STM32下?lián)P塵監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計探析

1、STM32下?lián)P塵監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計探析 摘要：為了實現(xiàn)對粉塵的實時監(jiān)測，文中設(shè)計一款基于STM32單片機的工地揚塵監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用環(huán)境參數(shù)傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機簡單處理后，使用LED顯示屏顯示環(huán)境信息；利用挪動通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到效勞器，通過 微信小程序獲取并查看效勞器存儲的相關(guān)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)可以檢測溫度、濕度、PM2.5、PM10、噪聲等環(huán)境參數(shù)，并實時顯示、上報，也可根據(jù)需求添加報警與噴霧除塵功能。關(guān)鍵詞：STM32單片機；揚塵監(jiān)測系統(tǒng)；LED顯示屏；挪動通信模塊；數(shù)據(jù)上報；微信小程序0引言隨著生活程度不斷進步，人們愈發(fā)重視環(huán)境問題。目前，社會開展迅速，建筑工地日益增多，施工時對周圍環(huán)

2、境造成污染，如空氣污染、噪聲污染、水污染、光污染等，給人們的生活帶來諸多不便【1】。假如能及時監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的變化，便能盡早進展污染治理【2】。基于此，本文設(shè)計了一款基于STM32單片機的揚塵監(jiān)測系統(tǒng)。1系統(tǒng)總體設(shè)計本系統(tǒng)主要包括電源模塊、主控制器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊和挪動通信模塊。為了使用方便，本系統(tǒng)直接連接220V交流電，再通過電源模塊將220V交流電轉(zhuǎn)化為5V的直流電，以便系統(tǒng)其他部分使用。主控制器通過STM32單片機處理數(shù)據(jù)采集模塊傳送的數(shù)據(jù)，并在顯示模塊實時顯示。為方便遠程查看揚塵系統(tǒng)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)特開發(fā)了一款專用微信小程序。挪動通信模塊NB-IoT模塊通過HTTP網(wǎng)絡(luò)

3、協(xié)議訪問效勞器，將單片機處理后的數(shù)據(jù)上傳到效勞器，之后微信小程序與效勞器進展數(shù)據(jù)交互，獲取并顯示相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運行示意如圖1所示。2系統(tǒng)硬件組成2.1STM32單片機。本系統(tǒng)選用STM32F103單片機作為控制器。它屬于中低端32位ARM微控制器，其芯片為ST公司出品的Cortex-M3內(nèi)核。芯片內(nèi)置128KB閃存和20KBSRAM高速存儲器，最大工作頻率為72MHz，擁有多個I/O端口及與兩條APB總線聯(lián)接的外設(shè)。每個型號的STM32芯片都包含3個通用的16位定時器、2個12位的ADC、1個PWM定時器。此外，它還包含多個標(biāo)準(zhǔn)且先進的通信接口【5】，如I2C、SPI、USART、USB、

4、CAN等。在本系統(tǒng)中，STM32F103單片機通過USART3連接數(shù)據(jù)采集模塊用以獲取溫度、濕度、PM2.5等數(shù)據(jù)；USART2連接挪動通信模塊與效勞器通信；SPI連接顯示模塊，將需要顯示的數(shù)據(jù)通過SPI發(fā)送到顯示屏【6】。2.2數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集選用RS-BYH-M模塊。作為主要的環(huán)境數(shù)據(jù)采集器，RS-BYH-M模塊采用一體式設(shè)計，將傳感器安裝在百葉盒內(nèi)，能便捷地測量周圍環(huán)境的空氣質(zhì)量、噪聲、溫度、濕度、光照等參數(shù)。由于STM32F103單片機無RS485接口，故本系統(tǒng)通過將UART轉(zhuǎn)換成RS485解決這一問題。2.3顯示模塊。顯示模塊使用由12塊小LED模塊面板組成的LED顯示屏，采用

5、12接口通信，通過四分之一掃描方式工作。單片機使用SPI通信接口循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)，使LED顯示屏點亮相應(yīng)的LED燈，從而顯示需要的字符。2.4NB-IoT模塊NB-IoT模塊是挪動通信模塊，使用的型號為M5310-A。該型號的NB-IoT模塊支持最新Release14標(biāo)準(zhǔn)，相比之前版本通信速率更高。此外，M5310-A還新增了遠程固件晉級FOTA功能。NB-IoT模塊具有尺寸小、功耗低、工作溫度范圍寬等特點，可用于智能家居、智能抄表、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸效勞。3系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)在STM32單片機上使用了RT-Thread操作系統(tǒng)。它是一個嵌入式實時多線程操作系統(tǒng)，根本屬性之一是支持

6、多個任務(wù)同時運行。RT-Thread還具有實時性高、占用資源少等特點。系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計。其中，STM32單片機主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊以及通信模塊。各模塊均使用RT-Thread系統(tǒng)的線程處理，并且三個線程之間使用郵箱通信：首先由數(shù)據(jù)采集模塊的線程讀取傳感器獲得數(shù)據(jù)并進展簡單處理，再通過郵箱將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)顯示模塊線程及通信模塊線程，數(shù)據(jù)顯示模塊線程接收到數(shù)據(jù)后，將其直接發(fā)送到LED顯示屏，NB-IoT模塊那么將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送到效勞器。系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。圖2系統(tǒng)軟件流程數(shù)據(jù)顯示模塊線程首先對數(shù)據(jù)顯示相關(guān)變量進展初始化，然后通過郵箱接收從數(shù)據(jù)采集模塊線程發(fā)送的帶有環(huán)境參數(shù)數(shù)

7、據(jù)的郵件，經(jīng)過相應(yīng)處理后調(diào)用數(shù)據(jù)顯示函數(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示屏進展顯示。數(shù)據(jù)顯示流程如圖3a所示。微信小程序使用微信原生的Request組件進展網(wǎng)絡(luò)懇求。首先Request組件攜帶URL、賬號、密碼等信息向效勞器發(fā)起懇求，效勞器收到懇求信息后檢查自己是否存在所懇求的資源，假設(shè)存在，那么返回狀態(tài)碼和所懇求內(nèi)容，否那么返回錯誤信息。為了確保在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程中所有操作的正確性，必須確認效勞器返回的狀態(tài)均正確。微信小程序接收到懇求數(shù)據(jù)后，對其進展解析并展示。微信小程序獲取數(shù)據(jù)流程如圖3b所示。4系統(tǒng)調(diào)試本系統(tǒng)的調(diào)試過程分為如下兩步：1由STM32端進展數(shù)據(jù)采集顯示；2通過效勞器在微信小程序上顯示數(shù)據(jù)。STM32端進展數(shù)據(jù)采集顯示時，需通過數(shù)據(jù)采集模塊將采集的溫度、濕度、噪聲、PM2.5、PM10等數(shù)據(jù)經(jīng)過STM32單片機處理并顯示到液晶屏上。經(jīng)過屢次調(diào)試，結(jié)果符合預(yù)期。數(shù)據(jù)采集調(diào)試界面如圖4所示。在對遠程數(shù)據(jù)顯示進展測試時，需把STM32單片機處理后的數(shù)據(jù)使用NB-IoT模塊HTTP協(xié)議的POST方法提交給效勞器并存儲，微信小程序通過效勞器獲取數(shù)據(jù)并顯示。微信小程序端測試結(jié)果符合要求。微信小程序數(shù)據(jù)查詢、顯示界面如圖5所示。5結(jié)語經(jīng)過調(diào)試，本系統(tǒng)能很好地完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)上報、微