【《基于STM32单片机的室内环境检测系统设计》6800字（论文）】.docx

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1、基于STM32单片机的室内环境检测系统设计摘要1一、绪论2二、系统的组成及工作原理3（-）系统的组成3（二）主控芯片4（三）系统的工作原理5（四）系统的功能5三、系统的硬件设计6（-）主控电路6（二）甲醛检测电路8（）温湿度检测电路IO（四）1CDI602显示模块11（五）无线模块电路13四、系统软件的设计14（-）系统整体软件设计14（二）软件整体流程14（三）传感器模块15五、系统测试16（-）软件测试16（-）系统仿真18参考文献19摘要近几年，大众生活得到改善，便更多的把关注点放到生活质量上，首当其冲的就是对于自己居住环境的关心，人们对于室内空气质量、温度、湿度尤为关注。同时电子技术、

2、微电子工艺以及科技信息的逐步发展和更新，为室内环境的检测的设计和研发提供了良好的契机。目前，智能家居已经成家居市场的热点，同时也催生出了众多智能家居产品。本课题设计基于目前市场的空缺和需要，设计了基于STM32单片机的无线传输的室内环境检测系统，本课题以STM32作为主控制器件，同时外接温湿度检测模块、甲醛检测模块、NRF24101模块和1CD1602显示模块。首先对所作课题进行了大量的前期准备工作，调研市场、查阅文献等，接着对课题设计中用到的主要元器件和模块进行了详细的介绍，并对每个模块的功能进行了标注。紧接着对本课题所进行的软件程序进行了整体的设计，以及对每个模块的软件设计也有具体的说明。

3、最后，将各个元器件进行焊接，并将程序下载到STM32单片机，进行相应的功能的测试。成功实现所要求的功能。关键词：STM32;环境检测；无线传输；温湿度检测一、绪论通过电子工艺和电子技术的不断发展，智能化、多功能的家居环境检测系统成为人们梦想的智能家居产品之一。单片机作为微型控制器,被应用于各个领域。由此发展起来的基于单片机的无线传输室内环境检测系统,成为智能家居领域的热门之一。单片机由于其价格低廉，体积小，功能多样，易于改组，灵活方便等优点。而被广泛应用于各个工业的自动化控制领域，引领了智能家居的发展。本次设计以STM32为基础，外围元器件包括温湿度传感器、甲醛传感器（ZEO8）、显示模块(1

4、CD1602).NRF24101传输，构成本课题设计的基于无线传输的室内环境检测系统。二、系统的组成及工作原理(-)系统的组成本课题通过STM32单片机来实现无线传输室内环境检测系统的设计，主要功能包括对甲醛气体的检测、对室内温湿度环境的检测、并采用无线模块进行传输、最后采用1CDI602进行显示。把STM32单片机的各个引脚与各个模块定义的引脚相连，然后控制各个模块的运行，对室内的环境进行实时的检测，并通过1CDI602进行实时的显示。然后业主可以根据1CD1602给出的结果进行相应的调整。选用的主要器件有：STM32单片机、1CD1602、ZEo8、DHT11、NRF24101.电源模块、

5、继电器等器件，基于STM32单片机的无线传输系统的室内环境检测的结构构成框图如图2.1所示。图2.1系统组成框图(二)主控芯片STM32是现如今应用较为广泛的基础处理器，最为相对较为简单的单片机处理器，在兼顾功能性的同时也可以最大程度的简化设计。本设计采用意法半导体(ST)公司生产的STM32F103zet6芯片，它具有112个通用IO接口,STM32F103zet6芯片的内部还嵌入了多个A/D、D/A转换器、时间控制器以及各种串行通讯控制器等各种功能模块，具体功能如下：(1)该芯片拥有112个IO口,并且这112个接口都是通用接口,而且这里面多个IO接口可以由软件寄存器来配置为第二功能口,该

