

系統(tǒng)框架圖如下:

3. 硬件特點介紹

(1) 溫濕度傳感器 溫濕度傳感器采用DHT11，這是一款直接輸出數(shù)字信號的溫濕度傳感器；其精度濕度±5%RH， 溫度±2℃，量程濕度5~95%RH， 溫度-20~+60℃。通過單總線時序輸出,占用的IO口也比較少,工作電壓3V~5V,單片機連接控制很方便。

(2) MQ系列的氣體檢測傳感器 煙霧傳感器MQ-2、易燃?xì)怏w傳感器MQ-4、空氣質(zhì)量檢測傳感器MQ-135，這些傳感器都是輸出模擬信號。 配置好STM32的ADC采集接口，采集數(shù)據(jù)進行處理即可。

(3) ESP8266 WIFI 聯(lián)網(wǎng)的模塊采用ESP8266 WIFI,ESP8266在物聯(lián)網(wǎng)里使用非常多,有很多成熟的案例.WIFI本身也支持二次開發(fā),默認(rèn)集成的SDK支持AT指令控制,單片機可以通過串口方式控制ESP8266完成網(wǎng)絡(luò)通信,非常方便.

(4) OLED顯示屏 OLED顯示屏采用中景園電子的0.96寸OLED,分辨率是128x64,使用的SPI引腳接口屏幕,刷屏速度很快,控制簡單

(5) 上位機設(shè)計

手機APP和PC端沒有單獨設(shè)計精美的界面,只是簡單的展示了數(shù)據(jù)顯示。

4. 核心源碼

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4.1 DHT11溫濕度代碼

#include "dht11.h"
#include "delay.h"
?
//復(fù)位DHT11
void DHT11_Rst(void)      
{         
     DHT11_IO_OUT();   //SET OUTPUT
  DHT11_DQ_OUT=0;     //拉低DQ
  DelayMs(20);       //拉低至少18ms
  DHT11_DQ_OUT=1;     //DQ=1 
     delay_us(30);       //主機拉高20~40us
}
//等待DHT11的回應(yīng)
//返回1:未檢測到DHT11的存在
//返回0:存在
u8 DHT11_Check(void)      
{  
    u8 retry=0;
    DHT11_IO_IN();//SET INPUT    
  while (DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11會拉低40~80us
    {
        retry++;
        delay_us(1);
    };   
    if(retry>=100)return 1;
    else retry=0;
  while (!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11拉低后會再次拉高40~80us
    {
        retry++;
        delay_us(1);
    };
    if(retry>=100)return 1;   
    return 0;
}
//從DHT11讀取一個位
//返回值：1/0
u8 DHT11_Read_Bit(void)              
{
    u8 retry=0;
    while(DHT11_DQ_IN&&retry<100)//等待變?yōu)榈碗娖?    {
        retry++;
        delay_us(1);
    }
    retry=0;
    while(!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//等待變高電平
    {
        retry++;
        delay_us(1);
    }
    delay_us(40);//等待40us
    if(DHT11_DQ_IN)return 1;
    else return 0;       ? 
}
?
//從DHT11讀取一個字節(jié)
//返回值：讀到的數(shù)據(jù)
u8 DHT11_Read_Byte(void) ? ?
{ ? ? ? ?
 ? ?u8 i,dat;
 ? ?dat=0;
    for (i=0;i<8;i++) 
    {
 ?      dat<<=1; 
     ? ?dat|=DHT11_Read_Bit();
 ?  }                        ? ?
 ? ?return dat;
}
?
?
//從DHT11讀取一次數(shù)據(jù)
//temp:溫度值(范圍:0~50°)
//humi:濕度值(范圍:20%~90%)
//返回值：0,正常;1,讀取失敗
u8 DHT11_Read_Data(u8 *temp,u8 *humi) ? ?
{ ? ? ? ?
    u8 buf[5];
    u8 i;
    DHT11_Rst();
    //printf("------------------------\r\n");
    if(DHT11_Check()==0)
    {
        for(i=0;i<5;i++)//讀取40位數(shù)據(jù)
        {
            buf[i]=DHT11_Read_Byte();
        }
        if((buf[0]+buf[1]+buf[2]+buf[3])==buf[4])
        {
            *humi=buf[0];
            *temp=buf[2];
        }
    }else return 1;
    return 0;    ? ?
}
?
?
//初始化DHT11的IO口 DQ 同時檢測DHT11的存在
//返回1:不存在
//返回0:存在 ?       
u8 DHT11_Init(void)
{
    RCC->APB2ENR|=1<<2; ? ?//使能PORTG口時鐘 
    GPIOA->CRL&=0XFF0FFFFF;//PORTG.11 推挽輸出
    GPIOA->CRL|=0X00300000;
    GPIOA->ODR|=1<<5; ? ? ?//輸出1                 ? ?
    DHT11_Rst();
    return DHT11_Check();
}

