基于機智云的環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)設計

第1章緒論1.1選題背景從科學技術被發(fā)明創(chuàng)造出來開始，就一直促進者人類社會的進步，在今天這個科學大變革的時代，科學技術的進步給人類社會帶來了巨大的福利，推動了人類社會生產力的發(fā)展，更為人類文明的奠定了堅實的基礎。各種科技成果層出不窮，被廣泛的應用于社會的各個領域在當今社會中衡量技術科學和技術發(fā)展的主流。通過手工方法對參數(shù)信息系統(tǒng)的早期檢測通常是基于視覺監(jiān)測。工作人員的操作情況不僅增加了工作量，而且確保了檢測的真實性和有效性，并且在技術上和經濟上都是不合需要的。在現(xiàn)代生產和管理過程中，許多物理，環(huán)境參數(shù)，數(shù)據處理等都需要實時監(jiān)控。由于所需測試數(shù)據的要求在工業(yè)生產過程中是實時可靠的，我們需要更強大的持續(xù)創(chuàng)新，持續(xù)發(fā)展和科學技術的不斷應用。如今，隨著信息技術和自動化的快速發(fā)展，無線檢測系統(tǒng)在各行各業(yè)，尤其是工業(yè)和環(huán)境測試中發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的有線數(shù)據傳輸，無限形式的有線傳輸影響著工作效率，應用范圍和材料浪費。當今社會中許多大型大學，研究機構和其他研究機構開發(fā)的許多儀器和測量工具都是獨立運作的。為了集中管理和運營，有必要組建一個網絡測試中心。無線傳感網絡技術在國內外都是一個很時髦的話題，不管是國內還是國際上的研究機構對此都有相關的研究成果。無線傳感器網絡可在任何時間，任何地點和任何環(huán)境條件下實現(xiàn)可靠的實時數(shù)據。在未來，無線傳感網絡是有相當廣泛的應用前景。環(huán)境智能檢測系統(tǒng)可檢測溫度和濕度以及濃度。實時吸煙，防止因溫度過高引發(fā)的事故?？蓪崿F(xiàn)監(jiān)控溫度，定時傳輸數(shù)據，高溫報警和數(shù)據傳輸?？蓱糜诩Z倉，溫室等一系列溫度測量環(huán)境。1.2課題意義眾所周知，環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)已經出現(xiàn)。近年來，他們一直在以良好的高速發(fā)展進步。許多新設備已經開始出現(xiàn)在市場上以滿足人們的需求。但是，從整體情況來看，仍然沒有進行分析。最好的兩個地方是缺乏標準和缺乏權威產品。隨著科學技術的進步，經濟的發(fā)展和人民財富的增加，對自身生活環(huán)境的需求水平也有所提高。環(huán)境監(jiān)測越來越受歡迎。智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)將會成為未來市場上的一大主流，也會成為國內甚至國際上研究的主流方向，在未來智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以為人們提供更加智能化、更加人性化的生活模式和生活場景，使居住者的生活更方便，更高效，更適合家庭的日?；顒?。對于快節(jié)奏的生活，人們的壓力減少了，同時又極大的方便。而且，在當前的健康和環(huán)境保護的世界里，智能地為居民提供空氣的溫度和濕度來檢查空氣，使居民能夠安心，能夠滿足人們的個性化需求。同時，智能監(jiān)控人員可以根據居民的需求，應急處理，危機救援等急救控制來調整方案。完全滿足用戶的需求。1.3國內外發(fā)展概況科學技術深刻地影響著我們的生活，以往環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)僅僅只是具有單個監(jiān)測功能模塊系統(tǒng)只能一對一進行布線操縱和集中監(jiān)測操作，然后連接到中央控制室內，監(jiān)測設備之間相互獨立，由于信號傳輸技術和計算機技術的進步，它可以通過信號線傳輸多個信號，這將有助于在中央控制室顯示所有測試結果。