文/陳紅 印春曉 韋金言 王文策 李瑋

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展，人們對美好生活高質(zhì)量的追求，對居住環(huán)境的要求也不斷提高，對環(huán)境各類數(shù)據(jù)測量值（如PM2.5、噪聲、溫濕度）都十分注重；同時在農(nóng)業(yè)種植方面，蔬菜大棚的日益增多，如何控制棚內(nèi)環(huán)境參數(shù)也是目前農(nóng)業(yè)科技發(fā)展中必不可少的環(huán)節(jié)，了解了環(huán)境的光照，溫度、濕度才能更好地改善種植環(huán)境，提高產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量。本文提供的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)既可以用在居家環(huán)境又可以用在蔬菜大棚，同時通過手機(jī)APP或者網(wǎng)頁遠(yuǎn)程監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境變化。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)采用多種傳感器，包括溫濕度傳感器、噪聲傳感器、光照傳感器、PM2.5傳感器，監(jiān)測到的信號變化通過STM32單片機(jī)進(jìn)行模數(shù)計算，將結(jié)果顯示在OLΕD屏幕上，便于觀察，同時采用無線模塊ΕSP8266將采集到的數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸至阿里云端的數(shù)據(jù)庫。同時采用配套開發(fā)的手機(jī)APP客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，在電腦端用網(wǎng)頁進(jìn)行查看。因此對于本系統(tǒng)而言主要硬件電路設(shè)計與軟件編程設(shè)計兩個部分。

3 硬件電路設(shè)計

圖1：系統(tǒng)組成

圖2：單片機(jī)核心控制電路

圖3：無線傳輸模塊

硬件電路主要有STM32單片機(jī)核心控制模塊、電源轉(zhuǎn)換電路、放大電路、OLΕD顯示電路、無線傳輸電路、以及多傳感器采集電路組成。通過電源轉(zhuǎn)換電路將5V電壓轉(zhuǎn)換成STM32的供電電壓3.3V，保證正常的額定電壓。STM32單片機(jī)采集各傳感器發(fā)送來的信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，顯示在OLΕD顯示屏中。同時通過無線模塊ΕSP8266將數(shù)據(jù)傳送至阿里云端的服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)存放在云端數(shù)據(jù)庫。手機(jī)客戶端和網(wǎng)頁端都可以從阿里云服務(wù)器端獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行實施顯示和更新，做到遠(yuǎn)程訪問。

3.1 STM32核心控制電路

核心控制板采用的單片機(jī)為STM32F103C8T6。STM32F103單片機(jī)使用了ARM公司的Cortex-M3內(nèi)核與一些常用工業(yè)協(xié)議的硬件電路、使用哈佛數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、RISC指令集。有著遠(yuǎn)超普通單片機(jī)的大容量可在線擦寫的FLASH以及豐富的片上外設(shè),。STM32采用了3級流水線的取指令方式與函數(shù)跳轉(zhuǎn)預(yù)測方式，加速了代碼執(zhí)行的效率并且縮短了函數(shù)間所浪費的時間。核心控制電路如圖2所示。

圖4：電源電路

圖5：傳感器電路

圖6：主程序流程圖

3.2 無線傳輸模塊

在該系統(tǒng)中采用ΕSP6266無線傳輸模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，該模塊性能穩(wěn)定，適用于各種傳輸環(huán)境，并且集成度比較高，比如一些功率放大、濾波電路、天線開關(guān)等模塊和外部接口都有所集成，因此只要很少的外圍電路就可以實現(xiàn)本身的功能。如圖3所示。

3.3 電源電路

采用輸出電壓為3.3V的ASM1117芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，它是一種高效線性用于交換式電源5V至3.3V。STM32單片機(jī)的工作電壓為3.3V，而電路中其他的元器件需要5V供電，所以在這里用到穩(wěn)壓器件，保證電路的正常工作。如圖4所示。

3.4 傳感器電路

本系統(tǒng)中使用的傳感器較多，噪聲傳感器、溫濕度傳感器、光照傳感器、以及PM2.5粉塵傳感器。主要用來檢測當(dāng)前環(huán)境的聲唄、照度、溫度、濕度、以及PM2.5值。如圖5所示。

4 軟件設(shè)計

根據(jù)以上硬件電路設(shè)計，針對每一個硬件進(jìn)行軟件編程，軟件設(shè)計部分主要有幾大塊組成，初始化模塊、傳感器讀取模塊、顯示模塊、無線模塊等。初始化模塊主要負(fù)責(zé)初始化單片機(jī)內(nèi)部的外設(shè)。傳感器讀取模塊主要是負(fù)責(zé)讀取傳感器內(nèi)部的數(shù)據(jù)，顯示開關(guān)模塊主要是負(fù)責(zé)將傳感器中讀取到的數(shù)據(jù)在OLΕD中顯示。無線模塊將單片機(jī)采集到的數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)端的數(shù)據(jù)庫。如圖6所示。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)經(jīng)過總體的電路設(shè)計和軟件編程，采用AD軟件進(jìn)行硬件設(shè)計，同時采用keil軟件進(jìn)行編程，并制作了實物，通過調(diào)試，能夠?qū)κ覂?nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并顯示，實現(xiàn)對光照度、噪聲、PM2.5、溫度、濕度的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控，改善了現(xiàn)場監(jiān)測時間空間的局限性。本系統(tǒng)適用于家庭居住環(huán)境和蔬菜大棚環(huán)境，有較好的實用性、經(jīng)濟(jì)性。