6、芯片采取3.3V进行供电，但大部分IO接口都耐5V(模拟通达除外)，数量庞大的IO接口和大部分IO接口的耐电压特性可以完全满足本课题复杂的传感器检测以及控制器件。(2)拥有8个定时器，定时器除了定时，它的内部还具有分频寄存器，可以实现频率的倍频、分频，从而实现定时器精确地定时，除此之外定时器还可以对一些特定的模块进行定时(例如捕获模块的计时)，在本课题中主要用到了定时器的定时功能。(3)该芯片内有512K的F1ASH,以及64K的SRAM,F1ASH存放程序使用的常量，作用类似电脑的硬盘，所以可以，将程序写完然后烧录到F1ASH中，256K的F1ASH可以用来载入非常庞大的程序，SRAM存放程

7、序运行时产生的一些变量和中间变量，作用类似于电脑里面的内存。(4)该芯片内置锁相环(P11,倍频)，一般系统时钟都是至于外部，对于输入的频率可以精准的进行各种倍频，所以该芯片的时钟最高可达72MHZo(5)该芯片具有多个A/D转换器，可进行多通道A/D转换，转换时间的控制，进行自动采样和指定采样以及转换，使用更加灵活，非常适应于本课题的研究。(6)该芯片支持SED和JTAG两种程序调试方式，程序设计人员可以根据自己的个人习惯选择适合自己觉得程序烧录和调试方式。(7)该芯片有13个接口用来通信。STM32F103zet6的实物图如图2.2所示。图2.2STM32实物图()系统的工作原理该单片机控

8、制无线传输的室内环境检测系统，以STM32为主控芯片，首先控制模块发出相应的指令传入STM32,然后通过该单片机内部的相对应的定时器输出对应的信号，然后各个模块开始工作，ZE08传感器进行室内甲醛气体的检测、温湿度传感器传感器进行室内温、湿度的检测，将采集到的数据传递到单片机，数据通过1CDI602显示，同时通过无线模块传递给业主，然后业主根据数据进行相应的调整。(四)系统的功能该系统要完成的主要设计功能如下：(1)根据单片机STM32内部定时器输出的信号，各个传感器模块进行相对应的工作。(2)通过单片机上的1CDI602模块进行实时的数据显示。(3)对于测得的数据通过无线传输模块传递给业主，

9、然后业主做出相应的调整，此系统具有很强的市场应用型，而且简单高效、价格低廉、易于维修。三、系统的硬件设计(-)主控电路含多个实用单路的组合，其中包括：时钟电路、复位电路等等，通过各个电路之间相互配合，才能够保障整个系统的稳固运转，因此在进行单片机的设计时需要通过查找资料以及对应的手册了解单片机的各个功能,在设计阶段尽量减少因使用不当而产生的报错。单片机的引脚功能很多，结合我们设计的电路功能模块，选择合适的引脚进行连接。1 .最小系统的设计STM32能够正常工作，得益于内部的晶振为它提供稳定的时钟信号，与此同时芯片在进行运行程序时遇到错误时需要单片机进行复位操作，使单片机系统重新运行，所以时钟电

10、路和复位电路对于单片机非常重要，所以本文首先对时钟和复位电路进行了设计，电路如图3.1所示。2 图3.1晶振与复位电路3 .电源电路本设计所选用的芯片STM32选用3.3V电源来提供电压，但是其他的相关模块选用5V电源来提供电压，所以要设计要能够提供两种电压。采用外部变压器来获得5V的直流电压，然后通过REG1II7-3.3来获得需要的3.3V电压，该芯片输入电压承受的范围在4.8V到10V,而输出的电压得到3.3V。整个系统的电源模块电路如图3.2所示。为了使输出的电压更加稳定，可以选择在电路中加入滤波电容。采用1ED灯来只是电源是否在正常工作，没了避免电源模块不能工作，引出了一个5V的引脚