隨著現(xiàn)代網絡技術的快速發(fā)展和無線傳感器網絡技術應用于各行各業(yè)的情況下，先進的現(xiàn)場控制器和PC取代了主機的中央控制。根據操作員的指示，可以自動檢測相關數(shù)據。檢測系統(tǒng)的功能是從以前的集中模型演變成網絡模型。一般的工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)采用的是有線網絡進行數(shù)據傳輸，這種有線網絡有優(yōu)點，也有缺點。優(yōu)點就是有線傳輸網絡高速穩(wěn)定，不會出現(xiàn)數(shù)據漏傳的情況，比較符合工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的要求。但是缺點也很明顯，就是要根據導電介質的線路來傳輸數(shù)據，單位時間內傳輸?shù)南嚓P任務會增加此外，施工過程中建筑物不可避免地會受到損壞，造成大量的人力，財力和物力損失和浪費。目前，檢測系統(tǒng)的硬件和軟件技術已逐漸成熟，主要涉及到開發(fā)半導體技術，傳感器技術，嵌入式技術，通信技術，數(shù)據庫技術和各領域的網絡技術。無線檢測系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時檢測，感知和收集網絡分布區(qū)域，監(jiān)控各種數(shù)據對象和處理數(shù)據，以及完整的數(shù)據收集和測試。從上世紀90年代末開始，傳感器網絡技術的傳統(tǒng)的有線時代已經過去，新的無線時代已經到來傳感器網絡技術從有線時代進入無線時代。新一代傳感器無線網絡是由可控數(shù)量的傳感器節(jié)點來組成一個龐大的無線網絡，這些節(jié)點之間的通信為多跳通信?？梢酝ㄟ^多跳通信進行發(fā)送和接收傳感器網絡上的數(shù)據信息。傳感器網絡的主要功能為采集數(shù)據、數(shù)據處理和監(jiān)測數(shù)據，當然數(shù)據要在可監(jiān)測范圍內。由于無線傳感器網絡的巨大價值，它引起了工業(yè)，軍事和學術界的高度重視。世界上許多國家，比如，中國目前研究的熱點主要集中對于周圍環(huán)境的感知、智能家庭等方面。檢測技術的發(fā)展始終與最新技術的發(fā)展密切相關。由于用戶對檢測技術在更簡便和更具實時性方面不斷提出更高的要求。所以它必定會不斷地被發(fā)展，才能滿足人們的需求?，F(xiàn)在，傳感器網絡在國內的研究還處在相當初級的階段。但是傳感器網絡技術作為一門新興技術，各國的研究水平相差不多。只要我們不斷地對傳感器網絡技術進行發(fā)展和完善，相信在不久的將來，傳感器網絡技術將被廣泛的用于社會各個領域。第2章環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)總體設計2.1環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)總體描述環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要是以 STM32F103RCT6嵌入式主控制芯片，外接溫度傳感器、濕度傳感器以及煙霧報警傳感器等模塊對室內環(huán)境的監(jiān)測，并在OLED屏幕上顯示當前的數(shù)據，然后將監(jiān)測到的數(shù)據發(fā)送到STM32主控板中進行數(shù)據分析，當采集到的環(huán)境數(shù)據超過設定的值時，STM32主控板中的蜂鳴器報警模塊會發(fā)出報警聲。溫度傳感器可以對室內的溫濕度數(shù)據進行實時的數(shù)據采集，煙霧濃度傳感器可以室內的煙霧濃度數(shù)據進行采集，兩大系統(tǒng)的主要模塊在STM32上電后同時進行工作，并把采集到的數(shù)據傳輸?shù)絊TM32F103RCT6嵌入式主控板中；STM32F103RCT6嵌入式主控板負責數(shù)據處理及分析，然后通過無線WIFI模塊將數(shù)據實時傳輸?shù)绞謾C終端進行顯示，當溫濕度值或者煙霧濃度值達到設定的警戒值時STM32F103RCT6上的報警模塊中的蜂鳴器會發(fā)出報警聲音，提示用戶環(huán)境超出閾值。