基于物联网的户外环境检测装置设计

news/2024/5/19 18:02:11/文章来源:https://blog.csdn.net/sheziqiong/article/details/127345626

目录
摘要 1
Abstract 2
第1章绪论 4
1.2 选题背景及意义 4
1.2 研究现状 4
1.3本课题的发展趋势和研究可行性 5
1.4研究主要内容 5
第2章基于物联网的户外环境检测装置设计概述和相关原理 6
2.1 系统的概述 6
2.1.1 总体设计方案 6
2.1.2 总体框图 6
2.2 相关理论 7
2.2.1 STM32平台 7
2.2.2 WIFI模块 10
第3章基于物联网的户外环境检测装置硬件电路设计 13
3.1 主控电路 13
3.2 WIFI通信模块 14
3.3报警模块 14
3.4温湿度模块 15
3.5 光照强度模块 16
3.6 PM2.5模块 17
3.7 空气质量模块 17
3.8液晶模块 18
3.9电源模块 19
第4章基于物联网的户外环境检测装置软件设计 20
4.1 总体程序流程图 20
4.2 WIFI模块 21
4.3 LCD5110模块 22
4.4 BMP180模块 26
4.5 DHT11模块 33
4.7 ADC-DMA模块 36
第5章基于物联网的户外环境检测装置Android应用 39
5.1 Android系统简述 39
5.1.1 Android系统架构 39
5.1.2 Android组件模型 41
5.2 Android开发环境的搭建 42
第6章户外环境检测装置运行与调试 45
结论 47
致谢 48
参考文献 49
附录一：总体电路图 50
附录二：程序部分代码 52
第2章基于物联网的户外环境检测装置设计概述和相关原理
2.1 系统的概述
2.1.1 总体设计方案
本设计包括了主控制器、WIFI模块、温湿度监测、光照监测、PM2.5监测、手机客户端以及电源模块。电源模块为整个系统提供供电，主控制器模块通过串口协议与WIFI模块进行通信，利用串口发送AT指令使其与手机的wifi通信，通过STM32采集传感器检测到的数据，并且通过wifi发送到手机客户端，并可通过手机控制阈值，当数据值超过了阈值，单片机控制语音播报模块进行语音信息的播放。
该系统主要应具备以下功能：
（1）可实现环境监测系统的正常功能；
（2）Arduino手机app远程显示控制能够进行设置报警数值；
（3）STM32通过各种接口控制温湿度传感器，光照强度传感器，空气质量传感器，PM2.5传感器以及大气压强传感器，进而获取环境参数，并显示在LCD5110屏幕上；
（4）能够实现AC-DC降压电路给STM32系统供电。
2.1.2 总体框图
该系统采用的是5V供电，主要是以STM32平台作为主控制器，主控制器模块通过串口协议与WIFI模块进行通信，利用串口发送AT指令使其与手机的wifi通信，通过STM32采集传感器检测到的数据，并且通过wifi发送到手机客户端，并可通过手机控制阈值，当数据值超过了阈值，单片机控制语音播报模块进行语音信息的播放。
本系统总体框图如下：
在这里插入图片描述