11、，作为电路的一个调试。在条件允许的情况下，可以通过加粗电源线和地线，来起到更强的抗干扰的作用。U24 图3.2电源电路5 .继电器电路继电器在电路中主要起到保护和调节的作用。当输入光照、电或者热量等信号是，当该信号达到一定的量能就会导致继电器产生跳变，来达到改变电路开关的状态。为了提高电路的安全性,本设计选用电磁继电器(HK4100F-DC5V-SHG),继电器模块如图3.3所示。电磁继电器利用电磁效应，来达到开关通断的目的。继电器模块开关的过程为：(1) STM32发出信号，传递给发光二极管然后发光；(2)受光三极管接收来自发光二极管的光之后导通；(3)受光三极管的PN结导通，然后集电极输出

12、电压；(4)电磁继电器内部的项圈两端被加上电压，然后常弊端和公共端进行吸和。5VOOND图3.3继电器电路（二）甲醛检测电路甲醛气体检测传感器采用的是炜盛科技的ZEO2-CH2O传感器，安装在STM32的外接引脚上。传感器的实物图如图3.4所示：图3.4甲醛气体检测传感器ZEO2-CH2O传感器是一个检测甲醛的通用性元器件组。通过电化学原理检测室内的甲醛气体，同时它的还可以自己进行温度的补偿，可以在各种环境下使用，还具备数模转换功能，使用范围非常广泛。ZEO2-CH2O传感器的特点如表3.1所示表3.1产品型号ZE08-CH2O检测气体甲醛干扰气体酒精、一氧化碳等气体输出DACUART工作电压

13、3.7V9V（带电板反接电压）预热时间3分钟响应时间60秒恢复时间60秒里不王05ppm分辨率0.0Ippm工作温度050度工作湿度15%RH90%RH存储温度050度使用寿命两年（空气中）ZEO2-CH2O传感器引脚的功能如表3.2所示:表3.2管脚名称管脚说明Pin4Vin(电压输入3.7V9V)Pin3GNDPin2DAC(0.4V2V,对应O-满量程)Pin7PWMPin1HD（校零，暂不开放）Pin5UART(RXD)03V数据输入Pin6UART(TXD)03V数据输入(三)温湿度检测电路在课题设计中选用DHTII,来检测室内环境的温、湿度，并对检测到的数据进行相应的保存。该传感器

14、内有独特的数字模块及温湿度检测方法，为该传感器检测提供了精确性和稳定性。内部结构是一个感湿元器件以及一个测温元件，该传感器抗环境干扰强、体积小、价格便宜，所以被广泛用来进行温、湿度的测量。内部具有存储单元,可以将测得的数据进行实时的保存,所以使用起来非常方便。其实物图如图3.5所示，该传感器的精度为：(1)湿度：5%RH(2)温度：21C(3)量程湿度：20-90%RH(4)量程温度：0-50图3.5DHTI1实物图DHTU的工作过程如下，首先STM32单片机发送低电平信号，低电平信号要维持一段时间，在这个时间内，温湿度传感器进行数模转换等动作，在拉高之后，留有一定的时间，用作主机进行切换。当

15、切换完成之后，温湿度传感器再次拉低，用于数据准备发送的信号，再次进行拉高时，就将测量得到的数据进行传输了。DHT11的引脚说明如表3.3所示：表3.3引脚名称功能Pin1VDD供电35.5VPin2DATA串行数据，单总线Pin3NC空脚Pin4GND接地，电源负极室内环境温湿度检测电路的设计如图3.6所示DIH3V3SENSOR2Header3GND图3.6温湿度检测电路（四）1CDI602显示模块本设计选用1CDI602显示屏，用1CD1602来对温、湿度传感器模块测得的数据进行显示，1CD1602具有功耗小、没有辐射、而且对于图像具有精确还原等优点，1CD1602能同时分割出两行，并且可以显示汉字，每一行最多可以有16个字符。同时1CDI602显示模块内部自带存储空间并且存有字库，而且1602可以选择接口方式（4位或8位）试用于不同环境。相比较而言价格更便宜，外围电路及其程序的编写更为简单。1CDI602模块如图3.7所示。