WIFI無線串口收發(fā)器實現(xiàn)手機終端控制器與STM32主控芯片的互聯(lián)互通，將采集到的數(shù)據通過WIFI無線傳輸模塊提供給手機終端控制器，并且能將修改后的閾值數(shù)據回傳給STM32F103嵌入式主控芯片；手機終端控制器負責將一切來自傳感器的數(shù)據接收和發(fā)送。2.2環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)總體設計框圖圖2.2.1系統(tǒng)總體設計框圖2.3環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能A.溫濕度模塊溫濕度監(jiān)測:通過溫度傳感器和濕度傳感器實時地采集室內的溫度數(shù)據和濕度數(shù)據。并提供數(shù)據給處理器進行處理，再通過WIFI模塊傳給手機，通過手機可以遠程實時監(jiān)測室內溫濕度。B.煙霧報警模塊煙霧報警功能：煙霧傳感器監(jiān)測空氣中的煙霧濃度，通過煙霧濃度值的大小來預判火災的發(fā)生。如果煙霧濃度值過高，已經超過事先設定好的閾值蜂鳴器將發(fā)出連續(xù)的警報聲，直到煙霧濃度值降為正常值。C.OLED顯示模塊OLED顯示：溫濕度傳感器，以及煙霧報警器采集的數(shù)據經過STM32芯片處理后，會以字符的形式顯示在0.96寸的OLED屏幕上,并與手機終端上顯示的數(shù)據同步。顯示的順序為濕度值（hum）、溫度值(temp)、煙霧濃度值(smoke)。D.無線遠程控制模塊WIFI無線傳輸技術:通過WIFI無線技術，實現(xiàn)STM32主控制板與手機控制端的無線連接，手機控制端再把設定的閾值數(shù)據傳給手機，手機就可以實時監(jiān)控家里的環(huán)境。2.4環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計原則和目標（1）簡單易用和經濟性能夠滿足一般情況下的室內環(huán)境監(jiān)測，安裝方便操作簡單，考慮自身呢個的經濟承受能力，所需成本要低。經濟實用性價比要高，滿足畢業(yè)設計的基本需求（2）穩(wěn)定性和可靠性如果是作為一個產品，穩(wěn)定性和可靠性是環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的基本原則，只有滿足這兩個條件，才能操作和推廣系統(tǒng)。為了使系統(tǒng)長時間運行，不存在硬件故障問題或者是軟件內存泄漏的情況出現(xiàn)，因此必須保證系統(tǒng)運行期間硬件設計和軟件設計的配置是符合預期的設計要求。（3）可擴展性和實時性在設計該系統(tǒng)時，您應該考慮未來的優(yōu)化和系統(tǒng)升級，以及不同的環(huán)境。它可以輕松添加到其功能中以適應不同的擴展環(huán)境，并增加其容錯性。同時，當系統(tǒng)啟動時，有必要實時監(jiān)控內部數(shù)據，并實時向手機移動終端控制設備發(fā)送信息，以監(jiān)控數(shù)據并在第一時間發(fā)現(xiàn)房間變化。第3章硬件設計與實現(xiàn)3.1STM32F103RCT6芯片介紹STM32F103RCT6上擁有的外設資源包括：48KBSRAM、256KBFLASH、2個基本定時器、4個通用定時器、2個高級定時器、2個DMA控制器（共12個通道）、3個SPI接口、2個IIC接口、5個I/O串口、1個USB接口、1個CAN接口、3個12位ADC通道、1個12位DAC通道、1個SDIO接口及51個通用IO口。該芯片性價比極高，MCU部分的原理圖如下圖所示：圖3.1.1STM32F103RCT6部分原理圖 單片機最小系統(tǒng)單片機的最小應用系統(tǒng)中的就是指該（STM32F103RCT6）芯片能夠正常工作，所需要的最少元器件組成的電路系統(tǒng)。其中必須有供電的電源電路、提供工作節(jié)拍的時鐘電路、遇到故障時恢復初始狀態(tài)的復位電路，燒寫電路，給芯片燒寫程序。