試論STM32單片機(jī)在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的運(yùn)用

仰浩浩

摘要：相比于傳統(tǒng)的監(jiān)測手段，基于STM32單片機(jī)的單總線建筑室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)具有更為簡潔的布線和更加簡單的結(jié)構(gòu)。在實際應(yīng)用當(dāng)中，單總線測控系統(tǒng)在建筑物室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測中也發(fā)揮出了較為良好的效果，其可行性和正確性都較為理想。目前，在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測當(dāng)中，STM32單片機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，極大的提高了室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的效率和效果，因而受到了相關(guān)領(lǐng)域的歡迎。

關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī) 室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng) 運(yùn)用

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）11-0000-00

不同于當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通信，單總線通信應(yīng)用的是單根信號線，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)和始終的雙向傳輸，因而節(jié)省了I/O口資源。同時，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，因此在總線的維護(hù)和擴(kuò)展方面十分便利。

1系統(tǒng)

系統(tǒng)中應(yīng)用了STM32微控制器，其中采用了性能較高的內(nèi)核處理器，能夠達(dá)到72兆赫的工作頻率，同時包含了較為高效的ADC、定位器、定時器、通信接口等。能夠滿足系統(tǒng)中采集單元對通信和控制的要求。利用單總線芯片和單總線溫度傳感器，能夠?qū)Χ趸紳舛?、濕度、溫度等環(huán)境信息的模擬信號進(jìn)行采集，然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過單總線網(wǎng)絡(luò)向STM32控制器中傳輸[1]。芯片中的溫度傳感器ID是全球唯一性的，因此單總線在傳輸數(shù)據(jù)的過程中，控制器不但能夠接收傳感器數(shù)據(jù)，也能夠識別出傳遞信息的具體芯片。在通常狀態(tài)下，能夠達(dá)到每秒110Kb的傳輸速度，最遠(yuǎn)能夠達(dá)到600米以上的傳輸距離。在STM32控制系統(tǒng)和監(jiān)測計算機(jī)之間，可通過USB、CAN、RS-232等接口進(jìn)行連接。上位機(jī)在獲取室內(nèi)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的同時，也能夠?qū)ζ湎鄳?yīng)的位置加以確定。控制器在采集和處理數(shù)據(jù)的同時，會對實時時鐘進(jìn)行讀取，并且在LED顯示屏上顯示時間和數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間間隔，在SD卡當(dāng)中進(jìn)行存儲。這樣，利用數(shù)據(jù)查詢的功能，就能夠查詢需要的歷史數(shù)據(jù)。

2傳感器電路

2.1反饋電路

在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測當(dāng)中，如果發(fā)現(xiàn)濕度、溫度、二氧化碳濃度等超過了設(shè)定范圍，單片機(jī)會通過光電耦合器對輸出控制信號進(jìn)行隔離，然后利用繼電器控制打開加濕器、空調(diào)、新風(fēng)等系統(tǒng)，從而對室內(nèi)環(huán)境中的相關(guān)空氣參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果空氣中的相關(guān)參數(shù)條件達(dá)到了預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，繼電器就會自動斷開，從而停止單片機(jī)的動作。

2.2溫度傳感器

在溫度傳感器當(dāng)中，采用了熱固聚酯電容式傳感頭，信號處理功能電路在其內(nèi)部集成。在實際應(yīng)用中，能夠轉(zhuǎn)換濕度值為電容值，然后轉(zhuǎn)換成輸出的線性電壓。該溫度傳感器具有精度高、穩(wěn)定性好、抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)、溫漂低、互換性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢。溫度傳感器在測量環(huán)境溫度的同時還能夠補(bǔ)償濕度測量時的溫度。對于濕度測量值及其對應(yīng)的單總線電壓值，可通過切換多路開關(guān)來加以實現(xiàn)。在溫度傳感器的內(nèi)部，還能夠存儲相關(guān)的標(biāo)定技術(shù)參數(shù)。同時，溫度傳感器可將采集到的溫度值，利用信號輸出引腳的形式向控制器進(jìn)行傳輸。

2.3空氣質(zhì)量傳感器

系統(tǒng)中所應(yīng)用的空氣質(zhì)量傳感器，能夠有效的監(jiān)測空氣中的甲苯、二氧化碳、甲醛、煙霧等有毒有害氣體，并且具有較快的響應(yīng)時間和較高的靈敏度，在功耗情況較低的情況下，能夠得到較為良好的感應(yīng)特性。該空氣質(zhì)量傳感器對于空氣品質(zhì)控制系統(tǒng)來說，具有十分良好的適應(yīng)性。如果在室內(nèi)環(huán)境中存在著二氧化碳等有害氣體，傳感器會隨著空氣中有害氣體濃度的增加，提高其電導(dǎo)率[2]。

3軟件

在STM32單片機(jī)室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中，數(shù)據(jù)采集程序如圖1所示。

在單總線器件的操作過程中，對于操作時序有著十分嚴(yán)格的要求。因此，在系統(tǒng)軟件操作程序的編程過程中，可采用C語言嵌入?yún)R編語言的方式來進(jìn)行編寫，采用C語言的方式對LCD顯示程序、鍵盤驅(qū)動程序、串口通信程序、數(shù)據(jù)存儲程序等進(jìn)行編寫。在采集子程序當(dāng)中，所返回的電壓值與其相應(yīng)傳感器中輸出的電壓值相等。利用系統(tǒng)程序?qū)υ撾妷褐颠M(jìn)行轉(zhuǎn)換，就能夠得出室內(nèi)環(huán)境中溫度、濕度、空氣質(zhì)量等信息。

在顯示和存儲數(shù)據(jù)方面，采用了相應(yīng)的真彩液晶顯示屏，利用串口通信在液晶屏幕上顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。而串口通信屏的應(yīng)用，則是的系統(tǒng)軟件的開發(fā)效率得到了較大的提升。采用Fame View監(jiān)控組態(tài)軟件平臺對上位機(jī)監(jiān)控軟件進(jìn)行開發(fā)，從而實現(xiàn)了良好的上位計算機(jī)監(jiān)測界面。而數(shù)據(jù)庫存儲、上位機(jī)顯示、數(shù)據(jù)串行通信等功能，則是通過MAX232接口芯片實現(xiàn)的。

4結(jié)語

本文主要介紹了其在系統(tǒng)、傳感器、軟件等方面的設(shè)計和應(yīng)用，從而分析了其發(fā)揮作用的過程，通過系統(tǒng)各個方面的共同運(yùn)作，實現(xiàn)了高精度、高效率的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測。同時利用網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，因而在實驗室、住宅樓、辦公樓等室內(nèi)環(huán)境中，都具有較強(qiáng)的適用性。

參考文獻(xiàn)

[1]王銘明，陳濤，王建立，曹景太.基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)測量與控制，2014，04：1021-1023+1026.

[2]黎冠，馬婕，卜祥麗.STM32單片機(jī)在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動化儀表，2014，07：29-31.