4.2 ESP8266代碼

#include "esp8266.h"
extern u8 USART3_RX_BUF[USART3_MAX_RECV_LEN];      //接收緩沖,最大USART3_MAX_RECV_LEN字節(jié)
extern u8 USART3_TX_BUF[USART3_MAX_SEND_LEN];      //發(fā)送緩沖,最大USART3_MAX_SEND_LEN字節(jié)
extern vu16 USART3_RX_STA;                                             //接收數(shù)據(jù)狀態(tài)
?
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 
//用戶配置區(qū)
?
//連接端口號:8086,可自行修改為其他端口.
const u8 portnum[]="8089";       
?
//WIFI STA模式,設(shè)置要去連接的路由器無線參數(shù),請根據(jù)你自己的路由器設(shè)置,自行修改.
const u8 wifista_ssid[]="wbyq1";            //路由器SSID號
const u8 wifista_encryption[]="wpa2_aes";   //wpa/wpa2 aes加密方式
const u8 wifista_password[]="123456789";    //連接密碼
?
//WIFI AP模式,模塊對外的無線參數(shù),可自行修改.
const u8 wifiap_ssid[]="Cortex_M3";          //對外SSID號
const u8 wifiap_encryption[]="wpawpa2_aes"; //wpa/wpa2 aes加密方式
const u8 wifiap_password[]="12345678";       //連接密碼 
?
?
/*
函數(shù)功能：向ESP82668266發(fā)送命令
函數(shù)參數(shù)：
                cmd:發(fā)送的命令字符串
                ack:期待的應(yīng)答結(jié)果,如果為空,則表示不需要等待應(yīng)答
                waittime:等待時間(單位:10ms)
返 回 值：
                 0,發(fā)送成功(得到了期待的應(yīng)答結(jié)果)
     1,發(fā)送失敗
*/
u8 ESP8266_SendCmd(u8 *cmd,u8 *ack,u16 waittime)
{
    u8 res=0; 
    USART3_RX_STA=0;
    UsartStringSend(USART3,cmd);//發(fā)送命令
    if(ack&&waittime)       //需要等待應(yīng)答
    {
        while(--waittime)   //等待倒計時
        {
            DelayMs(10);
            if(USART3_RX_STA&0X8000)//接收到期待的應(yīng)答結(jié)果
            {
                if(ESP8266_CheckCmd(ack))
                {
                    res=0;
                    //printf("cmd->ack:%s,%s\r\n",cmd,(u8*)ack);
                    break;//得到有效數(shù)據(jù) 
                }
                    USART3_RX_STA=0;
            } 
        }
        if(waittime==0)res=1; 
    }
    return res;
}
?
?
/*
函數(shù)功能：ESP8266發(fā)送命令后,檢測接收到的應(yīng)答
函數(shù)參數(shù)：str:期待的應(yīng)答結(jié)果
返 回 值：0,沒有得到期待的應(yīng)答結(jié)果
                 其他,期待應(yīng)答結(jié)果的位置(str的位置)
*/
u8* ESP8266_CheckCmd(u8 *str)
{
    char *strx=0;
    if(USART3_RX_STA&0X8000) //接收到一次數(shù)據(jù)了
    { 
        USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA&0X7FFF]=0;//添加結(jié)束符
        strx=strstr((const char*)USART3_RX_BUF,(const char*)str); //查找是否應(yīng)答成功
        printf("RX=%s",USART3_RX_BUF);
    }
    return (u8*)strx;
}
?
/*
函數(shù)功能：向ESP8266發(fā)送指定數(shù)據(jù)
函數(shù)參數(shù)：
                data:發(fā)送的數(shù)據(jù)(不需要添加回車)
                ack:期待的應(yīng)答結(jié)果,如果為空,則表示不需要等待應(yīng)答
                waittime:等待時間(單位:10ms)
返 回 值：0,發(fā)送成功(得到了期待的應(yīng)答結(jié)果)luojian
*/
u8 ESP8266_SendData(u8 *data,u8 *ack,u16 waittime)
{
    u8 res=0; 
    USART3_RX_STA=0;
    UsartStringSend(USART3,data);//發(fā)送數(shù)據(jù)
    if(ack&&waittime)       //需要等待應(yīng)答
    {
        while(--waittime)   //等待倒計時
        {
            DelayMs(10);
            if(USART3_RX_STA&0X8000)//接收到期待的應(yīng)答結(jié)果
            {
                if(ESP8266_CheckCmd(ack))break;//得到有效數(shù)據(jù) 
                USART3_RX_STA=0;
            } 
        }
        if(waittime==0)res=1; 
    }
    return res;
}
    