單片機有順序地工作的時鐘信號由時鐘電路提供。無論是從取指令操作到譯碼操作再進行接收到微命令執(zhí)行的操作都是按時間順序工作的。本次設計的時鐘電路是將30pF的電容C3接在單片機XTAL1和30pF的電容C2接在XTAL2端口上起到穩(wěn)頻的作用，在中間并聯(lián)上一個晶體振蕩器就可以在沒有提供外部的激勵信號時，自己產生連續(xù)穩(wěn)定的震蕩。本文中最小系統(tǒng)的電路選用的12MHz的晶振，外接兩個30pF的瓷片電容，可微調振蕩器的頻率。復位電路:只要給芯片供電，就有遇到問題的可能。此時就需要讓它回復到初始設定的值。遇到故障時就是通過復位電路使單片機的值恢復到初始設定，接著繼續(xù)運行。但單片機的復位并不是沒有條件的。比如說，單片機電源剛剛接通的時候，板載上的電容所負荷的充電電流達到最大，此時，RST處于高電平狀態(tài)，也就所謂的單片機上電復位，這個時候單片機的復位形式主要是電阻給電容充電就可以形成上電復位。但隨著電容充滿電，電容結束充電，基本沒有電流，此時RST端的電位維持在低電平。此時只要RST端的電位維持在高電平的時間不小于二十四個振蕩周期就可以完成正常的復位。如果有按鍵，當按下RESET時，單片機的工作狀態(tài)被中斷，RST引腳從低電平切換到高電平，電容被釋放形成電流，也就是說已經完成充電的電容將通過電阻的快速地放出電容儲存的電能，如果按鍵不釋放，高電平就會一直持續(xù)，這樣就能夠完成單片機的按鍵復位操作。3.2溫濕度傳感器模塊設計DHT11溫濕度傳感器為此次畢設所需的模塊選型器材，DHT11中的電阻式感濕元件用來采集空氣中的濕度值，DHT11中的另一個NTC測溫元件用來采集空氣中的溫度值，兩者組合成了DHT11溫濕度傳感器中的數(shù)據采集模塊，采用串行接口的設計，可以實現(xiàn)模塊化安裝，主要應用數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，較為突出的優(yōu)點是響應的時間短抗干擾的能力強。表3.2.1DHT11 溫濕度傳感器特性參數(shù)：型號測量范圍測濕精度測溫精度分辨力封裝DHT1120－90％RH0－50℃±5％RH±2℃14針單排直插 接口說明：建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,但如果連接線的長度大于20米時選擇上拉電阻，要更具實際的情況合理選擇電阻。表3.2.2引腳說明：Pin名稱注釋1VDD供電3－5.5VDC2DATA串行數(shù)據，單總線3NC空腳，請懸空4GND接地，電源負極DHT11溫濕度傳感器的溫度范圍在零攝氏度到五十攝氏度，誤差為正負兩攝氏度；濕度范圍在百分之二十到百分之九十之間（單位為RH），誤差為正負五（單位為RH）；響應時間：1/e（63％）6-30s;DHT11溫濕度傳感器的溫度分辨率為八（單位為bit）,濕度的分辨率為八；傳感器的采樣周期應該大于等于一秒；模塊尺寸：30x20mm;DHT11電路圖原理圖如圖3-3所示。圖3.2.1DHT11電路原理示意圖DHT11溫濕度傳感器的通信方式為單線同步通信，傳感器與STM32F103RCT6主控板之間的通信時間較短，大約為4毫秒，傳輸?shù)臄?shù)據包括傳感器實時采集到的溫度數(shù)據和濕度數(shù)據，溫濕度數(shù)據中即包含有整數(shù)部分也包含小數(shù)部分（當前的小數(shù)部分僅僅用于擴展，傳感器傳輸數(shù)據時讀取為0），具體的格式可以為：溫度數(shù)據（整數(shù)部分+小數(shù)部分）+濕度數(shù)據（整數(shù)部分+小數(shù)部分）+校驗和數(shù)據，數(shù)據為高位先出然后才是低位。當DHT11傳感器傳輸數(shù)據正確時，傳輸?shù)臄?shù)據為“溫度數(shù)據（整數(shù)部分+小數(shù)部分）+濕度數(shù)據（整數(shù)部分+小數(shù)部分）”所得結果為之和。