2.2 相关理论
2.2.1 STM32平台
目前嵌入式系统中32位微控制器(MCU)的使用率正逐年增长，32位ARM体系结构己经成为一种事实上的标准，随着高端 32位嵌入式微处理器价格的不断下降和开发环境的成熟，使得32位嵌入式处理器正日益挤压原先由8位微控制器主导的应用空间。随着ARM处理器在全球范围的流行，32位的RISC嵌入式处理器已经开始成为高中端嵌入式应用和设计的主流。使用32位架构不仅能提升性能，还能降低相同成本下的系统功耗和节约总成本以及缩短产品上市时间。并使得嵌入式系统可随着产品的性能和需求不断扩展而升级。
本文选用了一款基于 ARM Cortex-M3 内核芯片—由意法半导体（ST)推出的 STM32F103 芯片。STM32F103 系列微处理器是首款基于ARMv7-M体系结构的32位标准 RISC（精简指令集）处理器，很高的代码效率，在8位和16位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高性能。该系列微处理器工作频率为72MHz，内置高达128K字节的Flash存储器和20K字节的SRAM，具有丰富的通用I/O 端口。
作为最新一代的嵌入式ARM处理器，它为实现MCU的需要提供了低成本的平台、缩减的引脚数目、降低的系统功耗，同时提供了卓越的计算性能和先进的中断响应系统。丰富的片上资源使得 STM32F103系列微处理器在多种领域如电机驱动、实时控制、手持设备、PC 游戏外设和空调系统等都显示出了强大的发展潜力。
STM32F103 系列微处理器主要资源和特点如下：
1.多达 51 个快速 I /O 端口，所有 I/O 口均可以映像到 16 个外部中断，几乎所有端口都允许 5V 信号输入。每个端口都可以由软件配置成输出（推挽或开漏）、输入（带或不带上拉或下拉）或其它的外设功能口。
2.2 个 12 位模数转换器，多达 16 个外部输入通道，转换速率可达 1MHz，转换范围为 0-36V，具有双采样和保持功能。内部嵌入有温度传感器，可方便的测量处理器温度值。
3.灵活的 7 路通用 DMA 可以管理存储器到存储器、设备到存储器和存储器到设备的数据传输，无须 CPU 任何干预。通过 DMA 可以使数据快速地移动 CPU 的资源来进行其他操作。DMA 控制器支持环形缓冲区的管理，避免了控制器传输到达缓冲区结尾时所产生的中断。它支持的外设包括：本文转载自http://www.biyezuopin.vip/onews.asp?id=11783定时器、ADC、SPI、I2C 和 USART 等。
4.调试模式：支持标准的 20 脚 JTAG 仿真调试以及针对 Cortex- M3 内核的串行单线调试（SWD）功能。通常默认的调试接口是 JTAG 接口。
5.含有丰富的通信接口，三个USART异步串行通信接口、两个I2C接口、两个 SPI接口、一个CAN 接口和一个USB接口，为实现数据通信提供了保证。
除工业可编程逻辑控制器(PLC)、家电、工业及家用安全设备、消防和暖气通风空调系统等传统应用，智能卡和生物测定等消费电子应用外，新的 STM32 系列还特别适合侧重低功耗的设备，如血糖和血脂监测设备。

int main(void)
{delay_init()；NVIC_Configuration()；TIM_Test()；         //定义频率为100HZ的定时器uart_init(115200)；    //初始化串口usart3_init(115200)；IIC_Init()；	         //初始化I2C	DHT11_Init()；Adc_Init()；          //初始化ADC	KEY_Init()；LCD_Init()；LCD_Clear()；lcd_start()；wifiAp_init()；sendWifi=1；        LCD_Clear()；while(1){if(COUNT%200==0)                               //500ms更新一次数据{adConvert()；                               //读取AD值DHT11_Read_Data(&temperature，&humidity)；		//读取温湿度值}key_service()；                            //按键服务display_service()；                         //显示界面Beep()；if(COUNT>=4000){if(sendWifi==1){LCD_Write_Char(8，5，'s')；LCD_Write_Char(10，5，'e')；LCD_Write_Char(12，5，'n')；LCD_Write_Char(14，5，'d')；LCD_Write_Char(16，5，'.')；LCD_Write_Char(18，5，'.')；LCD_Write_Char(20，5，'.')；LCD_Write_Char(22，5，'.')；atk_8266_send_cmd("AT+CIPSEND=0，14"，"OK"，200)； //发送数据指令atk_8266_send_data(TxBuffer，"OK"，400)； //发送指定长度的数据LCD_Write_Char(8，5，' ')；LCD_Write_Char(10，5，' ')；LCD_Write_Char(12，5，' ')；LCD_Write_Char(14，5，' ')；LCD_Write_Char(16，5，' ')；LCD_Write_Char(18，5，' ')；LCD_Write_Char(20，5，' ')；LCD_Write_Char(22，5，' ')；} COUNT=0；}}
}

在这里插入图片描述