    
?
/*
函數(shù)功能：ESP8266退出透傳模式
返 回 值：0,退出成功;
     1,退出失敗
*/
u8 ESP8266_QuitTrans(void)
{
    while((USART3->SR&0X40)==0);    //等待發(fā)送空
    USART3->DR='+';   
    DelayMs(15);                    //大于串口組幀時間(10ms)
    while((USART3->SR&0X40)==0);    //等待發(fā)送空
    USART3->DR='+';   
    DelayMs(15);                    //大于串口組幀時間(10ms)
    while((USART3->SR&0X40)==0);    //等待發(fā)送空
    USART3->DR='+';   
    DelayMs(500);                   //等待500ms
    return ESP8266_SendCmd("AT","OK",20);//退出透傳判斷.
}
?
?
/*
函數(shù)功能：獲取ESP82668266模塊的AP+STA連接狀態(tài)
返 回 值：0，未連接;1,連接成功
*/
u8 ESP8266_ApStaCheck(void)
{
    if(ESP8266_QuitTrans())return 0;             //退出透傳 
    ESP8266_SendCmd("AT+CIPSTATUS",":",50); //發(fā)送AT+CIPSTATUS指令,查詢連接狀態(tài)
    if(ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:0")&&
         ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:1")&&
         ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:2")&&
         ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:4"))
        return 0;
    else return 1;
}
?
?
/*
函數(shù)功能：獲取ESP8266模塊的連接狀態(tài)
返 回 值：0,未連接;1,連接成功.
*/
u8 ESP8266_ConstaCheck(void)
{
    u8 *p;
    u8 res;
    if(ESP8266_QuitTrans())return 0;             //退出透傳 
    ESP8266_SendCmd("AT+CIPSTATUS",":",50); //發(fā)送AT+CIPSTATUS指令,查詢連接狀態(tài)
    p=ESP8266_CheckCmd("+CIPSTATUS:"); 
    res=*p;                                                                 //得到連接狀態(tài)    
    return res;
}
?
/*
函數(shù)功能：獲取ip地址
函數(shù)參數(shù)：ipbuf:ip地址輸出緩存區(qū)
*/
void ESP8266_GetWanip(u8* ipbuf)
{
     u8 *p,*p1;
        if(ESP8266_SendCmd("AT+CIFSR\r\n","OK",50))//獲取WAN IP地址失敗
        {
            ipbuf[0]=0;
            return;
        }       
        p=ESP8266_CheckCmd(""");
        p1=(u8*)strstr((const char*)(p+1),""");
        *p1=0;
        sprintf((char*)ipbuf,"%s",p+1); 
}
?
/*
函數(shù)功能：將收到的AT指令應(yīng)答數(shù)據(jù)返回給電腦串口
參   數(shù)：mode:0,不清零USART3_RX_STA;
                             1,清零USART3_RX_STA;
*/
void ESP8266_AtResponse(u8 mode)
{
    if(USART3_RX_STA&0X8000)        //接收到一次數(shù)據(jù)了
    { 
        USART3_RX_BUF[USART3_RX_STA&0X7FFF]=0;//添加結(jié)束符
        printf("%s",USART3_RX_BUF); //發(fā)送到串口
        if(mode)USART3_RX_STA=0;
    } 
}
?
?
/*
函數(shù)功能：ESP8266 AP模式+TCP服務(wù)器模式測試
*/
void ESP8266_APorServer(void)
{
    u8 p[100];
    u8 ipbuf[20];
    