當前狀態(tài)下，DHT11傳感器等待主機發(fā)送啟動信號，如果主機發(fā)送啟動信號，在一段時間后，主機發(fā)送啟動信號完成，DHT11收到啟動信號的情況下，DHT11傳感器將會發(fā)送40bit數(shù)據位的實時響應信號，此時DHT11將會從低功耗模式切換為高速模式，并觸發(fā)溫度傳感模塊和濕度傳感模塊，進行數(shù)據采集，在采集完成后，如果此時沒有收到主機發(fā)送的啟動信號，則DHT11將會重新切換到低速模式。通訊過程如圖圖3.2.2DHT11工作時序示意圖有如下的時序圖可知，總線空閑狀態(tài)為高電平，高電平為傳輸有效數(shù)據狀態(tài)，主機先被拉低時間為18ms,直到DHT11發(fā)出響應信號，在主機被拉低的時間內，DHT11能夠判斷出主機的起始信號，并且能夠對其做出相應的響應，主機在拉低18ms后開始進入到輸入模式，也就是所謂的高電平模式主機繼續(xù)拉高延時20到40微秒。DHT11傳感器的響應信號開始被主機讀取，在主機發(fā)送完開始信號后，DHT11傳感器會等待一段時間，直到主機的開始信號結束，然后再發(fā)送80微秒的響應信號（低電平）再發(fā)送完信號之后，主機被再次拉高，延遲一段80微秒的時間，然后準備開始發(fā)送傳感器采集的數(shù)據，傳感器采集到的數(shù)據都是按位發(fā)送，每一位的數(shù)據都是以50毫秒低電平為單位發(fā)送的，而數(shù)據的位的0和1是根據高電平的長短來判定的，如果DHT11傳感器長時間沒有響應，則可以看出讀取的響應信號為高電平，我們可以中斷采集操作進行處理，檢查線路是否連接正常。當采集到的數(shù)據傳輸?shù)阶詈笠晃粫r，DHT11傳感器的總線被拉低，延遲時間為50毫秒，然后又被拉高進入空閑狀態(tài)。圖3-5所示是DHT11模塊響應部分時序圖。圖3.2.3DHT11模塊響應部分時序示意圖3.3煙霧傳感模塊方案設計：煙霧報警模塊可以設計成自動監(jiān)測煙霧濃度，電路形式可以是由STM32單片機、數(shù)模轉換芯片、以及其他元件構成；因為要考慮到煙霧傳感器是把非電量轉換為電量傳感器輸出的是0-5伏電壓值且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小等，可以利用A/D轉換器進行數(shù)據轉換，將煙霧傳感器采集到的數(shù)據值，轉換為相應的物理值進行處理因此要求系統(tǒng)配備完善的模擬量和數(shù)字量輸入輸出通道和完善的中斷系統(tǒng)和處理功能。STM32采集煙霧傳感器的響應信號，并且進行轉換。具體步驟是信號采集處理、聲光報警電路以及顯示、保護電路測試。模數(shù)轉換就是用于快速、高精度的對輸入信號采樣編碼，然后轉化成數(shù)字量儲存在數(shù)據儲存器中，然后單片機通過特定的算法進行氣體濃度的識別，同時和所設值進行對比，超出則報警濃度時發(fā)出報警。方案的基本原理：煙霧報警模塊主要由煙霧傳感器、STM32F103RCT6主控板有相應的模數(shù)轉換模塊器件，報警模塊（主要有蜂鳴器構成）器件，MQ_2煙霧傳感器采集到的煙霧濃度值經過放大器放大信號之后，數(shù)據傳輸?shù)絊TM32主控板，再經過模數(shù)轉換，煙霧濃度值的比較，線性化擬合數(shù)據處理后，再轉換成相應的十進制濃度值再OLED屏幕上顯示。把煙霧濃度值及相應狀態(tài)下的溫度、濕度狀態(tài)值傳輸給OLED模塊顯示，當煙霧濃度值超出設定的限定值時，STM32中的報警模塊中的蜂鳴器將會發(fā)出報警聲音。由于煙霧傳感器需要在加熱狀態(tài)下工作，所以在采集煙霧濃度數(shù)據值之前要先將煙霧傳感器進行預熱操作，我們需要給煙霧傳感器提供一個5V的電壓，在持續(xù)輸出5V電壓的同時，煙霧傳感器器件本身的溫度會升高，這大大降低了煙霧傳感器的反應時間，提高了傳感器的準確性，從而保證了傳感器持續(xù)穩(wěn)定的工作在輸出5V的電壓的同時，進行故障監(jiān)測。當傳感器加熱絲、或電纜線和傳感器斷線、或接觸不良時，進行故障報警。煙霧報警模塊結構框圖如圖所示：圖3.3.1煙霧報警模塊結構框圖 煙霧報警模塊原理圖如圖所示：圖3.3.2MQ-2煙霧傳感器原理圖詳細電路設計如下圖3.3.3所示圖3.3.3煙霧傳感電路設計圖主要用途檢測空氣中灰塵濃度，用于空氣凈化器、空氣質量監(jiān)測儀、PM2.5檢測儀等。表3.3.1 傳感器接口說明3.4OLED顯示模塊設計三種顏色任你選：藍色、白色、藍黃雙色通訊模式：4線SPI電路連接GND：電源地VCC：2.2V~5.5VSCL：CLK時鐘（高電平2.2V~5.5V）

SDA：MOSI數(shù)據（高電平2.2V~5.5V）

RST：復位（高電平2.2V~5.5V）

D/C：數(shù)據/命令（高電平2.2V~5.5V）兼容3.3V和5V控制芯片的I/O電平（無需任何設置，直接兼容）板子管腳依次為G(地)，3.3V/5V（電源），SCL(CLK時鐘)，SDA（MISO數(shù)據），RES（復位），DC（數(shù)據/命令單片機采用3.3V/5V電壓的接線模式,下圖以XS128單片機接線圖為例：

STM32只要有4個IO口就可以驅動移植程序非常簡單：驅動程序以標準的.C.H文件寫出，輕松移植注意事項：OLED顯示屏不同于LCD，OLED上電不反應，需要由程序驅動才能顯示！OLED使用的是SPI方式驅動顯示屏，SPI方式的優(yōu)點是速度高，SPI通信的速度通常為幾MHz，調整SPI的速度，可以達到更好的顯示速度。圖4-7OLED原理圖3.5WIFI模塊設計WIFI(無線傳輸)技術簡介WIFI是一種可以支持圖像數(shù)據，語音數(shù)據，多媒體等數(shù)據的短距離無線傳輸技術。在一定的范圍內可以使接入互聯(lián)網的用戶持續(xù)地接收到無線電信號。WIFI也稱無線保真技術。WIFI(無線傳輸)主要技術特點覆蓋范圍廣一般情況下,WIFI的傳輸距離相比于其他傳輸方式，有較為明顯的優(yōu)勢，WIFI的傳輸距離較遠，其原因是WIFI的電波范圍廣，即使在半徑范圍微100m的距離以外，也可以收到相應的WIFI信號，而相比之下，藍牙的傳輸距離就比較短，藍牙只有在半徑15m的范圍內才可以傳輸。（2）傳輸?shù)乃俣瓤旄哌_54Mb/s的傳輸速率允許WiFi用戶隨時隨地接收網絡，并快速享受各種寬帶信息，如在VR游戲，抖音直播等需要網速較快的情景下服務。（3）應用度高今天有越來越多配備WiFi的電子設備，手機，筆記本電腦和平板電腦幾乎都包括主流標準配置的WiFi。因此，WiFi被用作無線傳輸模塊。該模塊使用高速嵌入式Wi-Fi模塊ESP8266.WIFI通信模塊驅動器和TCP/IP協(xié)議棧內部集成，ESP8266是低功耗嵌入式WIFI模塊。屬性●單獨工作電壓：3.3V；● 功耗：- 連接AP且無數(shù)據傳輸時，<7mA;- 20kbps 下發(fā)送數(shù)據時，<22mA；- 待機模式時，8μA；●Wi-Fi 連接屬性- 支持2.4GHz 下的802.11b/g/n1~16 信道- WEP,WPA/WPA2PSK/Enterprise 加密- 傳輸功率：16.5dBm@11b,15.5dBm@11g,14.5dBm@11n- 最小接收靈敏度：-98dBm- 最大數(shù)據傳輸速率：11Mbps@11b,54Mbps@11g,72Mbps@11nHT20- WIFI 模式：Station,SoftAP 和WIFI 直連- 1x1802.11n 高級屬性●工作溫度：-40℃~85℃3.6蜂鳴器模塊設計蜂鳴器是一種一體化結構的發(fā)聲器件，可以通過直流電壓提供電源，市面上大多數(shù)應用于一些小型設備比如計算機、報警器、等一些簡單的電子模塊中作為一種可以發(fā)出聲音的器件。蜂鳴器主要分為兩種：一種為壓電式蜂鳴器；另一種為電磁式蜂鳴器；兩種蜂鳴器各有不同。1. 壓電式蜂鳴器由以下幾個部件組成，共鳴腔、外殼、多諧震蕩器、阻抗匹配器、壓電蜂鳴片，其中多諧振蕩器是有多個晶體管和集成電路組成的。發(fā)聲時，頻率大概在1.5到2.5k赫茲，為有源聲音信號。壓電式蜂鳴器在接通電源后，壓電蜂鳴器中的多諧振蕩器產生相應的振動，從而產生有緣聲音信號，而壓電蜂鳴器中的阻抗匹配控制器推動壓電蜂鳴片發(fā)生振動，從而發(fā)出聲音。2. 電磁式蜂鳴器主要由以下幾部分組成，塑料外殼、振動膜片、振蕩器、磁鐵、電磁線圈。