    
    while(ESP8266_SendCmd("AT\r\n","OK",20))//檢查WIFI模塊是否在線
    {
        ESP8266_QuitTrans();//退出透傳
        ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=0\r\n","OK",200); //關(guān)閉透傳模式 
        printf("未檢測到模塊，正在嘗試連接模塊...\r\n");
        DelayMs(800);
    }
    printf("ESP8266模塊檢測OK!\r\n");
    
    while(ESP8266_SendCmd("ATE0\r\n","OK",20)); //關(guān)閉回顯
    
    printf("請用設(shè)備連接WIFI熱點:%s,%s,%ss\r\n",(u8*)wifiap_ssid,(u8*)wifiap_encryption,(u8*)wifiap_password);
    
    /*1. 設(shè)置WIFI AP模式 */
    ESP8266_SendCmd("AT+CWMODE=2\r\n","OK",50);
    
    /*2. 重啟模塊 */
    ESP8266_SendCmd("AT+RST\r\n","OK",20);
    
    /*3. 延時3S等待重啟成功*/
    DelayMs(1000);      
    DelayMs(1000);
    DelayMs(1000);
    
    /*5. 配置模塊AP模式無線參數(shù)*/
    sprintf((char*)p,"AT+CWSAP="%s","%s",1,4\r\n",wifiap_ssid,wifiap_password); 
    ESP8266_SendCmd(p,"OK",1000);
    
    /*4. 設(shè)置多連接模式：0單連接，1多連接(服務(wù)器模式必須開啟)*/
    ESP8266_SendCmd("AT+CIPMUX=1\r\n","OK",20); 
    
    /*5. 開啟Server模式(0，關(guān)閉；1，打開)，端口號為portnum */
    sprintf((char*)p,"AT+CIPSERVER=1,%s\r\n",(u8*)portnum);
    ESP8266_SendCmd(p,"OK",50);
    
    /*6. 獲取當(dāng)前模塊的IP*/
    ESP8266_GetWanip(ipbuf);//
    printf("IP地址:%s 端口:%s",ipbuf,(u8*)portnum);
 
    USART3_RX_STA=0; //清空串口的接收標(biāo)志位
//  while(1)
//  {
//      key=GetKeyVal(1);//退出測試
//      if(key==1)
//      { 
//      printf("退出測試!\r\n");            
//          ESP8266_QuitTrans();    //退出透傳
//          ESP8266_SendCmd("AT+CIPMODE=0","OK",20);  //關(guān)閉透傳模式
//          break;                                               
//      }
//      else if(key==2) //發(fā)送數(shù)據(jù) 
//      {
//              ESP8266_SendCmd("AT+CIPSEND=0,12\r\n","OK",200); //設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)長度為12個
//              ESP8266_SendData("ESP8266測試!","OK",100);    //發(fā)送指定長度的數(shù)據(jù)
//              DelayMs(200);
//      }
//      t++;
//      DelayMs(10);
//      if(USART3_RX_STA&0X8000)          //接收到一次數(shù)據(jù)了
//      { 
//          rlen=USART3_RX_STA&0X7FFF;  //得到本次接收到的數(shù)據(jù)長度
//          USART3_RX_BUF[rlen]=0;        //添加結(jié)束符 
//          printf("接收的數(shù)據(jù): rlen=%d,%s",rlen,USART3_RX_BUF); //發(fā)送到串口  
//          USART3_RX_STA=0;
//          if(constate!=3)t=1000;        //狀態(tài)為還未連接,立即更新連接狀態(tài)
//          else t=0;          //狀態(tài)為已經(jīng)連接了,10秒后再檢查
//      }
//      if(t==1000)//連續(xù)10秒鐘沒有收到任何數(shù)據(jù),檢查連接是不是還存在.
//      {
////            constate=ESP8266_ConstaCheck();//得到連接狀態(tài)
////            if(!constate)printf("連接失敗!\r\n");
//          t=0;
//      }
//      if((t%20)==0)LED2=!LED2;
//      ESP8266_AtResponse(1);
//  }
}   

?審核編輯：湯梓紅