原理主要是由電產生磁場。當電磁式蜂鳴器接通電源后，在電磁線圈和磁鐵的相互影響下，震蕩器產生可以觀測的有源信號，有源信號通過電磁線圈使其周圍的磁場發(fā)生變化，從而產生磁場，此時振動膜片受到磁場的作用，開始規(guī)律性的振動，從而發(fā)出聲音。驅動方式及電路自激式蜂鳴器引腳連接著三極管放大器的基極，可以通過三極管使得蜂鳴器發(fā)出聲響，不需要使用其他交流信號進行驅動，完全是由直流電壓進行驅動，在引腳驅動輸出口輸出一定的電壓，就可以驅動蜂鳴器工作了。 圖4-8蜂鳴器驅動電路第4章軟件設計與實現(xiàn)4.1機智云簡介機智云平臺是業(yè)界的長期努力和對物聯(lián)網傳統(tǒng)行業(yè)的深刻變革，為個人和企業(yè)打造的一個智能硬件云服務平臺，這款云平臺可以為用戶提供相應的配套物聯(lián)網硬件開發(fā)工具及服務，比如：硬件接入服務、開放平臺服務以及分析服務。當我們通過SmartCloud背景的自助訪問免費連接到開發(fā)板時，我們可以在大約30分鐘內完成物聯(lián)網原型設備的開發(fā)。通過智能云背景可視化設備功能定義工具，可以免費實現(xiàn)硬件廠商自助，快速訪問云硬件產品，實現(xiàn)快速開發(fā)。SmartCloud為物聯(lián)網設備網絡連接，遠程控制和互連提供免費的云服務支持。通過SmartCloud后臺完成設備的功能定義后，后臺自動生成負責底層通信的SDK（應用程序開發(fā)工具包）。開發(fā)人員只需完成界面用戶體驗層的開發(fā)，然后在集成SDK上完成智能硬件App的開發(fā)。設備連接到SmartCloud后。通過SmartCloud的開放平臺，更多的第三方應用程序開發(fā)人員可以為用戶提供應用程序開發(fā)服務。SmartCloud不僅提供免費的統(tǒng)計分析和設備數(shù)據處理，還為智能硬件和第三方智能硬件的互連提供了基本條件。通過簡單的自助工具，完善的SDK和API服務功能，就可以在一定程度上降低了物聯(lián)網硬件開發(fā)的技術門檻。智慧云平臺為開發(fā)人員提供自助式智能硬件開發(fā)工具和開放式云服務，不僅最大限度降低了開發(fā)人員的成本，也在一定程度上提高了物聯(lián)網硬件設備開發(fā)人員的產品生產速度，并且智能升級了開發(fā)人員。更好連接并服務于最終消費者。圖5-1平臺接入示意圖4.2MCU快速開發(fā)SmartCloudPlatform是一個致力于物聯(lián)網和智能硬件云服務的開放平臺。WitCloud專注于提供智能云服務和物聯(lián)網軟件和硬件解決方案，以幫助傳統(tǒng)硬件供應商升級其產品并快速實現(xiàn)硬件智能。為了實現(xiàn)硬件的智能，除硬件本身外，還需要實現(xiàn)：智能云平臺，移動APP，網絡模塊，每個領域都需要專業(yè)的團隊支持。WitCloud提供了一個完整的解決方案，允許供應商或開發(fā)人員專注于他們自己的產品硬件。以最小的成本和風險實現(xiàn)硬件智能，并獲得產品的最大附加值。本節(jié)介紹了云設備訪問的基本過程。硬件設備與機智云數(shù)據交互流程如圖所示：.圖5-2機智云自助接入流程如圖所示。注冊成為智能云開發(fā)人員在使用智能云平臺服務之前，您需要注冊一個WitCloudDeveloper帳戶。單擊以注冊WitCloudDeveloper帳戶，將其分為“個人帳戶”和“企業(yè)帳戶”，如下圖所示。如果您是企業(yè)用戶，請務必申請公司帳戶（具有更多企業(yè)服務需求）。B.創(chuàng)建產品在開發(fā)者中心點擊“創(chuàng)建新產品”后輸入產品名稱以及選擇對應設備接入方案即可完成“新產品”的創(chuàng)建。第一步、點擊“創(chuàng)建新產品”；第二步、輸入產品名稱與選擇設備接入方案；第三步、創(chuàng)建數(shù)據點，點擊“新建數(shù)據點”，添加開關機數(shù)據點；第四步、下載云端自動生成的協(xié)議。C.設備與應用開發(fā)設備端訪問：開發(fā)人員或企業(yè)R人員只需要在正在開發(fā)的智能硬件上嵌入編寫智能云連接協(xié)議GAgent的網絡模塊，即可通過智能云平臺實現(xiàn)設備組網和智能。包括Wi-Fi，GPRS等主流聯(lián)網方式，還支持BLE，GSM，CDMA，Zigbee，LoRa等網絡解決方案。應用程序端訪問：開發(fā)人員或企業(yè)R人員可以將智能云提供的APPSDK集成到正在開發(fā)的移動應用程序中，并連接到智能云平臺，實現(xiàn)APP通過云控制智能設備。D.調試產品開發(fā)人員在WitCloud開發(fā)人員中心創(chuàng)建產品后，您可以參考Wisdom云文檔中心的相關技術文檔進行智能產品開發(fā)。在調試過程中，開發(fā)和調試設備將連接到WisdomCloudSandbox服務器（測試服務器），為開發(fā)人員提供完整的測試環(huán)境和智能云的一些功能。產品開發(fā)完成后，需要申請發(fā)布，開發(fā)的產品將重新部署到生產服務器。4.3主程序流程圖設計一、主程序流程圖：系統(tǒng)主要設計為兩個模塊：初始化模塊和循環(huán)主體模塊。系統(tǒng)的主要功能是通過調用子函數(shù)來實現(xiàn)，通過傳遞相應的參數(shù)來改變對應的值，當一個子函數(shù)被調用時，先判斷是否符合執(zhí)行條件，若符合條件則執(zhí)行相關語句，不符合直接返回。初始化模塊是主程序的重要組成部分，初始化主要是對寄存器的功能模式、定時器的工作方式以及其他端口的工作狀態(tài)進行相應的設置，在STM32開發(fā)板上電后，先對系統(tǒng)進行初始化，初始化完成后進行定時器和外部中斷，顯示數(shù)據等操作。在系統(tǒng)進行相應的初始化之后，先判斷傳感器對應端口的電平狀態(tài)，若為低電平則重新初始化，若為高電平則調用傳感器的子程序并開始采集數(shù)據，子程序中可以設定閾值并可以進行修改，之后OLED顯示當前的溫度、濕度和煙霧濃度值，此時，用當前的測量值與閾值進行比較，若測量值大于閾值，蜂鳴器會發(fā)出報警聲，若小于則繼續(xù)顯示。主程序流程圖如圖所示：圖5.3.1主程序流程圖4.4模塊代碼流程圖設計4.4.1、OLED顯示流程圖OLED模塊顯示主要是通過調用相應的子函數(shù)來實現(xiàn)，下面介紹OLED顯示屏顯示一個字符串：“Temp”,主函數(shù)的語句為：OLED_ShowString(63,48,”Temp”);OLED_Refresh_Gram();63和48是相應的位置坐標 調用字符串顯示函數(shù)：voidOLED_ShowString(u8x,u8y,constu8*p);這個字符串顯示函數(shù)通過調用指針*p不斷調用字符顯示函數(shù)voidOLED_ShowChar(u8x,u8y,u8chr,u8size,u8mode);來顯示字符串中的每一個字符，在OLED_ShowChar()函數(shù)中又調用畫點函數(shù)：voidOLED_Drawpoint(u8x,u8y,u8t);把每個字符的點陣全部畫完。在STM32的SRAM中開辟一塊128*8字節(jié)的空間OLED_GRAM[128][8].用來存放對應屏幕上的坐標，也就是OLED_GRAM中保存了所有點的坐標。 OLED_Refresh_Gram();的作用就是把128*8字節(jié)的空間OLED_GRAM[128][8]里的數(shù)據通過兩個for循環(huán)全部寫入到SSD1306(OLED模塊控制器)的GRAM中。通過調用OLED_WR_Byte()函數(shù)。這個函數(shù)作用是向SSD1306中寫入一個字節(jié)數(shù)據。對OLED進行過初始化OLED_WR_Byte()函數(shù)，字符串就顯示在屏幕上了。如圖所示圖4.4.1OLED界面顯示流程圖4.4.2煙霧傳感器煙霧傳感器模塊主要分為數(shù)據采集模塊和ADC模數(shù)轉換模塊，當煙霧傳感器完成初始化之后，開始采集煙霧濃度數(shù)據，然后再由ADC模塊將傳感器的模擬信號轉化為數(shù)字信號STM32讀取數(shù)據后，在OLED上顯